Highspeedhelis

Hi,
nach dem Sikorski und Eurocopter auch in den Speedheli hype eingestigen sind ,wollte ich mal einen Tread aufmachen um mal ein paar Gedankenansätze zu so einem Heli zusammen zu tragen.
Hier mal der neueste link zum Eurocopter Heli mit 2 Vortriebspropellern an Auslegern an den Seiten angeordnet. http://www.aviationweek.com/aw/blog...41a-4811-b9bb-156139691eb4&utm_medium=twitter .
Mir gefällt ja der Sikorski X2 besser, http://www.flugrevue.de/de/zivilluf...t-rekordgeschwindigkeit-von-463-kmh.32554.htm ,sieht einfach Aufgeräumter aus und hat noch Potential zu höheren Speed.
Mir würde ein Flettnerheli zu dem Thema einfallen ,hatte ich ja schon mal geschrieben,wobei ich aber die Zelle als Auftriebskörper gestallten würde die ab höheren Geschwindigkeiten selbst trägt und die Rotoren abschalten und die Blätter in Längsrichtung arretiert.Dazu würde ich die Rotoren im Durchmesser so klein halten das gerade zu noch abgehoben werden kann ,ok etwas mehr darfs schon sein aber viel mehr muss er nicht damit anstellen können. So ein Speedheli sollte so sogar schneller werden könne wie ein Speedflieger ,da der Heli an keine Flächenbelastungsregeln gebunden ist.Also ein Liftingbody mit Pusherprop(am besten gegenläufig wegen den Drehmomentausgleich) und Flettnerrotor zum Senkrechtaufsteigen.
 
jetzt wäre es höchst interessant zu wissen, was das fai - reglement zu solchen konzepten sagt.
denn damit wäre ein wahnsinnsgeschwindigkeitssprung machbar.

kleinerer rotorkreisdurchmesser wird sowieso demnächst getestet.


vg
ralph
 
Je nachdem was die FAI sagt waere von V-22 Osprey ueber NASA Puffin zur F-35 oder einem SeaHarrier so einiges denkbar. Hier koennte man sich auch ueber die verschiedenen Definitionen von "Hubschrauber", "Tragschauber", "Flugschrauber" ,"VTOL", usw streiten.
Bei "Lifting Body mit Koaxprop" musste ich spontan an die Convair Pogo denken. Mit genug Gyros kreigt man sowas sicher auch irgendwie zum Schweben ;)


Aber fuer spuerbare Verbesserungen reichen denke ich schon darauf ausgelegte Rotorblaetter. Sprich: passende Verwindung, Zuspitzung und Profil.

Ob sich unter 300, oder sogar 400 Sachen Flettner/Koax schon "lohnt" glaub ich nicht. Aber wenn mans konsequent drauf anlegt und wirklich auf heftige Drehzahlen geht wirds evtl wieder interesant. Hm oder versuchen die Schwebeleistung mit "Hochauftriebs"-Rotorblaettern versuchen zu minimieren und Vortrieb andersweitig (zB "normaler" Propeller) Das waere dann aehnlich wie die X2, allerdings kaempfen die mit etwas anderen Problemen wie die Modellhelis.


Da ich immernoch nicht so ganz dahintergestiegen bin wie und warum Modellhelis trotz extrem steifer Kohleblaetter keine Schlaggelenke brauchen bin ich mir nicht sicher ob hier nicht evtl auch noch Potenzial steckt. Ich im Moment darauf spekulieren, das der Vortschrittsgrad einfach niedrig genug ist, dass es nicht wirklich ins Gewicht faellt. Unter Umstaenden ist da noch was drin. Und wenns nur den Heckausleger ein wenig aus dem Fahrtwind nimmt.

Beim kleineren Rotordurchmesser bin ich eher skeptisch, aber da bin ich mal gespannt.

Gruss
Michi
 
Also mir gefällt auch das Sikorski X2-Konzept besser. Damit würden schon mal einige Problempunkte von heute gelöst.
Allerdings bedeutet das, einen völlig neuen Heli zu konstruieren.
Man, da steckt noch so viel Potential drin.
Wenn ich boß nicht diese blöde Nebenbeschäftigung hätte, mit der ich meine Familie ernähren muß. ;).

Gruß
Ralf
 

FamZim

User
Hi

@ Michi

Was sind Schlaggelenke ? Gelenke die einem Blatt ermöglichen nach vorn und hinten zu schwenken ?
Dann ist die Blattverschraubung das Schlaggelenk!

Gruß Aloys.
 
Schlaggelenke ermoeglichen dem Rotorblatt nach oben und unten zu "schlagen". So werden die extremen Biegemomente "abgefangen" und Blaetter und Rotormast entlastet und Schlagbewegung buegelt auch ein wenig die unsymetrische Auftriebsverteilung beim Vorwaertsflug aus, weil das vorlaufende Blatt nach oben schlaegt und so den effektiven Anstellwinkel verkleinert.
Hier ist eine Prinzipskizze. Sieht man auch an Rotorkoepfen von aelteren Hubschraubern. Bei neueren werden normalerweise die Funktion der Gelenke in die Faserverbundrotorblaetter integriert.
Ein weiterer Effekt ist, dass sich deshalb die Rotorblaetter nicht in einer ebenen Kreisscheibe bewegen, sondern sich, von der Seite betrachtet, ein auf der Spitze stehender Kegel bildet, der sich je nach Flugzustand in verschiedene Richtungen neigt. Damit wird quasi die Richtung in die die Nase (in gewissen grenzen) unabhaenig davon wohin der Rotorschub zeigt. Bei echten Helis zeigt die Nase ja im schnellen Reiseflug nicht so extrem richtung Boden wie bei den Modellen.

Da aber die Modellhubschrauberblaetter aus Kohle extrem steif sind frag ich mich immernoch, woran es genau liegt das hier keine Schlaggelenke gebraucht werden. Vorallem bei FBL Systemen, was genau die Paddel alles machen hab ich auch noch nicht 100% verstanden. Woran das liegt weiss ich leider auch nicht. Möglich waere vieles, zB dass die Kraefte klein genug sind, dass die Gesamtflugdauer eines Modells sehr klein ist, dass das Verhaeltnis von Fluggeschwindigkeit zu Blattspitzengeschwindigkeit normalerweise recht klein ist oder dass bei FBL Helis die Servos und Gyros schnell genug sind um das komplett auszusteuern. Falls da jemand genaueres weiss waere ich da sehr interessiert!

Ob hier noch Potenzial drin steckt kann ich nicht sagen, moeglich waere es. Aber ich denke erstmal waere es sinnvoller die Rotorblaetter auf die Speedflugaufgabe zu optimieren, bzw in einem ersten Schritt die Schwebe- bzw Steigflugleistung zu optimieren. Vereinfacht gesagt koennte man ja sagen: Der Rotor muss moeglichst viel Schub erzeugen, der Schub geht Kraeftevektormaessig in Richtung der Rotorwelle, und die Rotorwelle wird soweit geneigt, bis vektoriell noch genug Schub vertikal uebrig bleibt um den Heli auf einer Hoehe zu halten und der Rest vektoriell gesehn in Flugrichtung zeigt. Oder hab ich hier irgendwo einen Denkfehler drin?
Und benoetigte Schwebeflugleistung wird bei den Grossen durch eine Hyperbolische Verwindung und Blatttiefenverteilung und einen (theoretisch) moeglichst grossen Rotordurchmesser minimiert.

Gruss
Michi
 

pfeiferl

User
Der Rotor muss moeglichst viel Schub erzeugen, der Schub geht Kraeftevektormaessig in Richtung der Rotorwelle, und die Rotorwelle wird soweit geneigt, bis vektoriell noch genug Schub vertikal uebrig bleibt um den Heli auf einer Hoehe zu halten und der Rest vektoriell gesehn in Flugrichtung zeigt. Oder hab ich hier irgendwo einen Denkfehler drin?

Gruss
Michi

Hallo Michi,

ich glaube nicht, daß man die Rotorebene und den Heckrotor so weit voneinander entfernen kann, denn der Ausgleich des entstehenden Drehmoments wir den Heli dann ganz schön schräg legen.
Alle Kräfte die kompensiert werden müssen bremsen.

Daß der Rumpf möglichst gerade liegen soll ist ja hauptsächlich sinnvoll, wenn da jemand drin sitzt ;-)
Im Modell ist ja alles möglich, auch wenn ein Heli, dessen Vorderteil im Stand etwa 30° nach oben zeigen könnte, sicher gewöhnungsbedürftig ist :-)

Bin echt gespannt was man im kommenden Jahr für verschiedene Lösungsansätze sehen wird.

Viele Grüße, Georg
 

FamZim

User
Hi

Habs ja geschnallt Schlaggelenk von Flügelschlag, also rauf und runter.

Unterschied zwischen Original und Modell ist ja das, was der Rotor an G Kräften aufbringen kann.
Während bei dem Original die Blätter bei Stillstand traurig gebogen herunterhängen, ist das beim Modell schon anders.
Beim ihm biegen sich die Blätter auch im Schwebe-Flug schon nach oben zu einem Trichter, da ist Elastizität schon angebracht.
Beim Modell, das durch die Drehzahl und Fliehkräfte, noch bei 20-30 G eine recht ebene Rotorebene erkennen lässt, würde es auch kaum sichtbare Auswirkungen zeigen, denk ich.
Beim ersten E Heli der noch mit sehr niedriger Drehzahl um ausreichend Auftrieb kämpfte, sah das allerdings noch schlimmer aus als bei den großen Lastenhubschraubern .
Nicht nur Trichter sondern schon eher mit Mulde, schön gebogen.
Aber die Zeiten sind ja vorbei .

Gruß Aloys.
 
Hi Pfeiferl Georg,
da gibt es auch etwas von Hr.Flettner,da bremst der Drehmomentausgleichsrotor gar nicht den Vortrieb. Stell dir vor du baust den Heckrotor nicht hinter den Heli ,sondern seitlich vom Heli ,OK ,Damit es schöner Aussieht baust du der Symetrie wegen auf die andere Seite auch noch einen Rotor ,mit den selben Abmessungen wie den Heckrotor.Beide Rotoren schauen jetzt seitlich aus dem Heli wie oben im Link der schnelle Eurocopter, http://www.aviationweek.com/aw/blog...41a-4811-b9bb-156139691eb4&utm_medium=twitter . Der eine der beiden Schubrotoren muss einfach etwas schneller Drehen um das Drehmoment auszugleichen und jetzt kann man auf beiden noch zusätzlich den Vortriebsschub dazuaddieren. Bingo
 
@pfeiferl:

wenn ich dich richtig verstanden habe meinst du das man den Heli relativ weit "rollen" muss um den seitlich wirkenden drift vom Heckrotor auszugleichen? Ich weiss nicht wie riesig der Drift von einem Modellheckrotor ist, aber das koennte man vermutlich auch mit der laenge des Heckauslegers in den Griff bekommen. Klar, dass bremst. Aber ich denke dass eine steigerung des aerodynamischen Wirkungsgrads vom Hauptrotor keine allzu drastische Vergroesserung des auszugleichenden Drehmoments mit sich bringt. Oder halt ueber eine andere Form des Drehmomentausgleichs. Koax- oder Flettner-, oder das von Christian angesprochene Propellersystem waeren hier beispielsweise denkbar, aber kompliziert.
 

pfeiferl

User
Hi CHristian,

ein zusätzlicher Vortrieb ist aber nach FAI-Regeln nicht erlaubt ;-)

Michi,

richtig, ich denke aber, daß mit der richtigen Rumpfform auch ein 30° geneigter Rumpf aerodynamisch ganz leicht besser gemacht werden kann als die heute üblichen Hauben.
Sind ja alle geformt als müsse da jemand drin sitzen.
Ein Ansatz ist Jan Henseleits TDR-Haube. Nicht umsonst geht der so schnell.
Mit 30° Anstellung ist er aber wieder ne Krücke.

Da werd ich demnächst mal ansetzen.

Viele Grüße, Georg
 
Hi,
@Georg,
ich weis ,dass zusätzliche Propeller zum Vortireb nach FAI nicht erlaubt sind.
Deshalb habe ich mich wieder über alte Bücher gestürzt,es gab eigentlich alles in irgendeiner Form schon mal oder wurde Erfunden und nicht weiterentwickelt ,da die Materialien der Zeit noch nicht geeignet waren. UND siehe da ,ich habe etwas gefunden .

Sieht so aus : Stellt Euch einen sauberen Tropfenförmigen ,schlanken Flugkörper vor der wie ein Tandenheli 2 Rotoren hat ,die mit deutlichen Winkel nach vorne geneigt oben herausragen.Die Rotorblätter bilden einen Trichter ,so das ein Teil schon sehr stark für den Vortrieb angstellt ist.Der hintere Rotor unterschneidet den vorderen Rotor mit fast dem halben Rotordurchmesser. Die Ansteuerung der Blattanstellwinkel erfolgt nicht wie üblich sondern durch ein von Konstrukteur Riedl speziellen neuen System ,das nur eine einfache bzw. gar keine Taumelscheibe benötigt .Wie man die Rotorblätter dazu bringt in Trichterform zu laufen wenn die Fliehkräfte sie zur Scheibe ziehen weis ich erst mal noch nicht.Die Aufhängung ist aber auch anders von den Winkel mit der die Blattachse zb.durch den Rotowellenmittelpunkt verläuft ect. .

Das war eine Hubschrauberentwicklung bei Henschel in der Zeit von 1937-1941

Hier noch ein Vid des FL 185 mit den beiden Propellern . http://www.youtube.com/watch?v=mo8_C5J3F3o .
 
Hi Michi,
du hast da ein paar kleine Knöpfe in deinen sonst sehr schönen Erläuterungen. :)

.... und Schlagbewegung buegelt auch ein wenig die unsymetrische Auftriebsverteilung beim Vorwaertsflug aus, weil das vorlaufende Blatt nach oben schlaegt und so den effektiven Anstellwinkel verkleinert.

Das hängt einzig vom Delta-3-Effekt und vom Vor-/Nachlauf der Blades ab. Du kannst den D-3 auch eliminieren, dann schlagen die Blätter auf und ab, OHNE dass sich am Anstellwinkel was ändert. Es ist also schon richtig, was du sagst, es war nur nicht ganz vollständig. :)

Da aber die Modellhubschrauberblaetter aus Kohle extrem steif sind frag ich mich immernoch, woran es genau liegt das hier keine Schlaggelenke gebraucht werden.
Das ist nicht ganz zutreffend. Du hast bei den Modellhelikoptern sehr wohl Schlaggelenke, aber beim verbreiteten 2-Blatt siehst du ihn nur nicht direkt: es ist die Blattlagerwellendämpfung, die zusammen mit den verwendeten Blättern und der eingestellten Drehzahl harmonieren muss. Ist sie zu steif oder die DZ zu niedrig oder die Blätter zu hart, wird der Heli seltsame Nickbewegungen machen.
Beim Mehrblattkopf ist ebenfalls die Blattlagerwelle eines jeden Blattes gedämpft gelagert. Lediglich bei Spezialblättern, die dafür ausgelegt sind, kann und soll sogar die Welle festgesetzt werden, dann übernimmt das Blatt selbst die Schlagdämpfung, die Schwenkbewegung findet ja nach wie vor in den Blattaufnahmen statt.


Vorallem bei FBL Systemen, was genau die Paddel alles machen hab ich auch noch nicht 100% verstanden. Woran das liegt weiss ich leider auch nicht. Möglich waere vieles, zB dass die Kraefte klein genug sind, dass die Gesamtflugdauer eines Modells sehr klein ist, dass das Verhaeltnis von Fluggeschwindigkeit zu Blattspitzengeschwindigkeit normalerweise recht klein ist oder dass bei FBL Helis die Servos und Gyros schnell genug sind um das komplett auszusteuern. Falls da jemand genaueres weiss waere ich da sehr interessiert!

Ich wills mal versuchen.....
Moderne FBL-Systeme machen weit mehr als nur die Paddel zu ersetzen. Aber darauf wollen wir im Moment nicht weiter eingehen. Grundsätzlich ist es so, dass jede Regelungsstrecke möglichst direkte Rückkoplungen braucht, um gut zu funktionieren. Das bedeutet nicht, dass man komplett auf Dämpfungen verzichten sollte - erst recht nicht, wenn die Blades sehr steif sind. Tendentiell sind die meisten FBL-Köpfe aber hart ausgelegt, damit alle Steuersignale möglichst direkt und zeitnah umgesetzt werden.
Ansonsten verhindert die FBL-Elektronik genauso wie die Paddel ein Aufbäumen bei Fahrt und es wirkt dämpfend auf Einflüsse von aussen, wie z..B. eine Böe. Da die rotierende Masse aber geringer ist und dank fehlender Paddel deren Bell-Hiller-Dämpfung nun fehlt, kann ein FBL-Heli tendentiell deutlich knackiger geflogen werden und er hat auch weniger helitypische Eigenheiten.
Die Wahl der Blätter ist dabei von großer Bedeutung. Nicht so sehr bez. der Steifigkeit (tendentiell eher härter, das schon), sindern bez. des Vorlaufes. Je größer der Vorlauf eines Blattes, desto stärker die Tendenz, einen Steuerimpuls "künstlich" zu verstärken. So hatte man - u.a. - bei den Paddelhelis ein recht knackiges Flugverhalten erzeugen können, da die Blades sozusagen die Trägheit der Bell-Hillermischung mehr oder weniger kompensieren konnten.
Beim FBL ist dieses "Eigenleben" aber höchst unerwünscht! Wenn die Mechanik gut und starr ist, wenn die Stervos sehr schnell und stark sind und die Stromversorgung derselben auch bei hoher last nicht versagt, dann geht selbst das. Aber gerade damit habe ich ja auch alle Nachteile aufgezählt. Denn die Steuerung versucht mit aller Macht das Eigenleben der Blades zu unterdrücken, was enorm belastend für Mechanik und Elektrik ist. Ohne dass man was davon hätte. Man merkt nichtmal, wie sich die Elektrik und Mechanik damit abquält.
An dieser Stelle sei auch der Delta-3-Effekt erwähnt*, der in FBL-Helis möglichst nichts zu suchen hat. Bei Mehrblattköpfen ist er schwer zu vermeiden, aber auch da geht es ohne. Falls doch, sollte man über die Anlenkungsrichtung (vorlaufend) und geeignete Blades (etwas mehr Vorlauf als bei FBL üblich) den Effekt in möglichst kleinen Grenzen halten.
Denn bei FBL-Helis setzt man spezielle Blades ein, deren Vorlauf - je nach verwendetem Profil - etwa 2-3° hat. Nicht Null Grad, wie man meinen möchte, da dies aerodynamisch bereits dieselben Eigenschaften hätte wie ein nachlaufendes Blatt. Aber bei 2-3 Grad sind die meisten Blätter dann neutral und fügen dem gewählten Anstellwinkel nichts hinzu und nehmen nichts weg. Der Servodruck ist also minimal und die Elektronik muss nicht ständig nachregeln.

Ansonsten und ganz allgemein: Ja, die Elektronik ist sauschnell, moderne Digis ebenfalls, somit steuert ein modernes Stabisystem tatsächlich "einfach" alles aus. Stets vorausgesetzt, das Gesamtkonzept ist stimmig und ohne allzugroße Schwächen. Wenn man hart ans Optimum geht, kann man den Heli in den Bodeneffekt bringen, ohne dass man davon was merkt. Dazu muss dann schon alles passen, aber es geht.


Nachtrag: ich habe selber - mit Erfolg - versucht, der Thematik auf den Grund zu gehen. Damals waren Stabisysteme noch jenseits der 300 Euronen, ich wollte ohne Paddel, aber billiger. Ging auch. Und heute verkloppt das Walkera und nennt es "AS Autostabilizing". Kein Witz, ich habe sogar auch Walkera-Gyros verwendet. ;)
However, allein mit Gyros kann man nur dämpfen, die Grundsätze müssen auch OHNE die Gyros passen. Dazu ist es unabdingbar, dass man genau weiß, was, wieso und warum was wie funktioniert. Bei reiner Gyrosteuerung (oder auch ganz ohne ist z.B. der Delta-3-Effekt wieder von Nutzen), ebenso wie die passende Blattdämpfung und der Vorlauf (je weniger, desto besser). Ja selbst ein Höhenleitwerk hat dann einen Nutzen.


Den hiesigen Ursprungsgedanken habe ich noch gar nicht näher ins Auge gefasst. Aber generell und oberflächlich kann man wohl sagen, dass Drehzahl und Luftwiderstand die wichtigsten Faktoren sein müssten, wenn man vom horizontalen Ausrichten der Rotoren absehen muss. Viel mehr wüsste ich dazu auch nicht zu sagen.


PS: Sry, falls es irgendwo zu konfus gewesen sein sollte, einfach nochmal nachhaken. :)
 
Danke fuer die ausfuehrliche Erklaerung!

Was die Sache mit dem Delta-3-Effekt angeht:
Also ich kenn den D3-Effekt nur als "mechanische" Anstellwinkelaenderung bei Schlagbewegungen. Einfachster Fall: Die Anlenkung des Pitchs erfolgt an einer anderen Stelle bezueglich des Blattradiuses wie das Schlaggelenk. Oder die Schlaggelenkachse sitzt nicht senkrecht auf der Blattlaengsachse.
Aber ja, den hab ich bisher noch garnicht bedacht!

Das reine Schlagen des Rotorblatt beeinflusst aber auch den Anstellwinkel. Sobald das Blatt nach oben Schlaegt wird es in dadurch quasi "von oben angestroemt" (setzt man sich quasi aufs Blatt drauf sieht man nicht dass sich das Blatt bewegt, sondern die Luft um einen herum bewegt sich) und das reduziert den effektiven Anstellwinkel. Im Prinzip genauso wie die senkrechte Rotordurchstroemung wenn man auftrieb erzeugt.

Nicht so ganz verstanden hab ich das mit dem Vor- und Nachlauf, bzw warum es Steuerimpulse verstaerkt/vermindert. Jetzt mal ins Blaue reingeraten wuerde ich sagen das haegt mit der Lage des Blattschwerpunkts gegenueber des Druckpunkts ab?


Gruss
Michi
 
Michi,
Drehpunkt zur Blattachse.Viel Fläche vor der Drehpunktachse verstärkt die Steuerimpulse .Viel Blattfläche hinter der Blattachse vermindert die Steuerimpulse .Je weiter der Drehpunkt zur Nasenleiste des Blattes wandert desto schwerer tut man sich das Blatt anzustellen.So sehe ich das.
 
Michi,
Drehpunkt zur Blattachse.Viel Fläche vor der Drehpunktachse verstärkt die Steuerimpulse .Viel Blattfläche hinter der Blattachse vermindert die Steuerimpulse .Je weiter der Drehpunkt zur Nasenleiste des Blattes wandert desto schwerer tut man sich das Blatt anzustellen.So sehe ich das.

Hm, das Prinzip "Windfahne" wuerde aber jeweils ganz bestimmte Steuerimpulse daempfen bzw verstaerken. zB: der Heli schwebt, soll schnell senkrecht steigen und dann in groesserer Hoehe wieder zu schweben. Der erste Steuerimpuls (Pitch von "positiv" zu "noch positiver") wird verstaerkt der zweite aber gedaempft (von "viel" zu "weniger"). Oder allgemeiner: Bei Nachlauf werden alle Steuerimpulse die das Blatt richtung "Pitchwinkel 0°" drehen verstaerkt, alle anderen gedaempft. Bei Vorlauf werden alle Steuerimpulse die den Pitchwinkel "weg von 0°" aendern verstaerkt, die anderen gedaempft.

Und beim "normalen" Flugzeugfluegel kann ich ja sowohl statisch stabile, als auch instabile Zustaende herbeifuehren, obwohl jeweils mehr Flaeche hinter dem Drehpunkt liegt.

Oder seh ich hier irgendwas falsch?

Gruss
Michi

[edit] Ich hab gerade bemerkt, dass ich versehentlich in meinem Beitrag vor diesem Druckpunkt getippt habe, obwohl es Neutralpunkt heissen sollte. Kann es aber leider dort nicht mehr editieren. [/edit]
 
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