Leichte Höhenmesser
Frank Perkins, Tuscaloosa, AL, USA / übersetzt von Johannes Seren
Frank Perkins, Tuscaloosa, AL, USA / übersetzt von Johannes Seren
Höhenmesser sind sinnvoll, um damit einige Freiflug-Modellparameter zu erproben und zu optimieren. Dazu gehören die Kombination von Fläche und Höhenruder, Propellerwahl, Turbulatorposition und Gummimotor-Konfiguration.
Höhenmesser sind natürlich auch nützlich, um Steigflüge eines E-36 zu dokumentieren oder die maximale Steighöhe eines Diskus-Wurfgleiters zu messen. Sie wurden seit einigen Jahren in F1A, F1B und F1C eingesetzt, aber nicht in den anderen Klassen. Insbesondere nicht bei kleinen Modellen, da hier Gewicht und Preis dagegen sprachen. Ziel dieses Artikels ist es, einen günstigen, leichten Höhenmesser zu beschreiben, der bereits von RC-Piloten genutzt wird, für das Testen von Freiflugmodellen zu benutzen.
Hobby King Höhenmesser
Hobby King vertreibt ein kleines Höhenmesser-System, das weniger als 30 US Dollar kostet (+ Versandkosten aus Hongkong) und im Freiflug verwendet werden kann. Die Systemkomponenten sind in Abbildung 1 dargestellt und beinhalten den Höhenmesser, ein Stromkabel und ein PC Interface-Dongel. Der Höhenmesser wiegt in etwa 1,2 g und das Stromkabel weitere 1,1 g. Der Höhenmesser und das Stromkabel können in elektronischen Freiflugmodellen eingesetzt werden, ohne dass eine Modifikation vorgenommen werden müsste. Hierfür verwendet man einfach den Strom vom Servoanschluß des Timers. In anderen Modellen ist eine kleine Veränderung nötig.
Abbildung 1: Bestandteile des Hobby King Höhenmessers
Höhenmesser Anpassung
Tabelle 1 listet die Komponenten auf, die ich verwendet habe, um den Hobby King Höhenmesser in Gummimotormodellen, Seglern und E-20 Modellen verwenden zu können. Grundsätzlich besteht die Anpassung darin, das Stromkabel mit einem leichten, gepolten Stromanschluss anzupassen oder neu zu erstellen und einen dazu passenden LIPO Akku auszuwählen. Der Höhenmesser-Akku wiegt, abhängig von dem verwendeten Typ, zwischen 2,25 – 2,7 g.
| Komponente | Hersteller | Vertrieb | Teile-nummer |
| 20 mAh, 10 C 1S LiPo Akku | Full River | Micro Flier Radio | 20MA.FR-10C |
| 20 mAh, 20 C 1S LiPo Akku | Full River | Atomic Workshop | Siehe Website |
| 30 mAh, 20 C 1S LiPo Akku | Full River | Micro Flier Radio | 30MA.FR-20C |
| 8-150 mAh 1S- Akkuladegerät | Micro Flier Radio | Micro Flier Radio | AA-A-1Cell |
| Akku Verbinder Set 1.27 mm | Micro Flier Radio | Micro Flier Radio | P.MIC. 2-P/P |
| 28-32 AWG Stranded, PVC Insulated Wire | Micro Flier Radio | Micro Flier Radio | W.PVC |
| PicoBlade 4-circuit Plastic Case | Molex | Mouser | 0510210400 |
| PicoBlade Precrimped Leads | Molex | Mouser | 0006660013 |
| PicoBlade 4-Circuit Suerface-Mount Header | Molex | Mouser | 0532610471 |
Tabelle 1: Höhenmesser Komponenten
Einschub LIPO Schutz: Diese Akkus werden weiträumig im RC Bereich verwendet. LiPos sind sehr klein und leicht, haben trotzdem eine hohe Energiekapazität, aber sie sind sehr anfällig und bei fehlerhafter Behandlung brandgefährdet. Wenn Du Dich nicht mit den Sicherheitsvorkehrungen auskennst, les' Dich ein! Das Gleiche gilt für das Löten und den Umgang mit den Akkus. Suche Hilfe, bevor etwas beim Anlöten schief läuft.
Laufzeit Höhenmesser
In Tabelle 2 wird die Laufzeit der Full-River-Akkus gezeigt. Diese Laufzeit gibt an, wie lange der Höhenmesser arbeiten wird, bevor die Spannung 3,7 V und somit die Minimumspannung erreicht ist. Die Erprobung erfolgt mit neuen, vollgeladenen Akkus bei einer Messrate von 2 Messungen pro Sekunde. LiPo Akkus verlieren gleichmäßig ihre Spannung, da sie regelmäßig geladen werden. Die Spannung reduziert sich außerdem bei kalten Temperaturen.
Ich verwende meistens LiPos mit 20 mAh und 20C, da dies ein guter Kompromiss zwischen Gewicht und Arbeitszeit darstellt.
| Typische Laufzeiten des Höhenmessers | ||
| Full River LiPo Akku | Gewicht (inklusive Verbinder) | Laufzeit |
| 20 mAh, 10 C, 1S | 0,75 g | 30 min |
| 20 mAh, 20 C, 1S | 0,85 g | 40 min |
| 30 mAh, 20 C, 1S | 1,20 g | 70 min |
Abbildung 2 zeigt meine Modifikation des Spannungskabel, um den Höhenmesser mit einem „Stand Alone“ (~eigenständigen) Akku zu verwenden.
Abbildung 2: Höhenmesser-Stromkabel
Abbildung 3 zeigt detailliert, wie der 1,27 mm gepolte Stecker am Stromanschluss und dem Akku umgesetzt werden. Nach dem Verlöten vergieße ich die Stecker mit 5 Minuten Epoxid. Hier ist es sehr wichtig darauf aufzupassen, die Pole nicht zu verbinden.
Abbildung 3: Verbinder
Weitere Höhenmesser-Stromkabel können mithilfe der Molex-PicoBlade-Komponenten erstellt werden. Der Molex-Steckverbinder, der in den Höhenmesser gesteckt wird, besteht aus zwei Teilen: Einem Kunststoffcase und einer kleinen vercrimpten Buchse. Glücklicherweise kann man die vorgecrimpten Buchsen am Ende eines 250 mm langen Kabels kaufen. Die Bestellnummer ist in Tabelle 1 angegeben. Die Teilenummern sind in Tabelle 2 abgebildet. Beachte besonders die Polarität der Steckverbinder, wenn Du ein Stromkabel lötest, da die vorgecrimpten Kabel nur in einer Farbe verfügbar sind. Am Ende des Sockets befindet sich ein kleiner Haken. Wenn Du das Socket in die Verankerung drückst, sollte der Haken auf den Deckel der Verankerung zeigen. Fotos 3 und 4 zeigen Referenzfotos. Der Molex-Stecker aus Tabelle 1 ist derselbe wie am Höhenmesser, was eine Testschaltung sinnvoll macht, bevor man den Stecker verwendet.
Abbildung 4: Stromkabel, bestehend aus Molex-Komponenten
Abbildung 5 zeigt den fertigen Höhenmesser-Akku-Verbau, der so in das Modell eingebaut werden kann. Der Schrumpfschlauch, der um die Akkuanschlüsse geschrumpft ist, ist aus Kopierpapier erstellt. Er wird verwendet, um eine Verbindung der Elektronikteile mit den offenen Akkukontakte zu schützen, oder um statische Überladungen von den Kunststoffbespannungen zu verhindern.
Abbildung 5: Höhenmesser-Akku-Zusammenbau
Abbildung 6 zeigt die Höhenmesser-Einheit im Rumpfkopf eines P-30 Modells. Das P-30 hat eine ablösende Flächenbremse, weshalb der Höhenmesser gut festgehalten werden muss, um ihn nicht aus dem Rumpf zu schmeißen.
Abbildung 6: Höhenmessereinheit in P-30 Rumpf
Die Verwendung des Höhenmessers in einem P-20 Modell ist eine spezielle Angelegenheit. Der Erbauer verlötet normalerweise den Akkuanschluss direkt mit dem E-20 Motorzeitschalter. Durch die Parallelschaltung des Höhenmesser-Akkus mit der Hauptstromversorgung kann Gewicht gespart werden, wobei die Spannung des Motors kaum beeinflusst wird. So habe ich all meine E-20er ausgestattet.
Altimeter Software
Die Anleitung, die mit dem Höhenmesser mitgeliefert wird, erklärt nicht die vollständige Verwendung an einem Microsoft Windows-PC, weshalb hier einige relevante Infos dazu folgen.
Der Höhenmesser wird für Hobby King von Xuzhou Fly Dream produziert. Die Software für den Höhenmesser ist auf der Fly-Dream-Homepage: www.fd-rc.com verfügbar. Die Software, die ich für den Höhenmesser von der Fly-Dream-Homepage verwende, heißt FD_Altimeter_v12.12.24.09en.rar. Um die Datei zu entpacke habe ich 7Zip verwendet.
Obwohl die Windows Software auf der Fly-Dream Homepage verfügbar ist, empfehle ich, den neuesten Softwaretreiber direkt von der Silicon Labs Website herunterzuladen. Den Silicon Labs CP210y Treiber findet man unter:
Der SiLabs-Treiber, den ich verwende, ist der CP210x_Windows_Drivers.zip v6.7.3. Nach dem Herunterladen und dem Entpacken der Datei findet man zwei Anwendungen. Um den CP2.10x Treiber für Windows XP zu installieren, öffne die CP210xVCPInstaller _x64.exe. Um den CP210x Treiber für Windows 10, 8.1, 8 und 7 (64 Bit Version), zu installieren, muss die CP210xVCPInstaller_x64.exe ausgeführt werden. An einigen Rechner kann es notwendig sein, die Installation zweimal ablaufen zu lassen. Installiere zuerst die Software, bevor der Höhenmesser Dongle am PC angeschlossen wird.
Nachdem der CP210x Treiber installiert wurde, kann der Höhenmesser mit dem USB Dongle verbunden werden und an einem der USB Ports am Rechner angeschlossen werden. Der Treiber wird dem Dongle einen COM Anschluss zuordnen. Man benötigt die Nummer dieses COM Anschlusses, um die FD_Altimeter.exe konfigurieren zu können.
Um die COM Anschluss-Nummer an einem Windows XP Computer herauszufinden, ist folgender Pfad abzurufen: Start->Einstellungen->System->Hardware->Gerätemanager->Anschlüsse(COM&LPT).
Wenn man auf das „+“ Zeichen klickt, wie es in Abbildung 7 dargestellt ist, sollte man folgendes erkennen: CP2101 USB-UART Schnittstellencontroller (COMx), wobei x als Stellvertreter für die COM Anschlussnummer steht. Normalerweise ist das unter XP die Nummer 4, die Nummer kann aber auch abweichen.
Abbildung 7: Identifizieren des virtuellen COM Anschluss unter Windows XP
Um an einem Windows-10-Rechner die COM-Nummer herauszufinden, benötigt man folgenden Pfad: Start-> Einstellungen->Geräte->angeschlossene Geräte. In der dort zu sehenden Liste sollte das Gerät aufgeführt sein:
Silicon Labs CP210x USB-UART Schnittstelle (COMx), wobei das x wieder für die Anschlussnummer steht, wie man in Abbildung 8 sehen kann. Normalweise ist es COM3, aber auch das kann abweichen. Für Windows 7,8 oder 8.1 sollte es ähnlich funktionieren.
Erstprüfung
Stecke ein Stromkabel in den Höhenmesser und verbinde anschließend einen Akku mit dem Stromkabel. In der Ecke des Höhenmessers erscheint ein blaues Licht, das nach kurzer Zeit anfängt zu blinken. Das Blinken zeigt an, dass Messungen durchgeführt werden. Lass den Höhenmesser für einige Minuten laufen und entferne dann den Akku. Entferne das Stromkabel, schließe den Höhenmesser am USB-Dongle an und stecke die Einheit an einen USB Anschluss deines Rechners. Starte im Anschluss die Anwendung durch einen Doppelklick auf FD_Altimeter.exe.
Abbildung 8: Identifizieren des virtuellen COM Anschluss in Windows 10
Es erscheinen zwei graue Boxen in der Anwendungsoberfläche. Klicke auf die linke Box, die mit FD-APC beschriftet ist. Dadurch öffnet sich das in Abbildung 9 gezeigt Fenster. Stelle den COM-Port so ein, wie es in Abbildung 7 und 8 dargestellt wird, lade die Datei aus dem Höhenmesser in das Programm und speichere. Im nächsten Schritt löschst Du die Daten, die im Höhenmesser gespeichert sind und setzt die Wiederholungsrate zurück. Eine Wiederholungsrate von zwei Messungen/Sekunde reicht für die meisten Testflüge aus.
Abbildung 9: Höhenmesser Upload Bildschirm
Drücke den „Back“ Button um auf die Startseite der Anwendung zurückzukommen und klicke dann auf die „Curve“ Box, um die graphische Darstellung zu öffnen, die in Abbildung 10 gezeigt wird. Um die fda-Datei wiederzufinden, die Du gerade hochgeladen hast, gehe auf File->Open. Drücke anschließend den „List“-Knopf und navigiere auf „Flying Record“, um so die Höhenmesserdaten darzustellen. Der Graph kann, unter anderem abhängig von der Wetterlage einen Höhenunterschied von einem Meter anzeigen. Wichtig – Entferne niemals den Dongle vom Rechner, wenn das Programm läuft. So können Schäden am Höhenmesser entstehen.
Verwendung des Höhenmessers
Den Höhenmesser zu nutzen ist sehr einfach. Bringe den Höhenmesser im Schwerpunkt des Modells, am besten innerhalb des Pylon/Rumpfes, an. Stelle sicher, dass der Höhenmesser-Akku geladen ist, bevor Du eine Messserie beginnst, und lade den Akku, sobald die Spannung unter 3,7 V fällt.
Abbildung 10: Auswahl eines Fluges
Ich verwende die Ladegeräte, die in Tabelle 1 gelistet sind, sodass meine Akkus auf dem Feld geladen bleiben. Außerdem nehme ich den alten Laptop meiner Frau, um die Flugprofile nachzuschauen. Falls ein Höhenmesser-Akku unter 3 V fällt, betrachtet man ihn als zerstört und sollte ihn aussortieren, in besonderer Rücksichtnahme auf die Sicherheitsvorkehrungen für LiPo-Akkus. Der Versuch, einen tiefentladenen Akku zu laden, kann sehr gefährlich enden.
Abbildung 11 zeigt einen Abendflug meines E-20, der gemacht wurde, um Turbulatoren zu testen. Der Gleitflug gleicht einer geraden Linie, was zeigt, dass die Luft relativ neutral war. Ein weiterer Flug, 10 min nach Sonnenaufgang, zeigt kleine Thermikblasen, gerade am Ende des Fluges. Es hängt vom Flugfeld ab, aber neutrale Luft findet sich kurz nach Sonnenaufgang oder kurz bevor dem Sonnenuntergang bei ruhigen Windbedingungen.
Abbildung 11: Vor-Sonnenuntergangs-Flug eines P-20
Abbildung 12 zeigt, wie man einen Flug als CVS Datei speichert, in dem man mit der rechten Maustaste auf den Flug klickt. Die CVS Datei kann mit Microsoft Excel eingelesen werden und zeigt die Parameter wie Gleitwinkel, Steigrate, usw.. Beachte, dass eine Änderung an der Höhen-Achse zu einer Veränderung des Graphen führt und sich die Auflösung verändert.
Abbildung 12: Speichern eines Flugprofils als CVS Date
Es gibt zwei sehr gute Artikel in vorherigen NFFS-Symposien, die sich mit Höhenmessern befassen: ein Interview mit Alex Andriukov (von Bill Booth, 2016) und ein Artikel von Ken Bauer in der Ausgabe von 2009.
Man findet außerdem Graphen und Informationen über Höhenmesser in den verschiedenen Facebook Freiflug Gruppen, im NFFS Digest, den NFFS Symposien, im Hip Pocket Aeronatics Builders Forum und in der FFQ.
Referenzen
1. Booth, W. and Andriukov, A. “An Interview with Alex Andriukov”, NFFS Symposium, 2016 Seiten 21-24
2. Bauer, K. “An Altimeter Glide Trim Method, or is There Any Such Thing as Calm Air”, NFFS Symposium, 2009, Seiten 57-60
Quellen
1. Hobby King, Hong Kong, China, www.hobbyking.com
2. Micro Flier Radio, Sarasota, Florida, USA, www.microflyerradio.com
3. Mouser, Mansfield, Texas, USA, www.mouser.com
4. Atomic Workshop , Norfolk, England, www.atomicworkshop.com.uk
Aus Thermiksense 4/2017
