Sikorsky VS-300 V4

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  • DiKey
    Member
    • 26.05.2009
    • 702
    • Dietmar
    • RCC-Zirl / Tirol

    #1

    Sikorsky VS-300 V4

    Ein historischer Hubschrauber als Modell?

    Angeregt durch die Artikelserie im ROTOR-Magazin vom April und Mai 2014 über die Sikorsky VS-300 ist die Idee gereift den ersten Hubschrauber mit Heckrotor als Modell zu bauen.

    Doch wie kommt man an Pläne, Zeichnungen oder Daten von so einem Fluggerät das vor fast 75 Jahren nur als Prototyp gebaut wurde?

    Das Original, besser die Evolutionsstufen V1 bis V4, wurde in den Jahren 1937 - 1941 von Igor Sikorsky gebaut und den Testflügen unterworfen. Erst die V4 hatte den heute typischen vertikalen Heckrotor. Nach 102 Flugstunden hatte die Maschine ausgedient und steht seit damals im Henry Ford Museum.

    Die Artikel im Rotor und die Suche im Internet brachten zwar ein paar Informationen aber für den Bau, der natürlich so Scale als möglich sein soll, war es zu wenig.
    Nach einigen netten Mails und interessanten Telefonaten mit dem Hubschraubermuseum ( http://www.hubschraubermuseum.de/ )in Bückeburg landete eine CD mit rund 500 Dateien, Bildern, technischen Informationen und einer großformatige 3-Seiten-Ansicht auf meinem Schreibtisch. Außerdem sind gut 150 Bilder des Entstehens des Standmodells im Maßstab 1:11 dabei.

    SUPER! Damit muss sich ja was anfangen lassen.


    Also auf zur Grobplanung:
    Welche Größe soll das Modell bekommen? Eine Standardmechanik einbauen oder nicht?

    Die Entscheidung mit der Größe war bald gefallen; ein Rotordurchmesser von ca. 1,5m soll es sein. Schwieriger war die die Frage nach der Mechanik. Nach einigen ßberlegungen kam ich zum Schluss, dass eine Standardmechanik einfach nicht dazu passen wird - da muss was Passendes rein!

    Einige Blätter Papier mit Skizzen verschönert, einige davon gleich wieder verworfen, neue erstellt, alte geändert �. Die Idee nimmt langsam Gestalt an - zumindest am Papier!


    Wie sieht es mit der Machbarkeit aus?
    Bei all den Planungen stellte sich eine Kernfrage heraus - Hält der Gitterrohrrahmen den Belastungen stand? Zum Glück kann man ja auf elektronische Helferlein zurückgreifen und den Rahmen im CAD einer Simulation unterwerfen (klar, das geht nur mit gewissen Einschränkungen). Also an den Rechner und losklicken.
    Raus kommt eine Simulation die mich recht Zuversichtlich stimmt, dass es gehen könnte!
    Soweit zum Einstieg. Dass das Projekt einige Zeit in Anspruch nehmen wird �.. was soll´s, Rom ist ja auch nicht an einem Tag gebaut worden und bis zum 75 Jahr Jubiläum des Erstflugs der VS-300 V4 am 8. Dezember 2016 könnt ich es ja schaffen.


    Das Video find ich super - ein Einkaufsheli für Jedermann!




    Dietmar
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  • der_dreamdancer
    Senior Member
    • 13.10.2011
    • 3501
    • Christian
    • Salzburg

    #2
    AW: Sikorsky VS-300 V4

    Das wär doch was....
    Das könnt ich mir gut vorstellen, jeden Tag von der Arbeit nach Hause zu fliegen...
    Chris

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    • heliroland 66
      Senior Member
      • 06.03.2011
      • 5112
      • Roland
      • Hasselroth

      #3
      AW: Sikorsky VS-300 V4

      Sieht nach einem tollem Projekt aus! Vorne unter den Piloten der Akku und ein 2 stufiges Getriebe dürfte auch in den rumpf passen. Das einzige, dass schwierig werden dürfte, ist die Anlenkung des Rotorkopfs über eine Spinne. Was das Gitterrohr angeht, würde ich mir nicht so viele Sorgen machen, dass sollte halten, sieht man ja bei den ganzen Lamas.
      Aber bitte mit Baubericht mit vielen Bildern.

      Roland
      Modell-Heli fliegen, fast die schönste Nebensache der Welt
      Je originalgetreuer je besser!

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      • DiKey
        Member
        • 26.05.2009
        • 702
        • Dietmar
        • RCC-Zirl / Tirol

        #4
        AW: Sikorsky VS-300 V4

        Zitat von heliroland 66 Beitrag anzeigen
        Das einzige, dass schwierig werden dürfte, ist die Anlenkung des Rotorkopfs über eine Spinne
        Ein wahres Wort gelassen ausgesprochen!
        Was sich Igor Sikorsky da gedacht hat ist für mich schwer nachvollziehbar.
        Leider geben die Unterlagen da nicht wirklich was her. Ich hab zwar das US-Patent in dem die prinzipielle Steuerung zum Patent angemeldet wurde aber, wie so oft, die Realität stimmt nicht mit den Plänen überein.

        Daher gilt es aus den Fotos und Zeichnungen die Kinematik der Steuerung herauszulesen.
        Was ich schon hab ist, dass es eine um 30° mechanisch gedrehte Taumelscheibenanlenkung mit mechanischer Pitcheinmischung sein müsste. An der Technik WIE das Pitch eingemischt wird knappere ich noch rum.
        Wenn ich das hab kann ich den Platzbedarf für die Anlenkungen abschätzen und schaun wie ich dann die Mechanik unterbring.
        Wenn ich es schaffe soll die Mechanik wie beim Original gestaltet werden. Da hilft ein Blich in ein anderes Patent in dem der Antriebsstrang schön dokumentiert ist.
        Aus dem Motor raus (Kurbelwelle in Längsachse) auf eine Scheibe für 5 Keilriemen -> dann auf eine große Riemenscheibe mit innenliegendem Freilauf -> von da einmal direkt zum Heckgetriebe, die andere Seite geht in ein Kegelradgetriebe (90° Umlenkung) und direkt auf die HRW.
        Spannen ist auch die Konstruktion des Heckantriebs: Von der Welle aus dem Freilauf geht eine Starrwelle bis fast ans Ende des Heckauslegers -> dann ein Kegelradgetriebe und der "letzte Meter" wieder als Keilriemenantrieb mit 2 Riemen.

        Der Bildausschnitt zeigt sehr schön die TS-Anlenkung, leider sind die wichtigen Details - die Mischung der Bewegungen - im Rumpf verborgen.

        Dietmar
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        • DiKey
          Member
          • 26.05.2009
          • 702
          • Dietmar
          • RCC-Zirl / Tirol

          #5
          AW: Sikorsky VS-300 V4

          Die Anlenkung der TS hats in sich!

          Zum "Erholen" hab ich den Motor ins CAD geklopft und mit den ersten Anriebskomponenten in den Rahmen gesetzt. Wahrscheinlich wird ich da noch ein paar mal umplanen - aber dazu ist Papier ja da.

          Die Riemenscheibe wird ich auf alle Fälle ausfräsen und Bohrungen einbringen, so ist sie einfach zu schwer.

          Die Frage die ich mir stell - Soll ich die Untersetzung einstufig oder zweistufig ausführen? Wo sind die Vor- und Nachteile der jeweiligen Ausführungen?

          Die Auslegung soll für 10S bleiben, dadurch kann (wenn die Rechnungen halbwegs stimmen) für den Rundflug ein Strom von 20 - 25A erreicht werden.

          Mir schwirrt der Kopf, .....


          Dietmar
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          • DiKey
            Member
            • 26.05.2009
            • 702
            • Dietmar
            • RCC-Zirl / Tirol

            #6
            AW: Sikorsky VS-300 V4

            Und weiter geht-s mit kleinen Schritten â?¦

            Zur Auslegung des Getriebes war eine Abschätzung der nötigen Antriebsleistung zu machen. Dazu hab ich einmal auf die alte Schlüter-Aussage, dass pro Kilo Abflugmasse 0,25PS Leistung nötig sind zurückgegriffen.
            Ich hoffe, dass ich mit einer Masse von 6 kg auf der sicheren Seite bin - damit ergibt sich eine Leistung von 1,5PS oder 1100W.

            Mit meinem Rechentool ergeben sich für den Rundflug rund 600W(mech.) und mit den gewählten AXI 4130/20 knapp 800W(elektr.).

            Sollte soweit passen; der Motor nimmt Peak 2200W (für 60 Sek.) auf und hat sein bestes Eta (88% sind angegeben, 80% erreichbar) zwischen 18 und 40A. Laut Rechnung brauch ich 23A im Rundflug, da sollte ich genau im guten Wirkungsgradbereich liegen. Nach oben ist genug Luft für Abfangmanöver.


            Mit diesen Leistungsdaten hab ich die Auslegung der Riemen begonnen. Ein gutes Tool bietet die Fa. Mädler auf der HP an.

            Nach einigem hin und her probieren hab ich gesehen, dass ich mit einer einstufigen Untersetzung mit der gewünschten Sicherheit nicht hinkomme.
            Dazu hab ich 10S * 4V/Zelle * 55A *0,88 = 1936W gerechnet (das ist eher hoch gegriffen).
            Egal mit welchem Riementyp ist der Durchmesser der kleinen Riemenscheibe zu gering und damit sind zu wenig Zähne im Eingriff � zweistufig weiterdenken!


            Damit ist es mit HDT 5M bei 15mm Riemenbreite möglich bei einer übertragenen Leistung von 1900W eine minimale Sicherheit von 0,91 zu erreichen. Jeder Maschinenbauer heult auf - eine Sicherheit unter 1 - aber da die maximale eingesetzte Leistung eher hoch gegriffen ist und der normale Betrieb nur rund 1/3 benötigt sollte es akzeptabel sein.

            Jetzt geht es darum die Riemenscheiben so schön als möglich im Gitterrohrrahmen zu positionieren und dabei nicht aus dem Auge zu verlieren, dass der CG möglichst unter der HRW zu liegen kommt.

            Eigentlich wollte ich ja, ganz dem Vorbild entsprechend, den Antrieb über die Riemenscheibe auf der Antriebswelle zum Heckrotor realisieren. Aber egal mit welchen Zahnradpaarungen ich da rechne - es passt nicht. Die Zähne halten auf Dauer der Belastung nicht stand (Außer ich hab mich irgendwo gravierend verrechnet).

            Soweit für heute

            Dietmar

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            • klarisatec
              Senior Member
              • 05.05.2008
              • 1457
              • Markus
              • Ortenau

              #7
              AW: Sikorsky VS-300 V4

              Hallo Dietmar,

              Deine Berechnungen für den Antriebsriemen sehen doch ganz gut aus und bei der Sicherheit von 0,91 bist Du doch gut dabei. ... und Du würdest Dich wundern, welche Sicherheiten mittlerweile beim Maschinenbau verwendet werden...

              Evtl. ist der Riementyp AT noch eine Option? Der Zahngrund ist hier nochmals deutlich breiter und die Belastbarkeit fast 30% höher, im Vergleich zum HDT Zahnriemen. Allerdings müsstest Du schauen, ob Du mit den ßbersetzungen klar kommst. Die ß sind nicht wesentlich unterschiedlich zum HTD Typ.
              Ich verwende diesen Zahnriementyp ebenfalls für zweistufige Getriebe mit einer Leistung von ca. 3 kW.

              Die Riemenscheibe wird ich auf alle Fälle ausfräsen und Bohrungen einbringen, so ist sie einfach zu schwer
              Auf jeden Fall. Bei mir hatte sich da Gewicht vom Rohling von 228g auf 50g im fertig gedrehten Zustand verringert...

              Ich werde auf jeden Fall gespannt weiterlesen.

              Gruß Markus
              Bell 230 (wird lackiert) / Bell 407 / Hughes 500E / Joker 3 / AW609 (im Bau)

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              • DiKey
                Member
                • 26.05.2009
                • 702
                • Dietmar
                • RCC-Zirl / Tirol

                #8
                AW: Sikorsky VS-300 V4

                Hallo Markus,

                die AT Riemen hab ich auch schon im Aug gehabt. Was mich abgehalten hat mit diesen zu Planen ist, dass in meinen Unterlagen (Maedler) die höchsten angegebenen Drehzahlen für AT 5 bei 7000RPM liegen.
                Im Netz werden allerdings Daten mit 10000 RPM angegeben - und mit der ßberlegung, dass die Angaben ja für Industriemaschinen mit Dauerlauf erarbeitet sind sollte es beim Heli passen.

                Dass die Scheiben erleichtert werden müssen wird mir nicht erspart bleiben. Ausdrehen/Fräsen/Bohren alles was Gewicht spart wird gemacht werden.

                Leider ist dein Zitat ohne Link und ich find den Thread nicht, kannst du mir bitte den Link reinstellen. Wahrscheinlich kann ich dort das ein oder andere abschauen und muss das Rad nicht zum x- ten mal erfinden.


                Mit der Auslegung bin ich auch etwas weiter: AT 5 25mm
                Mit dem 16mm Riemen komm ich leider auf eine Sicherheit von 0,61 und das scheint mir etwas wenig zu sein. Zumal die Drehzahl eh an der oberen Grenze liegen wird.

                20/60 - 28/60 --> Untersetzung 6,4
                bei n(Motor) = 9500 komm ich auf n(Kopf) = 1480 RPM


                Dietmar

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                • DiKey
                  Member
                  • 26.05.2009
                  • 702
                  • Dietmar
                  • RCC-Zirl / Tirol

                  #9
                  AW: Sikorsky VS-300 V4

                  Warum andere Helis mit Riemenantrieb fliegen und sich nicht in der Luft zerlegen passt mit meinem Weltbild nicht zusammen

                  Nach allen überschlagsmäßigen Berechnungen müssten sich bei einigen Helis die Riemen im Flug auflösen. Aber bei den Konstruktionen wird die Empirik über die Theorie siegen!
                  Dazu kommt, dass alle Berechnungsmodelle auf industrielle Anwendung mit mehreren tausend Betriebsstunden abzielen.

                  Wie auch immer - meine Mathematik sagt, dass in der ersten Stufe ein AT5 Riemen mit 16mm und in der zweiten Stufe ein AT5 mit 25mm passen müsste.
                  Dabei wird die Untersetzung gleichmäßig auf die beiden Stufen aufgeteilt. Jeweils das Ritzel mit 24 Zähnen und das Rad mit 60 Zähnen. So kann ich falls nötig durch Austausch der Ritzel eine Feinanpassung durchzuführen.

                  Am CAD sind die Riemenräder auch schon leichter gemacht worden - die echten liegen noch im Lager des Lieferanten


                  Dietmar
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                  • DiKey
                    Member
                    • 26.05.2009
                    • 702
                    • Dietmar
                    • RCC-Zirl / Tirol

                    #10
                    AW: Sikorsky VS-300 V4

                    HEUREKA!

                    Nach einigen Stunden der Suche auf Bildern, Videos aus den Internet, Patentschriften und vielen Tassen Kaffee ist es geschafft.

                    Durch vereintes Hirnschmalz (an dieser Stelle vielen dank an Tom) haben wir das letzte Rätsel der Anlenkkinematik zur Taumelscheibe gelöst.

                    Jetzt wird es darum gehen die Bewegungsabläufe so zu adaptieren, dass alles im Modell funktioniert.


                    Da es keine (vorzeigbaren) neuen CAD-Zeichnungen gibt muss ich euch mit einem Video vertrösten - viel Spaß.



                    Dietmar

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                    • DiKey
                      Member
                      • 26.05.2009
                      • 702
                      • Dietmar
                      • RCC-Zirl / Tirol

                      #11
                      AW: Sikorsky VS-300 V4

                      Die grobe CAD-Skizze zeigt die Funktion der "Sikorsky"-Taumelscheibe.

                      Die ersten Abschätzungen der Kinematik sind vielversprechend - wahrscheinlich ist es scale realisierbar.

                      Im grünen Bauteil fehlt die zweite hälfte der Taumelscheibe. Außerdem noch das ein oder andere Kleinteil.
                      Die Zapfen an der Seite vom roten Bauteil gehören in fixe Lagerblöcke.
                      Die Bewegungen sollten selbsterklärend sein

                      Bei der ganzen Planung darf ich auch nicht aus dem Auge verlieren, dass ich die Teile auf meinem Maschinenpark gefertigt werden sollen. Und da stehen keine CNC-Maschinen; alles mit Kurbel.


                      Dietmar
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                      • gde2011
                        gde2011

                        #12
                        AW: Sikorsky VS-300 V4

                        Oh, oh. Chapeau, chapeau!!

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                        • DiKey
                          Member
                          • 26.05.2009
                          • 702
                          • Dietmar
                          • RCC-Zirl / Tirol

                          #13
                          AW: Sikorsky VS-300 V4

                          Die Animation im Inventer ist doch etwas schwieriger als gedacht - oder bin ich zu bl**?

                          Aber ich wollte euch den Bewegungsablauf nicht vorenthalten. Die Videoqualität ist zwar nicht grad berauschend aber man sieht was.

                          (Gute Tipps für Inventor nehm ich gern entgegen; das Ding autodidakt zu lernen ist der Hammer)





                          Dietmar

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                          • DiKey
                            Member
                            • 26.05.2009
                            • 702
                            • Dietmar
                            • RCC-Zirl / Tirol

                            #14
                            AW: Sikorsky VS-300 V4

                            Für meine weitere Planung würde ich gern auf die Erfahrung von euch zurückgreifen.

                            Welche Blattanstellungen sind für einen ruhigen Scaleflugstil sinnvoll?
                            Bei meiner Anlenkung schaff ich mechanisch maximal +/- 12° Collective und +/- 12° Cyclisch (da bin ich aber absolut am "Anschlag")

                            Nur diese Ausschläge machen mMn im Scaler keinen Sinn.
                            Collective -4° bis +12° bei Schwebepitch +4° sollten passen.
                            Und Cyclisch? Ich tendiere zu +/- 8°. Was sagt ihr dazu?

                            Zur Erinnerung: der Heli wird 1,5m Rotordurchmesser bei 6kg Masse haben (die hab ich, gegen die ersten Schätzungen, nach oben revidieren müssen). Als Kopfdrehzahl peil ich max 1500 RPM an - bei einem Dreiblattkopf.

                            Danke für die Inputs


                            Dietmar

                            Kommentar

                            • heliroland 66
                              Senior Member
                              • 06.03.2011
                              • 5112
                              • Roland
                              • Hasselroth

                              #15
                              AW: Sikorsky VS-300 V4

                              Ich habe bei meiner Lockheed mit 4-Blatt nur -4 - +8 Collectiv und habe reichlich schub damit um auch aus einer kritischen Situation raus zu kommen. Cyklisch habe ich auch +-8 aber mit sehr viel Expo und Dual.
                              Gruß
                              Roland
                              Modell-Heli fliegen, fast die schönste Nebensache der Welt
                              Je originalgetreuer je besser!

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