Belastungstest für T-Höhenruder-Befestigung?

[HFK]

Es wird bei uns doch meist mit Erfahrung, trial und error und viel Sicherheitszuschlag gearbeitet. Bei einem normalen glatten Flug werden Deine Schrauben sicher halten, aber was ist wenn Du in Turbulenzen geräts? Dann noch bei hohen Geschwindigkeiten? Da treten dann schon harte Schläge und Wechsellasten auf.

Meine M4 sind letztes Jahr bei einer Schräglandung weggebroche, aber das war das 1. mal nach über 50 Flügen. Sind aber nur 3,2m und ca. 3 kg Masse. Auch bei einem 2,5m Segler (1,6kg) die eine M5 und die 4mm Buchenholz Verdrehsicherung abgeschert.

An einem Selection (1,7m 1,7kg) ist mir mal eine der beiden M5 Flächenschrauben gebrochen als der Flieger etwas eingefädelt hat bei der Landung. Da war die Sprödigkeit zu groß.

Da war aber nie etwas an den Fliegern kaputt, also geplantes Versagen um Schäden zu verhindern.

 

[MarkusN]

Jetzt brauche ich nur eine Idee, welche Kräfte im Flug höchstens auftreten

Simpel. Aftriebsformel. Mit ca=1.0 bis Du für ein dünnes Höhenruderprofil auf der sicheren Seite. Das ganze je nach Geschmack bei Höchstgeschwindigkeit (= vollgasfest) oder bei Manövergeschwindigkeit. (Darüber Vorsicht bei Ruderausschlägen, und nicht zu erfliegen bei heftigen Turbulenzen.)

 

[Bertram Radelow]

@Aloys:
Deine selbst gemessenen Werte sind ok. Hast Du zufällig auch ein paar selbst gemessene Werte der Belastungen, die im Flug auftreten, vor allem beim so genannten Durchflug durch Böen?
Glaube mir, das Verhalten bei Scherwirkung hängt zu >90% davon ab, ob die Nylonschraube in zwei scharfen Messingrohren sitzt oder in einem Wischiwaschigebilde mit undefinierten Kanten und insgesamt 5mm Übergangszone, auf die sich die Scherkraft verteilen kann.
Ich fände es schon mal einen Fortschritt, wenn man sich darauf verständigen könnte, dass im Flug selbst bei härtesten Manövern, Windböen und Fluggeschwindigkeiten >300 km/h keine wirkliche Scherbelastung - also Drehmoment um die Hochachse - auftritt. Dann kann man nämlich die Schraubenführung in SR-Flosse und HR entsprechend auslegen.
Der nächste Schritt wäre dann sich darauf zu verständigen, welche maximalen Zugbelastungen auf die Schraube im Flug ohne Feindkontakt auftreten können - und das bedeutet nicht: welche Schraube welche Zugbelastung aushält.

Zur Zeit glaube ich immer noch, dass beim härtesten aller möglichen Abfangmanöver ("Rechtecklooping aus 1000m Höhe") die Last auf den Schrauben fast vernachlässigbar ist. Das hinten hochstehende Höhenruder erzeugt einen Abtrieb, der an der vorderen der beiden HR-Befestigungsschrauben vielleicht eine nach oben ziehende Kraft von 0,2 "kg" (2 N) erzeugt. Bauchgefühl. Ein mittelmässiger Aerodramatiker müsste aber relativ genau sagen können, wie gross diese Kraft bei einem durchschnittlichen 5m-Segler ist, bei dem das HR bei 300 km/h hinten 7mm nach oben ausgeschlagen wird. Ich kann es nicht.

Ich habe auch noch nie gehört, dass jemandem das HR im Flug davongeflogen ist - natürlich meine ich NICHT durch Flattern oder vorgeschädigte Nylonschrauben. Möglicherweise treten im Flug am HR egal wie niemals Kräfte auf, die zwei M3-Nylons nicht halten könnten?

Vielleicht will ja der grösste Teil der Modellflieger, dass auch bei einer "mittelprächtigen" Landung das HR nicht davon fliegt. Mir persönlich wäre es lieber, es würde es... Selbst mit dem Gefummel, das abgebrochene Gewinde heraus zu bekommen.

Bertram

 

[Joachim Mink]

Starkes Anziehen vermindert/verhindert Abscheren

Starkes Anziehen vermindert/verhindert Abscheren

Hi Bertram,

ich habe seit Jahren bei mehreren 3 m Seglern Nylonschrauben zur Höhenruderbefestigung verwendet und habe eher die Erfahrung gemacht, dass die ziemlich viel aushalten ohne abzubrechen, dabei ist das Höhenruder bei 2 Fliegern nur mit einer einzigen Nylonschraube befestigt. Auch einen Absturz eines HLG's nach Anlagenausfall aus 70 m Höhe auf einen nahegelegenen Sportplatz mit Hartbelag hat die einzige Höhenrudernylonschraube überstanden. Der Flieger ist praktisch Totalschaden.

Wie weiter oben schon erwähnt, die Schrauben halten viel höhere Zugkräfte als Scherkräfte aus. Das bedeutet, wenn die Schraube anständig angeknallt ist, wirken nur die Zugkräfte, die das Höhenruder auf die Unterlage pressen. Dadurch werden die Reibkräfte an den Auflageflächen so groß, das praktisch keine Scherkräfte mehr an der Schraube auftreten, so als sei das Höhenruder aufgeklebt. Wenn Du willst, dass die Schraube abschert, darfst Du sie folglich nur schwach anziehen.

Aaaaber hier noch ein Beispiel: In meinen Baudisventus habe ich als Höhenruderbefestigung eine M4 Einschlagmutter eingeharzt. Leider habe ich erst hinterher gemerkt, dass sie Übermaß hat, denn fast bei jeder noch so sanften Landung scheren die Gewindegänge der Nylonschraube in Längsrichtung ab und die Schraube zieht sich ein Stück heraus... Also, wenn Du sowas willst, Mutter auf Übermaß bringen... Aber ich stehe eher vor dem Problem, wie kann ich die Mutter noch nachträglich auf das passende Maß bringen.

Gruß

Joachim

 

[Jürgen L.]

Fest Anziehen...

Fest Anziehen...

Hallo,
Verleitet durch diesen Beitrag möcht ich Euch kurz meine Beobachtungen zum Thema Nylonschrauben mitteilen.

Wie weiter oben schon erwähnt, die Schrauben halten viel höhere Zugkräfte als Scherkräfte aus. Das bedeutet, wenn die Schraube anständig angeknallt ist, wirken nur die Zugkräfte, die das Höhenruder auf die Unterlage pressen. Dadurch werden die Reibkräfte an den Auflageflächen so groß, das praktisch keine Scherkräfte mehr an der Schraube auftreten, so als sei das Höhenruder aufgeklebt. Wenn Du willst, dass die Schraube abschert, darfst Du sie folglich nur schwach anziehen.

Meiner Erfahrung nach funktioniert ein zuverlässiges Abscheren nur, wenn die Schrauben recht gut angeknallt sind.
Ich habe das Gefühl, dass die Schrauben irgendwie viel zu sehr arbeiten können, dass sie ihre Elastizität voll ausspielen können, wenn sie nur leicht angedreht sind.

Erst heute war ich mit meiner Multiplex DG 600 (3,xxm Spw) unterwegs, das HLW ist mit zwei M4er Schrauben festgemacht (richtig fest angezogen). Nach einem verpatzen Schlepp hat sie mit dem Flügel zu erst aufgehört zu fliegen. Darauf hin ist sie ziemlich rum gewirbelt und hat das ein oder andere Rad geschlagen, das Leitwerk hat bei dieser Aktion den Boden jedoch nicht berürht.

Ergebniss: Zweit abgerissene Schraubenköpfe, die man sogar von Hand rausdrehen konnte.

Soweit meine subjektiven Eindrücke

Grüße Jürgen

P.S. @Bertram, das sind echt wahnsinnig tolle Fotos, die Du hier immer einstellst, vielen Dank dafür, bitte mach weiter so.

 

[MarkusN]

Zur Zeit glaube ich immer noch, dass beim härtesten aller möglichen Abfangmanöver ("Rechtecklooping aus 1000m Höhe") die Last auf den Schrauben fast vernachlässigbar ist. Das hinten hochstehende Höhenruder erzeugt einen Abtrieb, der an der vorderen der beiden HR-Befestigungsschrauben vielleicht eine nach oben ziehende Kraft von 0,2 "kg" (2 N) erzeugt. Bauchgefühl. Ein mittelmässiger Aerodramatiker müsste aber relativ genau sagen können, wie gross diese Kraft bei einem durchschnittlichen 5m-Segler ist, bei dem das HR bei 300 km/h hinten 7mm nach oben ausgeschlagen wird. Ich kann es nicht.

Das ist nicht der kritische Fall. Der tritt auf beim durchfliegen einer Turbulenz, die das HLW von unten trifft. (Oder beim voll Drücken, aber das hast Du ja offenbar als Belastungsfall ausgeschlossen.)

 

[Bertram Radelow]

hoi Markus,
ich will wirklich nichts Relevantes ausschliessen, aber sind die Kräfte beim Durchfliegen von Turbulenzen vergleichbar mit 1/3-Ausschlag des HR, mit Vollausschlag, oder sogar noch stärker? Gibte es ernsthafte Kippkräfte um die Längsachse des HR? Genau das weiss ich eben nicht.

Bertram

 

[MarkusN]

Die Frage ist, ob Du Anströmwinkel bekommen kannst, die CA max erreichen lassen. Bei der Auslegung der Grossen wird das AFAIK (wohl auch aus Sicherheitsgründen) einfach angenommen. Ich habe schon von Leuten gehört, dass sie beim Überfliegen eines Bergkamms beim Einfliegen in starke Thermik ohne Steuerinput ins Trudeln gefallen sind. Das kann also schon extrem sein. Rotoren sind auch nicht ohne.
Ich würde auch im realistischen Fall jedenfalls grössere Kräfte durch Turbulenzen erwarten als durch den von Dir geschilderten Fall des Kippmpoments durch das ausgeschlagene HR.

Kannst Du mit XFOIL umgehen? (Evtl. kanns auch Profili) Zum Profil mit ausgeschlagenem Ruder bekommst Du auch den Momentenbeiwert. Damit lässt sich der Kippfall rechnen.

Mit dem Kippmoment um die Längsachse hast Du natürlich auch recht. Mit der gleichen Sicherheitsüberlegung muss man eigentlich auch mal mit CA max links und CA min rechts durchspielen. Und da melden sich mir mir dann schon auch leise Zweifel.

 

[Joachim Mink]

(...)

Ergebniss: Zweit abgerissene Schraubenköpfe, die man sogar von Hand rausdrehen konnte.

(..)

Vermutlich wurde hier sogar die Zugbelastung überschritten und dabei wurden die Schraubenköpfe weggesprengt. Ich verstehe Dich so, dass danach noch die Gewindereste aus dem Seitenruder herausstanden. Dies wäre nicht der Fall gewesen, wenn die Schrauben abgeschert worden wären.

Nun was solls, Bertram will ja die Sollbruchstelle, egal ob abgeschert oder abgesprengt. Wahrscheinlich wird er vor jedem Einsatz den Feuchtigkeitsgehalt der Schrauben analysieren sowie Temperatur und Alter berücksichtigen müssen und sie dann mit dem Drehmomentschlüssel anziehen müssen, denn nach "ganz fest" kommt "ganz lose". ;-)

Gruß


Joachim