Pendelleitwerk - Servokraft ?

flo

User
Hi,
irgendwie bin ich mit der Suche nicht fündig geworden - vielleicht zu blöd.
Was solls:
Wer hat nen Tip/ Ahnung wie ich die benötigten Servokräfte bei nem Pendelleitwerk berechne.
bisher nehm ich immer das kleine Program von Gerd`s Seite, Rudermoment heisst es.
Allerdings kann ich mir keinen Reim draus machen wie ich dieses zur berechnung von Pendelleitwerken benutzen soll.

Wer kann helfen?

Gruß

Flo
 
Hallo, Flo.
Beim Pendelruder heben sich 2 Kräfte in etwa auf. Vor dem Drehpunkt wirkt eine gewisse Kraft, die der Ruderkraft entgegenwirkt, und in etwa genau so groß ist wie der gleiche Anteil an Ruderfläche hinter dem Drehpunkt.
Du musst den Abstand vom Drehpunkt zur Nasenleiste und zur Endleiste messen. Dann subtrahierst Du den Wert zur Nasenleiste vom Wert zur Endleiste. Übrig bleibt die Rudertiefe, mit der Du rechnen kannst.
 

Gast_2222

User gesperrt
Nöö Bernd, so geht das nich... aber:

wie jeder Flügel hat auch ein Leitwerk einen Druckpunkt (d.i. das Äquivalent zum Schwerpunkt eines starren Körpers bzgl Schwerkraft hier beim Auftrieb). Beim Pendelleitwerk bestimmt der Abstand vom Druckpunkt (DP) zum Drehpunkt die Hebellänge des Ruders und damit zusammen mit dem nötigen Drehmoment zum Drehen des Fliegers die Ruderkraft.

Pendelleitwerke haben gewöhnlich ein symetrisches Profil, weshalb der DP bei Variation des Anstellwinkels (also bei Ruderausschlag) seine Position nicht (wenig) verändert. Dann liegt der DP so bei den üblichen 25-30% Flächentiefe hinter der Nasenleiste.

Da dort auch üblicherweise der Drehpunkt des Pendelleitwerkes liegt, brauchse nur dat schlappste Servo weltweit, um beim heissesten Hotliner den dollsten Luhping ebendort zu zaubern.

Ännie mohr kwestions?
Wolfgang
 

flo

User
Hi,
danke für eure Antworten.
Natürlich will ich an meinem LW den Drehpunkt in den Neutralpunkt setzen. +/- der üblichen Bauungenauigkeit :)
Allerdings hab ich ein ganz ungutes Gefühl dabei in einen Jet das schlappste Servo zu verwenden.

Also ich würd mich ganz riesig freuen wenn man irgendwoher was zum Rechnen bekommen könnt.

Danke euch

flo
 

Spunki

User
Normalerweise setzt man den Drehpunkt noch rund 5% vor den t/4-Punkt. Damit liegt man dann auf der sicheren Seite bezüglich Ruderflattern ...

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Ein zu starkes (Digi)Servo mit hoher Haltekraft und spielfreier Anlenkung hat noch nie geschadet, zusammen mit dem dann dringend empfohlenen Massenausgleich des Ruders (mittels Blei) und maximalen (Servo)Hebelverhältnissen/Wegen ist ein starkes Servo eine gute Maßnahme um dem gefürchteten Flattern vorzubeugen, gerade beim Jet ...


Grüße Spunki
 

flo

User
Richtig Spunkie,

nur wie rechne ich nun die benötigte kraft aus?
Es ist sowieso ein Servo mit Kraft auf der sicheren Seite geplant, nur macht es neben dem Gewicht auch einiges im Preis aus ob ich ein 3,5 kg oder ein 7 Kg Servo brauch.

Genau deshalb würde ich es gerne mal nachrechen.

gruß

flo
 

Spunki

User
Hallo flo

Wie sich die Stellkraft exakt berechnen ließe?, keine Ahnung, bezweifle ob das ohne Windkanalversuche überhaupt geht ...

Würd mich da eher auf Erfahrungswerte stützen, und zwar von Modellen mit ähnlicher Auslegung und Größe ...

Und selbst wenn, Du müsstest dann auch noch prüfen ob das Servo diese Mindestkraft auch wirklich bringt, viele Herstellerangaben werden äußerst optimistisch angegeben ...

Im Zweifel also lieber zwei Nummern größer, auch wenns weh tut (Gewicht, Preis), das Servo arbeitet dann nicht an seiner Leistungsgrenze, erhöht die Steuerfolgsamkeit, Lebensdauer und senkt den Stromverbrauch, und sollte trotz aller Maßnahmen mal Flattern auftreten kann das Servo(getriebe) nicht stark genug sein ...


Grüße Spunki
 
Die Berechnung des Stellmoments beim Pendelruder ist relativ einfach. Die Drehachse wird, wie Spunki ja schon gesagt hat, etwas vor den Neutralpunkt gelegt. Das "etwas" ist der Hebelarm. Der Auftrieb des HLW ist die Kraft. Fertig.

Also maximale Kraft auf das HLW berechnen (aus maximalem Anstellwinkel und Maximaler Fluggeschwindigkeit). Mal Drehpunkvorlage. Presto.

Für das Ca des Leitwerksprofils braucht es auch keine genauen Windkanaldaten. Die Auftriegskennlinie jedes symmetrischen Profils ist genau genug. Idealerweise ein Profil mit ähnlicher Dicke, aber der Fehler, wenn das nicht geau stimmt, ist minimal.

Ach ja: wegen der doch ziemlich geringen Streckung des HLW sollte der verminderte Auftriebsanstieg durch den induzierten Anstellwinkel berücksichtigt werden. Wenn Du das nicht machst bekommst Du aber bloss mehr Sicherheit, muss also nicht unbedingt sein.

Daumen mal Pi würde ich die Stellkraft mindestens 50% über die berechnete auslegen, zwecks Sicherheit.
 
Zuletzt bearbeitet:

PIK 20

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Hallo Flo,
recht haben eigentlich alle, die sich zu diesem Thema geäußert haben. Bei symetrischem Profil die Lagerung zwischen 25 und 30% Tiefe wählen. Dann treten nahezu keine Kräfte auf.
Das Allerwichtigste ist jedoch, dass die Anlenkung und das Servo kein Spiel hat. Bei falscher Lagerung und Servospiel ist Ruderflattern die logische Konsequenz.
Gruß von Heinz
 

kurbel

User
Ich würde auch sagen Haltekraft, Spielfreiheit und robustes
Getriebe sind hier wichtiger, als Stellkraft, um Flattern zu vermeiden.
Wenn die HLW-Drehachse durch dessen Neutralpunkt geht
und es vollständig massenausgeglichen ist (Schwerpunkt des HLWs in der Drehachse),
sollte die Flatterneigung so schon gering sein und die Betätigungskräfte nahe Null.
(Vorrausgesetzt wir nehmen anliegende Strömung an...)
Diese Konstellation würde ich immer anstreben bei einem Jet.
Geht natürlich nicht ohne weiteres, wenn der Hersteller eines Modells schon etwas anderes vorgibt.
Dann würde ichs so machen, wie MarkusN es beschrieben hat.

Kurbel
 

Spunki

User
Bei korrekter Lage der Drehachse bietet ein vollständiger Massenausgleich folgende Vorteile:

- Reduzierung der Flatterneigung
- Keine Landestöße auf das Servogetriebe
- Im Stand "singen" die (Digi)Servos nicht

Nachteil:

- Jedes Gramm Blei im Heck muss mit entsprechend viel Blei vorne in der Flugzeugschnauze ausgeglichen werden ...


Bei der Servowahl sind langsame torque-Typen vorzuziehen, high-speed-Servos lassen das System nur überschwingen und die Strömung abreissen ...


Grüße Spunki
 
Hallo Markus,

wenn denn diese Berechnung, wie Du sagst, so einfach ist, dann zeig uns doch wies geht, und alle sind zufrieden. :)
 

Gast_2222

User gesperrt
Tach Kalle,

Markus meint vermutlich die übliche Inschinörformel für den Auftrieb F:

F = 0,5 * cA * rho * A * v^2

A: Flügelfläche (50cm*10cm = 500cm^2 = 5e-2 m^2)
v: Fluggeschw, sagen wir 30m/s, v^2 = 1000 (m/s)^2
rho: Luftdichte (1 kg/m^3)
cA: Auftriebsbeiwert, enthält Anstellwinkel, sagen wir so 1-3

Für den cA Bereich haben wir als so 20-60N oder 2-6 olle Kilos. Ist der Druckpunkt s=2cm hinter dem Drehpunkt, gibt's dort ein Drehmoment D von

D = F*s = 4-12 Kilo*cm

Das ist maßlos überschätzt, weil sich das Flugzeug sofort nach Beginn des Ruderns beginnt zu drehen und der Anstellwinkel am HR daher immer deutlich kleiner ist als der eingestellte Ruderausschlag. Umgekehrt knallt auch kein Pilot nach Anstechen Vollausschlag ein.

Weiterer Hinweis: die 2-6 Kilo Auftrieb üben um den Schwerpunkt des Fliegers ein entsprechendes Drehmoment zum Drehen des selben aus. Häng mal an das Leitwerk ein 5 Kilo Gewicht und halte den Flieger unterm SP waagerecht. Wie sieht Dein Leitwerksträger danach aus?

Vielleicht hab ich mich auch verrechnet, soll ja auch vorkommen... Methodisch besser dürfte ein Ansatz über das benötigte Drehmoment zum Drehen des Flugzeugs um die Querachse sein.

Gruß, Wolfgang
 
Kann mich Wolfgang anschliessen, ausser:

Ca von 3 am Leitwerk, davon können wir nur träumen. Dicke gewölbte Profile bei hohen Re-Zahlen mit allen Hochauftriebshilfen können vielleicht auf 2.5 kommen. Am dünnen symmetrischen Profil reisst irgendwo unter Ca=1 die Strömung ab.

2 cm für den Hebelarm dürfte zuviel sein. Jedenfalls, wenn man den Drehpunkt selber wählen kann. Da würde ich zur Schonung des Servos eine Drehpunktvorlage von höchsten 5 mm vor dem Leitwerksneutralpunkt wählen.


@Kalle: Wenn hier jemand nach der Berechnung von Ruderklappenmomenten fragt, gehe ich eigentlich davon aus, dass er die grundsätzlichen Berechnungen der Aerodynamik wie Auftrieb eines Flügels beherrscht. Bei jeder Einzelanfrage wieder einen kompletten Aerodynamikkurs mitzuliefern ist ineffizient. Gibt es auch ausreichend dokumentiert an diversen Orten im Internet. (Auch wenn man sich dann häufig Laufstreckentheorien durchlesen muss.)

Warum ich meine Angabe allgemein halte hat auch den folgenden Grund: Klar könnte ich eine fertige Formel abliefern. Die würden 98% überlesen und die restlichen 2% nachdem sie sie einmal angewendet haben, wieder vergessen. Das Grundprinzip aber ist einfach, und auch einfach verständlich. Wenn Du das einmal begriffen hast, wirst Du es nie mehr vergessen, und die Formel kannst Du dann schnell wieder ableiten, so wie das Wolfgang oben getan hat.
 

speed

Vereinsmitglied
Vorsicht, Vorsicht,
bevor es hier wieder mal drunter und drüber geht:
Wolfgangs Aussagen beziehen sich auf einen Hecksteuerer, also HLW hinter dem Flügel!
Bei Entenflüglern (Canards) addiert sich Anstellwinkel und Ruderwinkel und da wird schon mal der max. Auftrieb am HLW erreicht.
Gerade bei den schnellen Jet- Enten können gewaltige Rudermomente auftreten, die auch so manchem Flieger das Leben ausgehaucht haben!
Ganz anders sieht es bei den Elektro Feierabend Softlinern (Hecksteuerer) aus. In der Regel stimmt hier der Drehpunkt ganz gut und die verwendeten Servos kommen mit den Ruderkräften gut klar.
Bei einem richtig ausgetrimmten Hecksteuerer liegen die ca Werte im Bereich +-0.5, bei der Ente sind die Werte wesentlich höher also im bereich 1 bis 1.5!
Der Auf- oder Abtrieb an Pendelrudern wird durch den Druckausgleich am Rumpf verringert. Das einzelne Ruder hat also einen wesentlich geringeren Auftriebsanstieg als der dichte einteilige Flügel mit gleichen Abmessungen.
Man sollte sich auf jeden Fall einen Überblick über die Größenordnung verschaffen und geeignete Servos auswählen. Pauschalisierungen nach dem Motto, Alles kein Problem helfen nicht weiter. Es macht auch keinen Sinn unnötiges Gewicht in Form überdimensionierter Servos spazierenzufliegen!

Viel Erfolg,

Otto
 

flo

User
Hallo beisammen,
erstamal vielen Dank für die rege Beteiligung.
Ich stimme allen zu, welche mit mir einer Meinung sind man sollte nicht einfach schätzen. Genau darum geht es.

So um es mal genauer zu definieren:
Der Jet is ein Eigenbau und somit kann ich keinen Angaben von Herstellern folgen. Wie markusN schon gesagt hat sollte man denken daß ich also zumindest rudimentäre aerodynamische Kenntnisse habe.
Hab ich auch, allerdings wurde mir die aerodramatik von einem guten Freund gerechnet (nach meinen Vorgaben) und mit den Ergebnissen von anderen "Rechnenden" abgeglichen. Genau weil ich zwar sehr gut bauen und konstruieren und auch auslegen kann allerdings bin ich halt nicht so der super Aerodramatiker.
Lustiger Weise kam am Ende genau mein vorgeschlagenes Profiel heraus, welches ich zuerst einfach so mal geschätzt hab. :)

Also ich kann durchaus den Auftrieb des LW berechnen nur und hier liegt der Hase begraben hab ich keine gute Vorstellung wellches CA denn so erreicht wird (in der Praxis).
Und ähämm : 30m/s sind wohl ein bischen wenig ;)

Ausserdem hab ich bisher immer gedämpfte LW gebaut und da hab ich oben erwähntes Progi und gut war`s.

Deshalb frag ich hier.

Danke für eure Unterstützung

flo
 
speed schrieb:
...Gerade bei den schnellen Jet- Enten können gewaltige Rudermomente auftreten...

Das ist natürlich richtig. Ausserdem ist die Abschätzung des Ca max wie auch des Neutralpunkts bei einem Deltaflügel nicht ganz einfach. Da gelten die üblicherweise für einen hochgestreckten Flügel verwendeten Formeln nicht.
 

Gast_2222

User gesperrt
Hallo Markus,

der von mir genommene ca Wert ist nur 'ne Hausnummer, die ich schnell erguhgelt habe, weshalb ich damit...
MarkusN schrieb:
Ca von 3 am Leitwerk, davon können wir nur träumen. Dicke gewölbte Profile bei hohen Re-Zahlen mit allen Hochauftriebshilfen können vielleicht auf 2.5 kommen. Am dünnen symmetrischen Profil reisst irgendwo unter Ca=1 die Strömung ab.
... sofort einverstanden bin.

Ich würde die Ruderkräfte am Pendelleitwerk auch anders abschätzen: Ein Looping (schnelle Kurve) wird vielleicht mit einer Drehzahl von 1/T=0,5/s geflogen (T=2s für den Looping). Die Ruderkraft ist die Gegenkraft zum Luftwiderstand des um den SP gedrehten Rumpf mit Drehzahl 0,5/s, welcher praktisch Null ist. Entsprechend minimal sind die Ruderkräfte.

Das widerspricht sich keineswegs zum ausgeschlagenen HR. Bei einem Leitwerkshebelarm von r=1m bewegt sich das HLW mit
w = 2*pi*r/T = 3m/s relativ zum Flugzeug ständig nach unten.

Die Fluggeschw wie oben mit v=30m/s macht durch die Drehung einen Anstellwinkel von tan(alpha) = w/v, oder alpha =ca 6°!

Bei diesem Einstellwinkel des HLW ist der Anstellwinkel dort Null. Soll mir einer sagen, sein HLW hat bei dem Looping einen größeren Einstellwinkel!

Hier unterstelle ich, dass alleine der Flügel die Auftriebskräfte für das Flugzeug aufnimmt und deswegen alleine durch den hier 6° zusaätzlichen Anstellwinkel die Zentrifugalkraft durch die Kreisbahn des Fliegers aufnimmt. Bei einem Entenjet übernimmt vermutlich das HLW einen signifikanten Teil dieser Kräfte, weshalb meine Schätzungen hier dort nicht gelten.

Noch'n Gruß, Wolfgang
 
Hallo,

damit du einen Anhalt hast: In meiner BD5 (Fluggewicht 20Kg) habe ich ein Pendelleitwerk mit 96cm Spannweite. Am Anfang hatte ich dort ein MPX-Jumbo-V2-Servo. Ohne Not, aber aus Sicherheitsgefühl heraus wurden es dann 2.

In der heutigen BD5 werkeln 2 gekoppelte DS8811 - absolut problemlos.

Andreas
 
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