Grundsatzfrage zum Massenausgleich an Pendelleitwerken

Hallo,

ich bin gerade am Fertigstellen einer Phantom der Firma airtech.

Das besondere oder aussergewöhnliche an dieser Maschine ist die Auslegung des Pendelleitwerkes.
Das Leitwerk schwenkt nicht wie bei normalen Pendelleitwerken um die Drehachse, sondern bewegt sich in einem "Bogen" um den Drehpunkt, so wie es bei der Orginal Phantom auch ist.

Nun kommt es durch dieses aussergewöhnliche Konfiguration dazu, das das Ruder bereits eine Haltekraft von etwa 450gr. benötigt um in Neutralstellung gehalten zu werden.

Der Hersteller gibt an für dieses Höhenruder Servos der Größenordung ~ 18kg Stellkraft pro Ruderblatt zuverwenden, was sicher sinnvoll und richtig ist.

Meine Frage ist nun, ob sich durch einen Massenausgleich in der Nase des Pendelruders die Servokräfte reduzieren lassen,.

In meinen Augen ist es der falsche Weg eine aerodynamische Unstimmigkeit einfach durch brutale Servokraft wegzudrücken.

Wer kann mir fundiertes Fachwissen vermitteln?




Grüße

Jörg

Massenausgleich

Massenausgleich

Hallo erstmal
Im Manntragenden Bereich werden die Ruder bis zu 100% ausgeglichen.
Dadurch lässt sich das Flattern nicht vermeiden aber zu deutlich höheren
Geschwindigkeiten verschieben.
Im Strahlflugzeugbau werden Hydraulische Systsms benutzt welche prinzipbedingt keine Möglichkeit des Aufschaukelns bieten.
Also nach Möglichkeit das Ruder um den Drehpunkt ausbalanzieren

Gruß der Starfightermechaniker Max

Massenausgleich (Pendel)Ruder ...

Massenausgleich (Pendel)Ruder ...

Hallo Jörg!

Auf jeden Fall lässt sich durch auswiegen die Servohaltekraft reduzieren, zumindest am Boden und im Stand, aber auch bei harten Landestößen die die 450g dann schnell vervielfachen ...

Aber viel wichtiger: die Gefahr des Flatterns wird dadurch reduziert, vorausgesetzt die Lage der Drehachse simmt, die kannst Du ja mal mit folgendem Tool nachrüfen: http://www.rc-network.de/forum/showthread.php?t=40592



Grüße Spunki

Hallo Jungs,

schonmal danke für die Antworten.

Was mich stutzig macht ist, das einige Hersteller expilziet das Auswiegen von Pendelrudern wegen Flattergefahr verbieten (war bei meiner Ex Liebetrau F-15 so) und andere einen Massenausgleich unbedingt vorsehen ( so auch bei der großen Hawk von Skygate Collection, wo das Pendelruder mit neg. V-Form auch ausgewogen wird). Werde dort übrigends nachher mal den Ruderweg beobachten...

Canards bei Deltamodellen werden ja fast auch immer ausgewogen, ob mit neg. oder ohne V-Form. Aber hier spielt es vielleicht auch eine Rolle das die Canards durch die EWD immer etwas auf " Druck" sind.

Bei Pendelrudern ohne V-Form greift ja meistens der "Windfahneneffekt", d.h. das die Ruder bei Anströmung von selbst im Strak liegen.

Spunki,

funktioniert Dein Drehachsentool überhaupt bei dieser Ausführung? So wie in der Excel Tabelle sieht es sod aus als wenn der dRehpunkt im Wurzelbereich liegen müsste. Immerhin,ändern kann ich daran eh nichts mehr.

Hier noch ein Bild um das Funktionsprinzip besser zu zeigen



Jörg

Hallo Jörg

Meinen noch rudimentär vorhandenen Kinematikkenntnissen nach flattert ein Pendelruder um seine Drehachse. Bei dieser Anornung endet die Drehachse in einer Schweißnaht. Sollte also eine gewisse Dämpfung bringen. Vielleicht war das auch beim Original ein (Mit)Grund warum die Leitwerke so angebracht/angelenkt wurden ...

Eine etwaige Tendenz zum Flattern kannst Du aber trotzdem mit dem Programm nachprüfen ...


Grüße Spunki

Ähhh,

anders gehts doch gar nicht, sonst wurde die Ruder bei einer Ausführung als Pendelruder klemmen oder man bräuchte große Schlitze zum Rumpf hin, oder ?

Flattern hat immer was mit der Eigenfrequenz eines Bauteils zu tun. Da bin ich nicht so bewandert wie andere . Jedensfalls verändert das Gewicht die Eigenfrequenz des Bauteils. Es gibt Profis, die das berehcnen können, aber bei uns läuft das wohl eher per try and error ab.

Liegt die Drehachse in Flugrichtung weit vom aerodynamischen Neutralpunkt entfernt, entstehen beim Auslenken im Flug große Kräfte und man braucht ein starkes Servo. Liegt die Drehachse weit vom Massenschwerpunkt entfernt, entstehen große Kräfte bei großen G-Belastungen wie z.B. Landestößen etc.

Deshalb würde ich immer wenn es keine Flatterprobleme verursacht Drehachse in die Nähe (etwas vor, nie dahinter) des Neutrapunkts legen und einen Massenausgleich soweit möglich vornehmen. Hier am besten im Rumpf.

Hans

Hmm,

also ich würde das ganz pragmatisch sehen. Die Maschine vom Thorsten fliegt exakt so wie Du sie als Bausatz bekommen hast. Somit funktioniert die Vorgabe einwandfrei.

Alles andere ist dann wieder evtl. verschlimmbesserung. Bei meiner grossen Phantom war die Steckung schräg abgefräst und als Vierkant ausgeführt. Diese wurde dann in ein Vierkant Alurohr in die Höhenruder gesteckt. Dadurch ergab sich die negative V-Form. Alle Phantoms der Phantomstaffel fliegen so!

Wenn Du die Schläge auf das Servo verringern möchtest würde ich die Anlenkung um 180° drehen und die Anlenkung an sie dann um das doppelte verlängern.dadurch senkst Du den Drehpunkt bezogen auf das Ruder ab und die Flatterneigung wird so minimiert. Nachteil ist das Du so natürlich Ruderweg verlierst.

Hallo Andreas,

klar ist es der einfachste Weg es so zu bauen wie es der Hersteller vorschlägt. Genauso einfach wäre es jedoch auch für den Hersteller diesen Punkt zu überprüfen und zu erfliegen.

Aber nur weil es der Hersteller noch nicht ausprobiert hat muss man es doch nicht einfach so nachbauen, oder? Vor allem wenn es wirklich möglich ist durch einen Massenausgleich die Stellkräfte zu reduzieren.

36kg Stellkraft für so ein kleines Rüderchen, mit der gleichen Stellkraft läßt sich das große Höhenruder der Skygate Hawk bewegen, und das ist gut doppelt so groß.

So etwas müsste man doch rechnerisch ermitteln können, nur ich kann es eben nicht

Jörg

Ich geb Dir recht aber es ist doch so das die Maschine doch bereits so fliegt! Also was soll da noch erprobt werden?

Auf meiner Phantom werkelte im übrigen ein Hitec 5745 mit max. 18kg bei 6V einwandfrei. Und das mit 2 x P120 im Hintern!
Der Markus Zipperer fliegt meine Maschine inzwischen so mit 2 x P160!

Weil es in meinen Augen nicht das gelbe vom Ei ist die Servos dermaßen zu quälen.

Es wird ja wohl niemand bestreiten das ein Digi Servo, welches schon im Ruhezustand mit 450gr. belastet wird, in einer gesunden Umgebung lebt..

Gut, bei 2 Servo´s wären es ~225gr. , doch auch das würde sicher schon zu "warmwerden" des Servos führen.

Bei der Anlenkung von dem Höhenruder in Deiner Phantom hätte ich auch keine Bedenken mit einem 18kg Servo, nur ist das hier etwas anders.

Massenausgleich ...

Massenausgleich ...

Um was es dabei eigentlich geht lässt sich wie folgt vereinfacht aber trotzdem anschaulich darstellen

Frage: Wie gewöhnt man einem simplen starren Pendel die Fähigkeit ab weiterhin zu pendeln?



Ganz einfach, man bringt über dem Drehpunkt ein entsprechendes Gegengewicht an, das Pendel wird sich dadurch nicht mehr zum Pendeln anregen lassen sondern es wird sich nach einiger Zeit in die Waagrechte begeben ...

Einleuchtend oder?, wir sehen das täglich beim Propellerauswuchten ...

Allerdings, der Unterschied vom Pendel zu unseren (Pendel)Rudern liegt darin dass beim Pendel nur einmal Energie zugeführt wird (in Form von potenzieller Energie oder Lageenergie). Diese wird aber durch die Lager- und Luftreibung langsam abgebaut (in Wärme umgewandelt), dadurch werden die Pendelausschläge (Amplituden) bis zum Stillstand immer geringer ...

Bei unseren (Pendel)Rudern hingegen wird im Falle einer einsetzenden Pendelbewegung (Flattern) aber kontinuierlich weiterhin Energie zugeführt (durch den Fahrtwind bzw. die Luftströmung) und bei passender Eigenschwingungsfrequenz schaukelt sich das System immer weiter auf, im Extremfall bis zum Bruch (Ruderhebel, Anlenkung, Servogetriebe) ...

Hier hilft dann nur mehr abrupt die Fahrt rauszunehmen um die Energiezufuhr zu drosseln und die Schwingung (das lautstarke "brrrt") aushungern zu lassen, meist ist es aber dafür bereits zu spät ...

Es gibt nebenbei natürlich auch noch andere Faktoren die die Flatterneigung fördern wie aerodynamische Gegebenheiten und/oder mangelnde Torsionssteifigkeit des Ruders, Spiel in der Anlenkung, usw ...


Grüße Spunki

OK, ich kann Deinem Gedankengang folgen. Aber wie Spunki schon geschrieben hat ist der Ruhezustand ja nur eine Momentaufnahme.

Wenn Du den Hebel verlängerst (doppelt so lange) hast Du schon mal Krafthalbe, also nur noch 220gr Belastung. Allerdings auch Weghalbe!

Wenn Du das jetzt Gewichtneutral auswiegst mag das am Boden durchaus Sinn machen aber wie Spunki schon schreibt bekommst Du im Flug Nebeneffekte die Dir hier kaum einer gezielt voraussagen kann. Ein Pendelruder in "Windfähnchen" Auslegung flattert bei unseren Geschwindigkeiten nie. Die Höhenruder meiner F22 haben auch eine Last auf dem Servo von ca. 200gr. in Ruhe. Die Maschine fliege ich "nur" mit Hitex 5645/Seite also "schlappen" 9kg Servos.

Das funktioniert Problemlos. Bis vor einem Jahr waren dort sogar nur Futaba 9450 drauf. Ich glaube die haben nichtmal 5kg geschafft.

Das Gewicht das Deine Ruder auf die Servos birngen ist ja eh nur eine Momentaufnahme am Boden. Sobald Du in der Luft bist hast Du im Idealfall einen Auftrieb am Höhenruder und somit eine Kompensation. Fliegst Du jedoch Kopflastig wird es durch die Positive Trimmung des Ruders ein Vielfaches der 400gr!

Flieg einfach mal so und näher Dich langsam durch hinzufügen von Gewicht in der Wurzelrippe des Höhenruders einem Wert der Dir besser gefällt. Übertreiben würd ichs nur nicht denn irgendwann fängst an zu brummen und dann wars zuviel des Guten. Und dann wars schnell mal wieder der Hersteller schuld

Um Ruderflattern bei bereits gegebenen Modellen zu vermeiden gibt es prinzipiell zwei Lösungsansätze, oder eine Mischform aus beiden ...

- man hindert das Ruder (das ggf. am liebsten heftig flattern will) mit brachialer Gewalt daran, das benötigt dann Powerservos mit hoher Haltekraft und hohem Stromverbrauch, starre stabile und spielfreie Anlenkungen mit großen Hebeluntersetzungen und torsionssteife Ruder, letztendlich geht das dann alles natürlich aufs Material ...

- Das Ruder zeigt auch lose keine Tendenz zum Flattern, bedingt durch die richtige Lage der Drehachse und einem Massenausgleich. Die Servos werden weniger gefordert, verbrauchen weniger Strom und verschleißen langsamer ...

Dass Ruderflattern bei unseren Modellen nach wie vor ein Problem darstellt wird leider oft genug bewiesen, aber auch die "manntragenden" Kollegen haben ihre Sorgen damit, siehe folgendes Zitat:

>>Erst nach dem beinahe-Unfall mit der Lo von Hubert Jänsch bei der DM 1989 (Bruch eines Querruder-Umlenkhebels mit Ruderflattern), begann man ernsthaft über die Betriebsgrenzen der alten Holzflugzeuge nachzudenken.
Eine Hauptschwäche der Lo 100 ist der fehlende Massenausgleich der Ruder. So gab es bereits 1979 einen tödlichen Unfall durch Flattern des Seitenruders und auch der o.a. Zwischenfall in Paderborn 1989 wäre bei massenausgeglichenen Querrudern wohl weniger dramatisch verlaufen.<<

Quelle: http://www.sagach.ch/Deutsch/Flugzeuge/Lo100.htm


Grüße Spunki

Hallo,
bei den Verhältnissen der F4 dreht hier die Gewichtskraft das Ruder nach vorne hoch,
Die Luftkraft dagegen vorne runter.

Wer also an geringeren Servokräften im Flug interessiert ist, sollte die Massenunterstützung durch Auswiegen nicht beseitigen.

Insofern hinkt ein Vergleich mit der Hawk völlig, denn da liegt der Drehpunkt an völlig anderer Stelle deutlich unter der Wurzelrippe.
Deshalb mach hier Auswiegen Sinn, bei der F4 nicht.

Jörg wir hatten bereits einen ausführlichen Mail-Austausch, ich kann dir wirklich nur raten, spaar nicht am falschen platz, und bau die empfohlene Servokraft auch ein, also mach dir die Mühe, und bau das auf 2 Servos um.

Gruß
Eberhard

Ich kann Eberhard hier nur voll zustimmen. Ich denke auch das alles andere nur verschlimmbessert!

Wenn Du sparen willst dann kauf 2 x diese Hitec Jumbos. Das ist eh nicht so übel weil die nicht die schnellsten sind und somit das Modell nicht so nervös wird. Die kannst Du prima vor dem Seitenruder im Rumpf einbauen, da wo der Wartungsdeckel eingezeichnet ist. Dort hatte ich auch meine Servos inkl. Seitenruderservo. Kleinen Rahmen bauen und Servos stehend einsetzen. Kannst quasi ein Dreierpack da einbauen. Somit bist Du näher am Schwerpunkt und Du brauchst bei der Phantom eh Gewicht im Hintern!

mir geht es hier nicht ums sparen sondern um eine langlebige und materialschonende Auslegung, und genau das ist es, was mich an dieser Auslegung im Moment noch zweifeln lässt.
Ich habe nirgendwo geschrieben das ich "sparen" möchte..., wie bereits gesagt suche ich "Wissensfutter" und Meinungen zum Thema Massenausgleich, aus den Gründen die ich eben oben schon bereits erwähnt habe.

Natürlich läßt sich mit extremer Stellkraft jedes Ruder in der Luft bewegen , bzw. am Flattern hindern. Jedoch muss es doch auch Möglichkeiten oder Wege geben, dieses zu reduzieren...... hmm....

Meinst Du die 805BB von Hitec, Andreas? Hast Du mit den Servo´s Erfahrungen?

Er meint die 5745 MG 4,8 Volt 16 kg bei 6 Volt 19 kg.
Robust gut u Preiswert. Hab 7 in meiner Me.
Wiegen ca. 150 gr/Stück mit Bef. Wenns dem SWP Ausgleich dienen kann, prima Sache.
Die kriegst garantiert nicht kaput, sind einfach nie überfordert und gar nicht langsam.

Gruß
Eberhard

PS: nochmal, wieg die Ruder nicht aus, das Gewicht gleicht dir das wiederstandsbedingte Drehmoment aus.
Mach lieber was dir der Andreas gesagt hat, und verlänger den Hebelarm. Kannst ja auf beide Seiten gleich lang machen, dann kannst beidseitig mit Seil anlenken und die Servos platzieren wo es vom SWP her passt.

ja ja, schon gut. Ich hab noch nen 2.tes Hitec 5955 geordert. Sollte dann wohl von der Stellkraft her reichen.

Die 5745 sind zu dick, da müsste ich alles im Heck umbasteln. Habe jetzt alle 3 Servo´s schön zugänglich unter dem hinteren Butzel.

Gruß
Jörg

Eberhard Mauk schrieb:

wieg die Ruder nicht aus, das Gewicht gleicht dir das wiederstandsbedingte Drehmoment aus.

Zum Vergrößern anklicken....

Und Rückenflug is ab sofort verboten, oder wie?
Oder wechselt da etwa der Widerstand etwa auch das Vorzeichen?
Hat denn mal jemand die Luftkräfte versucht abzuschätzen?

Ich glaube, es ist ok, eine vom Hersteller getestete Bauausführung zu verwirklichen, da ist man auf der sicheren Seite.
Aber vllt hat der Hersteller nachdem er eine funktionierende Lösung gefunden hat, einfach darauf verzichtet nach besseren weiterzusuchen?
Warum also sollte man also die Sache nicht zumindest einmal gründlich hinterleuchten?

Kurbel

Ähhm, ich denke Eberhard meinte die Aerodynamische Wirkung des Höhenruders.

Für die Aerodynamik ist die Fluglage ob Rückenflug oder Querflug oder senkrecht aufwärts/abwärts vollkommen unerheblich! Luft kennt keine Aerodynamische Ausprägung da der Auftrieb über die Oberfläche der jeweiligen Fläche erzeugt wird . Vernachlässigen wir mal unseren bescheidenen Menschlichen Blickwinkel sowie das es die Erdanziehungskraft gibt so "steigt" ein Flugzeug auch im Rückenflug. Aus unserer Sicht natürlich in die falsche Richtung nämlich nach unten. Nichts desto trotz steigt es! Das Du im Rückenflug bei vielen Fliegern tiefe Drücken mußt ist lediglich durch die Erdanziehung verursacht und nicht deswegen weil die Luft schlagartig "verpolt" ist.

Interessanter Denkansatz übrigens, finde ich. Demnach müßte man die neutralste Fluglage eigentlich im Steigflug erreichen und das Flugzeug hiernach austrimmen, vorausgesetzt wir haben keinen Wind............