Bau eines Senkrechtstarters V-22 Osprey Typ

Hallo zusammen,

seit ca. einem halben Jahr bin ich am Planen und Umsetzen meiner Facharbeit für den LK Physik: dem Bau eines Senkrechtstarters (V/STOL).

Vorweg: Dieses Thema wurde schon oft in den vergangenen Jahren (v.a. in englischsprachigen Foren) angesprochen, allerdings nie zu einem befriedigendem Abschluss gebracht, daher würde ich gerne einige aktuelle Meinungen einholen...

Wer sich mit dem Thema schon ein wenig auskennt, weiß, dass MH-Airpromotions erfolgreich schon in diesem Stil ein Modell auf den Markt gebracht hat und einige gute Erklärungen liefert. Andere Modelle sind meistens äußerst schlecht vorgestellt oder benutzen andere Lösungen für diverse Probleme, z.B. wurden früher oft Helimechaniken verbaut.

Zu spät zum aufhören ist es leider nicht mehr wie folgende Bilder im Anhang beweisen.
Zu sehen ist mein bereits zweites Modell, dass vm Vergleich zum ersten stabiler und v.a. leichter ist; die grundlegenden Schwierigkeiten beim Flug sind die selben.

Damit sich nicht alles, was wir bereits wissen, wiederholt, fasse ich meine wichtigsten Erkentnisse mal so kurz wie möglich zusammen:

- Das Mixer-Setup meiner MX-12 (ja sowas billiges kann das!) erfüllt nach ca. 5-Stündiger Programmierzeit alle Funktionen ähnlich wie bei MH-Airpromotions
- Ich verwende gegenläufige 3-Blatt Props
- Die Schwenkmechanik wird durch jeweils ein Paar kopf-an-kopf montierte Servos auf Ausschläge jenseits der benötigten 90°-110° direkt angetrieben (siehe Bilder, hat vor mir bei anderen Projekten noch keiner versucht, ich bin damit zufrieden)
- Im Gegensatz zu MH-Airpromotins kann ich meine beiden Motorgondeln in unterschiedliche Richtungen kippen (Gier, Trimmen...)
- Helimechaniken als Motorgondeln sind: groß, teuer, schwer, kompiziert

Das Hauptproblem: Kontrolliert Hovern

Genau deswegen poste ich hier und frage um Rat und bin auf gute Ideen gespannt.

Das gesamte Flugzeug ist (teilweise wegen des Bodeneffekts) um die Nick-Achse manuell so gut wie nicht kontrollierbar

Versuche, den Schwerpunkt durch per Servo verschiebbare Gewichte zu ändern brachten ein wenig Besserung, aber entweder zu uneffektiv oder Auge-Hand-Flieger zu langsam.

Aktueller Stand:

Als nächstes (was zwei Studenten versucht haben) habe ich am Heckrohr einen kleinen Heckrotor installiert, der sich um die Nickachse kümmern soll.
Beinahe das selbe Ergebnis: ich bin einfach zu langsam mit meiner Korrekturbewegung, der Flieger kippt nach vorn oder hinten ab

Der scheinbar so einfache Ausweg könnte ein Kreisel sein, der für Ruhe sorgt und ein Abkippen verhindert. Demnächst soll mir mal ein Kollege einen zum Testen ausleihen, bevor ich einen kaufe.
Da hier im Forum sicher Leute sind, die mehr Erfahrung von Kreiseln oder sind, will ich diese fragen, ob dies die einzige Möglichkeit ist.

Ein letzter Versuch wäre es, sehr große (von Koaxhelis) Props zu verwenden, die hoffentlich mehr Stabilität um die Nickachse bringen. Dafür sind aber wieder Getriebe usw. notwendig.

Abschließend möchte ich noch anmerken, dass aus meinen bisherigen Flugversuchen hervorgeht, dass ein Versetzen der Propellerebene nach oben keine Lösung darstellt.

Ich freue mich auf eine anregende Diskussion, gute Ideen werde ich schnell umsetzen und Ergebnisse präsentieren.


Alexander Guffler


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Daten zum Modell auf den Bildern:

Aufbau: gefräste GfK-Platten und CfK-Rohre
Spannweite: 126 cm
Länge: 63 cm
Gewicht ohne Akkus: 600 g
Akkus: 3s 2100 mAh Lipo für Hauptmotoren -> ca. 190 g
2s 450 mAh Lipo für Heckmotor -> ca. 40 g
Zwei 20 A-Regler mit 15 A-Motoren (1000 U/Vmin)
Vier billige noname-Servos als Schwenkservos (zum Getriebe schrotten wäre alles andere zu schade...)
Fürs normale Fliegen sind noch Leitwerke und Tragflächen vorgesehen, entweder Styro (vorerst) oder Balsarippe (Endversion)
erwähnenswert ist vielleicht noch meine spezielle Motorkühlung aus Alu-Klebeband (habe ich auch als Kühlrippen am Regler meiner Katana MD)

Dämpfung um die Nickachse?

Dämpfung um die Nickachse?

Hallo Alexander!

Ein ambitioniertes Projekt hast Du da begonnen!
Einige deiner Detaillösungen gefallen mir richtig gut! (Die Motorkühlrippen werde ich für meine Panther übernehmen, bevor der Motor abraucht... ;-) )
Zurück zum Thema:
Wenn ich mir die original Osprey anschaue, so hat die keinen (wie auch immer gearteten) Heckrotor. Dafür hat sie aber ein vergleichsweise großes Höhenleitwerk und auch noch einen flachen Rumpf. Ich gehe daher davon aus, dass sie die Rotoren bei der Transition zuerst nur minimal nach vorne neigt, um Vorwärtsfahrt aufzubauen. Dann, wenn genug Anströmung am HLW ist und die Steuerbarkeit um die Nickachse gewährleistet ist, wird sie vollständig nach vorne schwenken.
Ich vermute daher, dass dich eine Depronplatte als HLW am Heckausleger in diese Richtung bringen wird.
Da dir das beim Schweben - mangels Anströmung - vermutlich nur wenig bringen wird, wirst du wohl ohne Kreisel trotzdem nicht auskommen. Ich empfehle hier einen Kreisel mit "Heading-Lock"-Funktion. Ein (oder auch mehrere) Kreisel sind aber bei so einem komplexen Fluggerät keine Schande - das Original hat garantiert auch mehr als einen davon...

Viele Grüße,
Falk

die original Osprey hat auch so eine art V- Form in den Propellern.

Sebastian

Hallo Alexander,

ohne je einen (Dämpfungs- und nicht HH-) Kreisel für Roll und Nick hast du keine Chance, das Teil zum Fliegen zu bringen. Das kann man theoretisch und praktisch beweisen; mach´ ich jetzt aber nicht. Ein dritter Kreisel für Gier (hier HH) wäre sehr hilfreich; wenn dir das Teil schneller wegdreht, als du mitdenken kannst, dann kannst du auch Roll und Nick nicht mehr steuern.

Da du den "Hilfsrotor" am Heck zum Steuern nicht in der Drehrichtung umsteuern kannst (viel zu langsame Reaktion), muß dieser ständig (in einer Drehrichtung) laufen und "trägt" daher in "Neutralstellung" mit. Deshalb musst du dann auch den Schwerpunkt etwas von der Verbindungsachse der Hauptrotoren aus nach hinten verlegen; sagen wir mal mindestens etwa 10% des Abstands Hauptrotoren-Hilfsrotor. Der Hilfsrotor trägt dann etwa zu 10% zum Gesamtschub bei.

Du könntest dich auch mal in der Quadrocopter-Szene schlau machen (z.B. im X-UFO-Forum), dort wurden auch schon "Tricopter" gebaut und geflogen.

Ganz allgemein noch (ich sage das sehr ungern, weil es ja demotivierend ist):
Eine V-22 als funktionsfähiges Modell zu bauen, ist ein SEHR SEHR anspruchsvolles Vorhaben, das für einen LK Physik um einige Nummern zu groß ist. Sorry, aber es ist so...

Wenn du so ein Tricopter-(ähnliches) Modell zum hovern und einfachen gesteuerten Rundflügen hinkriegst, dann wäre das schon eine Super-Leistung.


Gruß,
Helmut

Hallo

Hier gibt es fertige Boards die soetwas steuern, nennt sich dann Quardocopter, oder wie in diesem Fall Tricopter. Diese Boards sind normalerweise mit 3 kreiseln (also um jede Achse)bestückt um den erforderlichen Regelbedarf durchzuführen. Würde mal hier reinclicken

http://uavp.ch/moin
http://forum.xufo.net/bb/index.php
http://forum.mikrokopter.de/

Damit sollte es auch dann mit dem schweben klappen.

Habe übrigens selbst einen Quardocopter mit dem "Wolferl-board" und war nach einer kurzen Eingewöhnungsphase überrascht wie einfach das funktioniert. Mittlerweile aber hängt der im Eck und verstaubt.
click mich

viele Grüsse

Ferdl

Verti4

Verti4

Hallo Alexander,
evtl. findest Du beim Verti4 weitere Inspiration:
http://verti4.blogspot.com/
Rechts auf derr Seite befinden sich lohnende Links, unter anderem die gesamte Verschaltung unter "Mixages". Ich hab das Ding bei Sturm auf der Inter-Ex 2008 in Paris fliegen gesehen. War beeindruckend, wie das bei den Bedingungen flog, insbesondere weil es mit sehr einfachen Mitteln realisiert ist. In einer der letzten FMTs war ein mehrseitiger Bericht über das Modell.
Grüße
Stephan

Danke für so viele schnelle Antworten

dass mir ein wenig Fahrt bei großen Steuerflächen hilft, davon bin ich überzeugt...muss nur noch ein Leitwerk ans Heckrohr kleben

Vorweg noch: Ein kontrollierter Start und eine kontrollierte Landung sind meine Ziele, die ich erreichen möchte. Ein komplettes auf der Stelle stehen in der Luft ist nicht realistisch (siehe diverse andere Projekte).

Beim bisherigen Versuchen hat sich rausgestellt, dass ich für Gier nicht zwangsläufig einen Kreisel bräuchte (mal abwarten, wie die Transition dann abläuft). Auch Roll ist gut beherrschbar und dürfte sich mit ein wenig Fahrtwind gut genug "dämpfen" lassen.
Bisher konnte ich immer wieder beobachten, dass sich der Flieger um die Nickachse "aufschaukelt", d.h. wenn ich den Flieger so halte, dass er sich nur um die Nickaches bewegen kann, dann kann ich wie ein Kreisel steuern und diese Bewegung verhindern; da es aber während dem hovern mehr zu steuern gibt, kann ich für diesen Fall nicht wie im "Teststand" den Kreisel selbst machen.
Daher habe ich jetzt ein Heading lock Kreisel bestellt.

Bis der Kreisel da ist, kümmere ich mich um Leitwerke und Tragflächen
Weiß jemand, welches Profil ich am besten verwende? Bisher dachte ich an das verbreitete Clark Y ....

Wer sich für andere Projekte interessiert (und Englisch gut versteht):
http://www.youtube.com/watch?v=hj62ja1M7G8
Wie bekommt der das Teil so ruhig?

mittlerweile bekannt: MH-Airpromotions (ohne Kreisel um die Nickachse, was ich immer noch nicht ganz kapiere)
http://www.youtube.com/watch?v=xkn4hV66P_M

Exzellente Videos von RC-Powers.com
http://www.youtube.com/watch?v=ncsINHJBP0k
http://www.youtube.com/watch?v=Uxv6fLNZ9Ws&feature=video_response

Wenn das ganze funktioniert, dann wird drum herum eine ordentliche Dokumentation aufgebaut (was für die Facharbeit sowieso gemacht wird). Witzigerweise fehlen von etlichen Projekten für später angekündigte Videos usw., was wohl auch an Crashs liegen kann.

Generell hat mich dieses Projekt schon lange interessiert und da ich später wahrscheinlich Luft-und Raumfahrttechnik studieren werde kanns auch nicht schaden; also ich mache das ganze auf gar keinen Fall nur für die Facharbeit falls sich jemand fragt wieso ich mir ausgerechnet sowas aussuche.

Noch einen schönen Flugtag zusammen....

hier habe ich noch etwas Vergleichbares gefunden:

http://www.rcuniverse.com/magazine/article_display.cfm?article_id=1010

Hier werden einige Gyros mehr verwendet, das Endergebnis spricht für sich

Allerdings feht auch hier ein ausführlicher 2. Teil über Flugeigenschaften usw.


Update:
Leichte Verbesserung mit starrem Depron-Leitwerk, trotzdem immer noch keine Chance, stabil abzuheben

Zur Diskussion:
Ich bin mir nicht sicher, aber mir kommt es so vor, dass das Pendeln um die Nickachse nicht so stark ist, wenn der Schwerpunkt und Rotorebene näher zusammen liegen (trotz daraus physikalisch resultierender höherer Schwingungsfrequenz)
Kann sich jemand darauf einen Reim machen? Vielleicht lagere ich mal den Akku so weit oben wie möglich...



Update:
Habe einen Styroklotz unter den Akku geschnallt, so dass der Schwerpunkt ca. 4cm unterhalb der Rotorebene liegt.
Der Akku sitzt nun sogar höher als die Servos, naja jedenfalls konnte ich keine so ausgeprägte Pendelbewegung wie vorher beobachten

Hallo Alexander,

wenn ich es richtig verstehe, willst du also eher ein STOL- als ein VTOL-Gerät bauen.

Einerseits schlecht, weil du es dann von Anfang an mit der schwierigsten Flugphase (Transition) zu tun hast. Andererseits gut, weil das Teil bei hinreichender Motorisierung schnell in den Bereich der Wirksamkeit der aerodynamischen Ruder gelangt. Der Start ist weniger kritisch (nach oben ist immer Luft...), nur die STOL-Landung wird schwierig.

Bisher konnte ich immer wieder beobachten, dass sich der Flieger um die Nickachse "aufschaukelt"......

Zum Vergrößern anklicken....

Da hast du zum erstenmal Bekanntschaft mit der dynamischen Instabilität von strahlgetragenen Fluggeräten gemacht; das ist typisch. Wirkliche Abhilfe ist nur mit einem Dämpfungskreisel (oder weitergehenden Einrichtungen) möglich. Bei deinem bestellten HH-Kreisel kann man die Lock-Funktion (Integration => Lagekreisel) ja auch abschalten.

Du musst zwischen Anstellwinkel und Lagewinkel (bzw. Bahnwinkel) unterscheiden; nur im Schwebeflug und bei kleinen Horizontalgeschwindigkeiten sind die "Deltas" der beiden Winkel bei einer Abweichung aus der Gleichgewichtslage identisch. Im allgemeinen sind die beiden Winkel unabhängig voneinander und ein (HH-) Lagekreisel kann kontraproduktiv wirken.

Ich bin mir nicht sicher, aber mir kommt es so vor, dass das Pendeln um die Nickachse nicht so stark ist, wenn der Schwerpunkt und Rotorebene näher zusammen liegen (trotz daraus physikalisch resultierender höherer Schwingungsfrequenz)

Zum Vergrößern anklicken....

Da hast du richtig beobachtet. Aber vermutlich meinst du, daß die Schwingungsfrequenz kleiner, und die Schwingungsdauer größer wird; das ist vom Pilot leichter beherrschbar als umgekehrt.

Auch das ist typisch (und theoretisch herleitbar) für Rotor-/Propellergestützte Fluggeräte. Die Schwingungsdauer der fast immer vorhandenen gekoppelten Kipp- und Fahrtschwingung wird bei höherliegendem Schwerpunkt größer und die Anfachung kleiner (statische Stabilität wird geringer, aber nicht NUll; dynamische Stabilität besser).
Übrigens ist es ein großer Unterschied, ob du das Teil in der Hand hältst und ihm dadurch den Freiheitsgrad "Fahrt" nimmst, oder ob es der Horizontalbeschleunigung "nachgeben" kann. Im zweiten Fall entsteht ein aufrichtendes aerodynamisches Moment durch die Schräganströmung des Props/Rotors. Ich kann hier auf Details nicht eingehen...

Diesen Effekt des hochliegenden Schwerpunkts hat man u.a. bei den manntragenden fliegenden Plattformen u.ä. der 50er-Jahre ausgenützt. Auch den Entwicklern der Modell-Schwebegeräte (Quadros u.ä.) ist der Effekt seit langem bekannt, und bei manchen Flugspielzeugen muß der SP oberhalb der Rotorebene liegen, damit die Teile statisch und dynamisch stabil fliegen. Geht total gegen das "natürliche erste Gefühl"; aber bei tiefergehenderer theoretischer Beschäftigung damit ist es zu verstehen.


Falls es dir möglich ist (Fernleihe ?) würde ich dir raten, das folgende Buch auszuleihen:
Hafer/Sachs, "Senkrechtstarttechnik", Springer-Verlag, 1982
Es ist zwar ein Hochschulbuch, geht aber (auch mathematisch) nicht allzusehr in die Tiefe (dafür viele Literatur-Referenzen); eher eine Einführung in diese Technik und ihre speziellen Probleme/Lösungen. Es ist gut zu lesen und würde dir erheblich nützen.

Ich könnte dir auch auch noch andere relevante Literatur angeben; wird aber dann wohl für den Moment etwas zuviel...



Gruß,
Helmut

PS. Eine gute und sehr umfangreiche Dokumentation zur V-22 gibt es hier:
http://www.globalsecurity.org/military/systems/aircraft/v-22-flt-cntrl.htm

propellerdrehpunkt im Schwerpunkt

propellerdrehpunkt im Schwerpunkt

Meine überlegung: Du hast Kipppropeller und keine Kipprotoren. Ein Kipprotor könnte mit seiner zyklischen Blattverstellung ein Nickmoment aufbauen womit man das ganze Stabilisieren kann. Beim Kipppropeller kann man den Schubvektor drehen. Der Schubvektor geht durch den Drehpunkt der Kippachse, und ob die Propellerebene oberhalb oder unterhalb dieser Achse ist spielt eigentlich keine Rolle.
Ist jetzt der Schwerpunkt in der Kippachse (oder in der Nähe), geht der Schubvektor immer durch den Schwerpunkt, durch drehen der Proppeller kann nichts (fast nichts) bewirkt werden.

Möchte man ohne "Heckrotor" auskommen und die Stabilisierung über das Kippen lösen, müsste der Schwerpunkt aus dem Drehpunkt.

Eine Interessante Frage ist, ob der Schwerpunkt über oder unter diesem Drehpunkt sein soll. Wenn ich im Kopf die mir bekannten Vektorgesteuerten Geräte durchgehe, ist der Schwerpunkt meistens unter (hinter) dem Schwerpunkt (Rakete, Motorboot, Hillerplattform). Ein Hubschrauber hat ja eigentlich keine Vektorsteuerung, sondern hat einen Rotor.

Im Moment blicke ich noch nicht ganz durch bei den Unterschieden "Zug- oder Schubvektorsteuerung". Oder wieso ist bei einem Boot das Ruder immer hinten?

Es gab ja Versuche (USA 1951,Zimmermann) wo Pressluftdüsen unter die Füsse geschnallt wurden. Die Probanten sagten aus, dass damit zu Schweben noch einfacher als aufrechtes Stehen sei.
Das Menschliche Regelsystem muss da nichts neues dazu lernen, den es ist Stehen mit Servounterstützung.

Wie ich sehe hier bin ich bestens beraten...vielen vielen Dank

So langsam kommen wir den Kindheitsproblemchen auf die Schliche.

Die Literatur zum Thema stellt kein Problem dar und wird per Fernleihe bestellt.
Relativ sicher werde ich den HH-Kreisel im Normalmodus betreiben, das muss ich auf die ersten Versuche ankommen lassen...

Nun ob das, was ich baue, ein VTOL oder ein STOL wird, kann ich nur damit beantworten, dass ich einen kontrollierbaren Start brauche und mir ein Fluggerät mit VTOL- Fähigkeit lieber wäre (<- aber das ist Unsinn, Hauptsache es funktioniert)
Für ein STOL brsuche ich doch an so gut wie allen Steuerflächen Kreisel (oder?), da das ganze je nach Stabilität wie 3D-Flug ausarten kann.

Ich lege heute den SP noch mal ein wenig höher und schaue, was passiert...

Wie die Webseite zeigt, kann die V-22 wie ein Heli mit der Blattverstellung seine Nickbewegung steuern.
Ironischerweise kommt MH-Airpromotions ohne aktive Nickbewegung aus...was ist das Geheimnis?- denn das Modell weckt nicht den Anschein, als ob der SP in der Rotorebene liegt. Ich will deren Tilt-609 nicht kopieren, muss aber verstehen, wieso es trotzdem gut fliegt.

Sobald der Kreisel da ist, kann ich wieder einiges mehr berichten, bis dahin kann ich nur am vorhandenen Modell herumspielen...

Grüße, Alex

So wie es aussieht kann das Model von MH-Airpromotions die Nickbewegung wirklich nicht aktiv kontrollieren. Der Schwerpunkt ist viel tiefer unter der Drehachse als bei deinem Entwurf (wo die Rotorebene liegt spielt keine Rolle, aber der Ort der Kippachse ist entscheidend!). Wird der Propeller nach vorne geneigt, nimmt die Fahrt zu, durch den Luftwiderstand neigt sich das ganze nach vorn und dank dem HLW (+Kreisel???) gibts jetz kein Purzelbaum.

Ohne HLW würde es jetzt kritisch werden. Ich würde gern mal ein Video sehen, wo einer mit diesem Model Rückwärts fliegt, ich denke dies braucht dann einiges an Geschick vom Piloten.

Beim Schwenken der Propeller spielt das Trägheitsmoment um die Nickachse eine wichtige Rolle, sonst schwenkt der Rumpf und nicht der Rotor, der Akku ist warscheinlich nicht ohne Grund so weit aussen und tief plaziert

Wieso beim MH-Airpromotions das Gieren mit einem separaten Motor gelöst wurde ist mir nicht ganz klar, ohne wäre doch eleganter(seperates Kippen der Propeller).....Ok, die Mischerei wird dann ziemlich komplex wenn das Teil nicht nur schweben soll(bräuchte auch einen zweiten Gyro)
Sehe ich das richtig, das HLW beim MH-Airpromotions ist nicht steuerbar, dann wird auch im Flugzeugmodus mit dem Schub gesteuert....Ohne Motor keine Landung???

derselben Meinung bin ich auch (obwohl ich jetzt kein Experte bin)


Update:
Hopser mit noch höherem SP (Akku ragt mittlerweile 6cm über CfK-Rohre hinaus) lassen zumindest das Gefühl aufkommen, dass das Teil so langsam aber sicher um die Nickachse das macht, was man will.

Mit einem beherzten Stoß ist es mittlerweile kein problem mehr, den Flieger "stabil" auf 1m Höhe zu bringen...was danach kommt ist Aufgabe meines bombenfesten GfK-Chassis: Ein Kreisel dürfte die Kiste dann weiterhin gerade halten (alles ist steuerwirksam, aber ich bin eben doch kein Kreisel ;-) ) jedenfalls kippt er dann nach vorn oder hinten, ich steuere dagegen- natürlich zu kräftig/lange und das gleiche Spiel in Gegenrichtung...mit glück lande ich wieder auf dem Fahrwerk
Interessant ist auf jeden Fall, dass ein zusätzliches Zumischen der Kippbewegung zum Heckrotor deutliche Verbesserung bringt (später evtl. Ansteuerung der Tiltservos über V-Mischer mit Gyro auf Nick?(wer will: auch Gier mit Gyro))

Sollten Versuche mit hohem SP und Kreisel erfolgreich sein, gibts innerhalb kürzester Zeit ein neues Chassis...

Gruß, Alex

Michu schrieb:

Sehe ich das richtig, das HLW beim MH-Airpromotions ist nicht steuerbar, dann wird auch im Flugzeugmodus mit dem Schub gesteuert....Ohne Motor keine Landung???

Zum Vergrößern anklicken....

Den Angaben von MH-Airpromotions nach wird anstatt dem HR nur mit der Tiltbewegung gesteuert...

Einer der alten Hasen ist auch vtolman, der scho relativ lange flugfähige vtols baut

auf den Bildern im Forum von RC Universe sieht man aber meiner Meinung nach ebenfalls keinen Heckrotor, dafür wird aber erwähnt, dass Gyros benutzt werden

Zitat von Vtolman:
"2 external mixers (I used VEE-TAIL omni )and 2 gyros are required.
One gyro stabilizes roll and the other controlls pitch, and strangely enough yaw stabilization is not needed, unlike a heli.."

Auch hier ist der SP weit unter der Kippachse, wenn ich bei meinem nächsten Chassis die Rohre (also die Kippachse) in Nähe des SP's platziere und dafür hohe Motorgondeln baue, spielt dann die Höhe der Propellerebene keine Rolle?
Wenn meine Motorgondeln länger sind, kann ich sie in einem kippbaren Teil der Tragfläche integrieren

Wenn die Kippachse in der Nähe des Schwerpunkts liegt, dann geht der Schubvektor immer durch den Schwerpunkt, egal wie man kippt und auch egal wie hoch die Motorgondeln sind, somit wäre das nicht steuerbar.
Ich denke es ist wichtig, dass ein gewisser Abstand zwischen Kippachse und SP existiert, der Ort der Propellerebene ist nebensächlich. Wenn eine Kraft an einem Körper angreift, ist die Wirkung immer die gleiche, wenn man den Wirkpunkt entlang des Vektors verschiebt

Hallo,

michu hat im Prinzip schon Recht; wenn die Rotorresultierende durch den SP geht, kann man kein Steuermoment mehr erzeugen. Aber: Bei "normalen" Helis mit mehr oder weniger ausgebildeten (zumindest virtuellen) Schlaggelenken gibt es ähnlich wie bei Starrflüglern den sog. Neutralpunkt. Der liegt oberhalb der Rotorebene auf der Rotorachse; und um diesen Neutralpunkt dreht sich beim Vorwärtsflug oder beim Steuern die Rotorresultierende. Der Abstand Rotorkopf-Neutralpunkt hängt vor allem stark vom Schlaggelenkabstand ab, und im Grenzfall kann er ins Unendliche rücken; dann wird aus dem Kippen eine Parallelverschiebung...

Und dann ist da vor allem noch der "transverse-flow" oder "pitch-up"-Effekt, mit dem die u.a. Modell-Koaxe (eigenstabil) fliegen. Sobald der Rotor in irgendeine Richtung parallel verschoben wird (Schieben oder Vorwärtsflug), wird er schräg angeströmt (auch wenns nur ganz wenige Grad sind). Die Rotorebene wird dadurch ungleichförmig durchströmt und es entsteht ein Moment, das den Rotor gegen die Anströmung aufrichten will. Dieser Effekt ist sogar so stark, daß er (wieder mal) zur dynamischen Instabilität ("Schaukeln")führt, wenn man keine Dämpfung vorsieht. Und das macht die genial einfache Stabistange, die bei den Modell-Koaxen damit 2 Kreisel ersetzt.
Dieser Effekt "funktioniert" aber nur bei hinreichend großen, rel. langsam drehenden Rotoren, d.h. bei Helis. Bei schnell laufenden Rotoren (Quadros, oder auch bei dir) ist er nur schwach.


Der vtolman in deinem Link ist vermutlich Gary Gress,
http://www.gressaero.com/
reinschauen könnte sich lohnen...
Vor Jahren schon hat der ein doppelrotoriges Schwebegerät (nicht Kippflügel oder Kipprotoren, nur zum Steuern ein paar Grad mittels Servos schwenkbar) gebaut, das ohne Kreisel auskommt. Ich versuch mal, sein Schaltbild dazu anzuhängen. Ich hab das nur mal für Jemand im Nachbaruniversum ins Deutsche übersetzt.
Von dem Teil habe ich auch noch ein kurzes Flugvideo auf der Festplatte, das ich dir zukommen lassen könnte. Imho stabilisiert das Teil mit dem "tranverse-flow-effect", wie man anhand des Schaukelns vermuten kann.

Noch ganz allgemein, aber insbesondere für Schwebegeräte: Steuerbarkeit und Stabilität (z.B. die SP-Lage) sind gegensätzliche Ziele, für die man bei geringem Aufwand immer einen Kompromiß suchen muß; nur mit erheblichem elektronischem Aufwand kann man beides optimal erfüllen.

Alexander, ich tue mich sehr schwer damit, dir einen wirklich guten, fundierten und leicht umsetzbaren Rat zu geben.
Zum Einen ist mir nicht ganz klar, wohin du gelangen willst. Einerseits legst du auf Hover-Fähigkeit keinen Wert (brauchst sie aber imho), machst deine Versuche aber genau dazu/damit.
Zum Andern bedeutet deine grundlegende Philosophie (möglichst wenig Mischer und Kreisel...) eine sehr große Einschränkung bei der Entwicklung. Ich möchte jetzt nicht das weiter oben Gesagte nochmal wiederholen; aber ohne vor allem 2 Kreisel (mit deren Folgen..) hast du imho sehr schlechte Karten.

Deiner Beschreibung nach (das Teil kippt beim Steuern nach der einen oder andern Seite weg, du kommst mit dem Steuern nicht schnell genug nach) könnte es sein, daß du auch viel zu große Steuerausschäge (Kippwinkel der Rotoren zur Längs- und Quersteuerung, nicht den zum Schwenken der Rotoren) hast. Zum Steuern brauchst du nur ein paar Grad Kippen im unteren einstelligen Bereich. Den Fehler viel zu großer Ausschläge machen fast alle Anfänger in diesem Bereich.

Falls du auf Hover-Fähigkeit Wert legst, solltest du imho deinen Heckrotor (+Motor) vergrößern, damit der auch nennenswerte Beiträge zum Gesamtschub bzw. zur Steuerung liefern kann. Der wird natürlich wieder ein Reaktions-Giermoment erzeugen, das man aber z.B. durch leichtes seitwärts-Neigen kompensieren kann (so war´s bei der "Tribelle" von Stefan Dolch gemacht).

Zur Klärung diverser Grundlagen-Fragen zu Rotoren, Steuerbarkeit usw. wäre noch dieses Buch interessant für dich:
W. Just, "Einführung in die AERODYNAMIK UND FLUGMECHANIK DES HUBSCHRAUBERS"
2. Auflage, Verlag Flugtechnik Stuttgart 1957
Ein sehr altes Buch, das man nur noch in Bibliotheken ausleihen kann. Gehört aber immer noch zum Besten, was es an einführender deutschsprachiger Literatur zu diesem Thema gibt; sehr anschaulich und ohne viel Mathe geschrieben, aber trozdem korrekt.

Am Rande: Wie weit die (wirklichen) Profis bei den Quadros inzwischen sind, kann man sehr beeindruckend z.B. hier sehen:
http://hybrid.eecs.berkeley.edu/index.php?section=37
Für autonomes Fliegen ist sehr gute Stabilität und Steuerbarkeit auf unterster Funktionsebene Voraussetzung. Von "Normalos" ist das nur in Sonderfällen nachvollziehbar; da steckt jede Menge Informatik/Regelungstechnik dahinter, und natürlich auch speziell gebaute Elektronik.


Und dann noch ein Bild (leider nicht sehr gut, Vor-Digitalkamera-Zeit) von einem Experimental-Flieger von mir, ca. 10 Jahre alt. Diese "Ansammlung von Rotoren" ist im Schwebeflug wirklich geflogen. Hat aber wenig Freude gemacht wegen der damaligen schweren Nicad-Akkus, immer heißen Bürstenmotoren, und Drift der Piezo-Kreisel.

Gruß,
Helmut

Bevor ich meine Fragen los werde, kläre ich noch schnell so gut wie möglich, was ich erreichen möchte:

Wie man auf den Fotos sieht, habe ich noch keine Tragflächen am Chassis, ein 100% iges STOL, das nur durch angeströmte Ruder stabilisiert soll es nicht werden (was nicht heißt, dass mir der Wind doch nützlich sein könnte)
Mein Ziel ist es, den Flieger möglichst auf einer Höhe zu halten, ein wenig seitlicher Drift sei für den Fall erlaubt...eigentlich brauche ich diese Fähigkeit ja nur zum Starten und Landen
Im Endeffekt wäre ich mit ähnlichen Eigenschaften wie denen des Modells von MH-Airpromotions höchst zufrieden

Fragen:
Wie gut funktioniert der transverse-flow dann auch bei kleinen Props?
Spannweite 1227cm <-> 9" props
Der Effekt reicht dann wohl nicht auch aus?

@helmut: Du denkst, dass ich noch ein Roll-Gyro brauche?
meine bisherigen Versuche haben eigentlich kein extremes Eigenleben um die Rollachse gezeigt (da kann ich mich aber auch getäuscht haben bisher)
Das Wegkippen erfolgt nach vorn oder hinten (vielleicht habe ich das ein wenig missverständlich formuliert)

Noch eine andere theoretische Überlegung:

Wenn der Heckrotor im Stande ist, den Flieger waagerecht zu halten, dann könnte ich doch durch leichtes Kippen der Motoren nur Vorwöärtsfahrt erzeugen, ohne wie ein Heli dazu den ganzen Flieger anstellen zu müssen?
D.h. der Heckrotor hängt nur noch zu z.B. 20% am Nickkanal (evtl im HH-mode??) und sorgt einfach nur für eine waagerechte Position
Das ganze könnte mir dann in der Transition zu gute kommen


Den Schaltplan habe ich mit meinen senderinternen Mischern genau so wie gezeigt realisiert (wenn ich dann im "Normalflug" bin und Quer von den Schubvektoren unterstützt werden soll, muss ich mit einem zusätzlichen Mischer die Drehrichtungen umkehren)

Bis der Kreisel da ist, lasse ich meine Testflüge lieber sein, bevor ich noch irgendwas in einem crash verliere (Servos gibts sowieso bald neue)

Die Literatur zum Senkrechtstarter habe ich gestern schon bestellt, mal schauen, ob das andere Buch auch verfügbar ist.
Bisher habe ich auch "Aerodynamik des Flugzeuges" von Schlichting und Tuckenbrod durchgesehen, hilft mir aber bei der Auslegung des VTOLs nicht viel

Noch eine Frage an unsere Airfoil-Fraktion: Was verwende ich erst mal als Tragflächenprofil? Bei exotischen Profilen wäre ich über dxf-Dateien oder Koordinaten froh...

Gruß, Alex

Hallo Alexander,

Wie gut funktioniert der transverse-flow dann auch bei kleinen Props?
Spannweite 1227cm <-> 9" props
Der Effekt reicht dann wohl nicht auch aus?

Zum Vergrößern anklicken....

Das "pitch-up" hängt neben der Gestaltung des Rotorkopfs vor allem von *Durchflußgrad* (Verhältnis Durchflußgeschwindigkeit durch die Rotorebene zur Umfangsgeschwindigkeit) und vom *Fortschrittsgrad* (Verhältnis Fluggeschwindigkeit zu Umfangsgeschwindigkeit) ab. Im Durchflußgrad stecken ein noch paar andere Größen. Bei Helis hat er große Bedeutung.
Ich denke, daß der Effekt unter deinen Bedingungen nicht viel nützen wird.

@helmut: Du denkst, dass ich noch ein Roll-Gyro brauche?

Zum Vergrößern anklicken....

Nach allem, was ich weiß, brauchst du je einen Kreisel für Rollen und Nicken.

meine bisherigen Versuche haben eigentlich kein extremes Eigenleben um die Rollachse gezeigt (da kann ich mich aber auch getäuscht haben bisher)

Zum Vergrößern anklicken....

Das dürfte sich noch zeigen...

Ein knappes Beispiel, worum es da geht:
Mal angenommen, du willst das Modell aus der Horizontal- in 20°-Schräglage bringen. Dann änderst du den Schub der Motoren entsprechend, und der Flieger beginnt zu rollen; erst langsam, dann immer schneller. Im einfachsten Fall musst du bei etwa 10° Schräglage den unsymmetrischen Schub wieder wegnehmen, das Modell dreht aber weiter... Daher musst du jetzt Gegenschub geben, so lange und so viel, daß es gerade bei 20° zum Stehen kommt.

Diese Art der Steuerung nennt man (etwas flapsig) "Kraft-" bzw. "Beschleunigungs-Steuerung"; dem Ausschlag des Steuerknüppels ist die Steuerkraft bzw. Beschleunigung proportional. Das ist sehr schwierig zu steuern; bei 2 Achsen gleichzeitig prakt. nicht mehr zu schaffen.
Wenn jetzt ein Dämpfungskreisel vorhanden ist, dann ist das regeltechnisch gesehen eine "Geschwindigkeitsrückführung", der Kreisel arbeitet jeder Rolldrehung entgegen, und es stellt sich eine konstante Rollrate ein, entsprechend der Summe von Steuer- und (negativem) Kreiselsignal. Dem Steuerknüppelausschlag ist jetzt die Rollrate proportional; das ist schon viel einfacher zu steuern (z.B. Knüppel neutral => Rollrate Null). Die Steuermethode heißt "Geschwindigkeitssteuerung".

In einer weiteren Steigerung kann man einen "Lage"-Kreisel verwenden, oder (in der Modellflugtechnik immer) die Lage durch Integration des Dämpfungskreisel-Signals berechnen. Dadurch wird dann die Lage des Modells proportional dem Küppelausschlag. Man nennt dies dann "Lagesteuerung", und die ist rel. einfach zu erlernen, auch bei mehreren Achsen. Auf den Heckrotor von Helis angewendet, nennen die Modellflieger dies "Heading-Hold".

Im aerodynamischen Flug haben Modelle fast immer eine hohe aerodynamische Dämpfung der Roll- und Nickdrehung; diese kommt durch die sich bei Drehung unsymmetrisch erhöhenden/erniedrigenden Anstellwinkel zustande. Aber im Schwebeflug fällt diese aerodynamische Dämpfung weg. Es bleibt gfls. nur noch eine Restdämpfung durch die als "Widerstandspaddel" (bei ganz abgerissener Strömung) wirkenden Flächen. Ob die ausreicht, ist sehr fraglich; es kommt im Einzelfall auf die Abmessungen und Trägheitsmomente an.

So wie dein Modell jetzt ist, hast du in jedem Fall keine ausreichende Dämpfung. Um es nochmal zu sagen: Es geht bei dieser Geschichte nicht um Instabilität, sondern um die vom Pilot nicht beherrschbare Steuerwirkung.

Wenn der Heckrotor im Stande ist, den Flieger waagerecht zu halten, dann könnte ich doch durch leichtes Kippen der Motoren nur Vorwöärtsfahrt erzeugen, ohne wie ein Heli dazu den ganzen Flieger anstellen zu müssen?
D.h. der Heckrotor hängt nur noch zu z.B. 20% am Nickkanal (evtl im HH-mode??) und sorgt einfach nur für eine waagerechte Position

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Ich weiß jetzt nicht so recht, wie ich das verstehen soll- hängt der Heckrotor bis jetzt noch nicht mit am Nickkanal ?
Ja, du musst eben ständig Momentengleichgewicht um die Nickachse halten; sagt sich sehr einfach...
Mit zunehmender Fahrt (vertikale Rotorenkomponente wird kleiner, aerodynamischer Auftrieb wächst) muß dann der Heckrotorschub zurückgefahren werden.
Andererseits muß er aber in der Abhebephase proportional dem (Vertikal-)Schub der Propeller wachsen.

Bisher habe ich auch "Aerodynamik des Flugzeuges" von Schlichting und Tuckenbrod durchgesehen, hilft mir aber bei der Auslegung des VTOLs nicht viel

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Stimmt; evtl. z.B. etwas zu den Definitionen und zur Auslegung/Wirksamkeit von Rudern.

Für dich wäre noch interessant:
O.E Pabst, "Kurzstarter und Senkrechtstarter", Bd. 6 aus der Reihe "Die deutsche Luftfahrt", Verlag Bernard und Graefe, 1984
Hierin nur die zweite Hälfte, bei der es um die Senkrechtstarter geht. Es ist kein Lehrbuch, sondern ein Fachbuch zur Entwicklungsgeschichte, mit vielen Bildern, Diagrammen, Schemata usw. Man könnte es auch als den Bild-Ergänzungsband zu dem schon genannten Buch von Hafer/Sachs sehen.

Noch eine Frage an unsere Airfoil-Fraktion: Was verwende ich erst mal als Tragflächenprofil? Bei exotischen Profilen wäre ich über dxf-Dateien oder Koordinaten froh...

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Ein Clark-Y wird ok sein, oder auch E 193 oder E 205.


Gruß,
Helmut

so, heute habe ich den Kreisel bekommen und kann meine ersten Eindrücke schildern:

Natürlich betreibe ich den Kreisel im Normalmodus (HH ist nicht geeignet)
Jedenfalls musste ich noch auf meinen größeren custom-Zahnbürstenmotor mit auf 4" gekürztem 8x4 GWS Prop als Heckmotor zurückgreifen.
Der Motor läuft in Nullstellung schon leicht, so dass die Drehzahl ausreichend schnell geändert werden kann...
Bei genau eingestelltem SP gelingt ein wunderschöner Start, Kreisel bei Roll und Gier wären für "in der Luft stehen wie angenagelt" wohl praktisch, sind aber nicht notwendig, um die Kiste zu kontrollieren...die Feineinstellung wird noch mehr rausholen denke ich mal.
Clark Y-Schneiderippen sind schon vorbereitet; noch eine stabile (!) Heckmotorhalterung und Leitwerksaufnahme fräsen

Demnächst gibt es noch ein einfacheres Chassis, das den Akku ohne Styroporklötze in Gegend der Kippachse hält.

Morgen beginnt die Testphase mit Kreisel erst richtig, mal sehen welche Erleuchtungen mich noch heimsuchen

Gruß, Alex