Piper J3 - langsam und laut

kalus

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Zugegeben, es ist nicht sehr originell, eine Piper J3 als Vorbild zu wählen, aber es gibt gute Gründe, es dennoch zu tun. Für den gedachten Ensatzbereich wäre ein Fieseler Storch noch besser geeignet gewesen, aber erstens gibts schon einen in unserer Flotte und zweitens ist die J3 mit viel weniger Bauaufwand zu realisieren. Vielleicht findet sich ein anderer Modellbauer, der eine Bücker 134 nachbaut, denn sie war zunächst mein Favorit. Also doch eine J3: Die offenene Zylinder gefallen mir besser als die Motorverkleidung der Nachfolgemuster und die fehlenden Landeklappen sind hoffentlcih kein Mangel. Der Titel des Beitrags braucht noch Erläuterungen: 'Langsam' soll darauf hinweisen, dass das Modell nach der 'Maßstab hoch vier' - Formel konzipiert wurde. Worum es dabei geht, hat mein Modellfliegerfreund Gerhard Hannsmann hier im Forum schon mehrfach dargestellt. Deshalb nur ganz in Kürze: Um eine vorbildgetreue Fluggeschwindigkeit des Modells zu erreichen, darf es nicht mehr wiegen als das Gewicht des Originals geteilt durch den Maßstab hoch vier. Die Piper J3, die hier entstehen soll, wird im Maßstab 3,5:1 ausgeführt. 3,5 hoch vier ergibt den Faktor von 150,06. Daraus folgen: Leergewicht 2,3 kg. maximales Abfluggewicht 3,7kg. Und die maßstäblichen Geschwindigkeiten wären: Maximalgeschwindigkeit 40,6 Km/h, Reisegeschwindigkeit bei 75% Motorleistung 33,4 Km/h und die Landegeschwindigkeit sollte dann 17,7 km/h betragen. Erfahrungsgemäß stimmen die gemessenen Fluggeschwindigkeiten der 'hoch vier' - Modelle mit den errechneten Vorgaben auch überein. Das Stichwort 'langsam' sollte also geklärt sein, wobei es besser 'vorbildgetreu' heißen sollte. Jetzt zum 'laut': Die Piper J3 soll unser erstes Modell sein, in dem ein Soundmodul zum Einsatz kommt und zwar das von Benedini. Es gilt also, das damit verbundene Mehrgewicht bei der Gesamtkonzeption zu berücksichtigen.
Als ich die Daten des Originals las, viel mir die verhältnismäßig bescheidene Reichweite der J3 auf, nämlich ca. 350 km. Bei meinem Modell wären das etwa 100 km. Bei einer Reisegeschwindigkeit von 33 km/h wäre das Modell gut eine Stunde unterwegs. Das sollte doch in der Grenze des 'hoch vier' - Modellgewichts mit Zuladung (= extra Akkus) zu schaffen sein? Vielleicht ohne das Mehrgewicht des Soundmoduls? Ob ich diese Option verwirklichen werde, ist noch offen, aber ihr könnt die Überschrift schon mal ergänzen: Langsam, laut und lange. Ich schrieb hier manchmal in der Mehrzahl und das hat den Grund, dass mein Modell von meinem Bruder Tom Maier gebaut werden wird. Tom ist der erwiesenene Leichtbauexperte und hat sein Können zuletzt bei Modellen wie der Globemaster, der Ju 52 und der Boeing 777 bewiesen. Die J3 ist im Vergleich eine sehr kleine Herausforderung. Bei allen seinen Modellen beschränkt sich mein Anteil darauf, die Flächenstatik zu errechenen und die Antriebe zu konzipieren.
 

Rüdiger

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Hallo Kalus,

die von dir massstäblich ermittelten theoretischen Geschwindigkeiten dürften sich von den physikalischen Geschwindigkeiten, die sich durch Flächenbelastung und Auftrieb ergeben, stark unterscheiden, sprich sie werden vermutlich 1,5 bis 2,5 mal schneller sein.

cu,

Rüdiger
 
Hallo Kalus,

Fluggeschwindigkeit in Abhängigkeit der Flächenbelastung G/F und Auftriebsbeiwert (Ca):
Fluggeschwindigkeit.jpg

Grobe Richtwerte:
Ca Start ~ 1
Ca Reiseflug ~ 0.6
Ca Schnellflug ~ 0.4

Ca ist der Auftriebsbeiwert, eine Funktion vom Anstellwinkel alpha.

Gruss
Micha
 
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StephanB

Vereinsmitglied
Ich finde eure ultraleichten Modelle klasse.
Eure Piper kommt dann auf 3,15 Meter Spannweite und darf nur 3,7 Kilogramm wiegen. Das nenne ich mal eine Herausforderung.
Toitoitoi! 👍
 
Hallo Kalus,

noch eine Bemerkung zu deinem Post. Eine Gliederung mit Absätzen würde den Text viel lesbarer machen. So alles zusammen war, es für mich doch sehr schwer zu lesen.

Ich bin übrigens gerade am lesen eines Buches zur "Flugmechanik im Modellflug", dort gibt es ein Kapitel zum Entwurf von vorbildähnlichen Flugmodellen. Für den Entwurf von skalierter Modellen sind neben dem Maßstab bei niedrigen Mach-Zahlen die Ähnlichkeitskennzahlen Reynolds-Zahl (aerodynamische Ähnlichkeit) und die Froude-Zahl (dynamische Ähnlichkeit) von Bedeutung.

Gruss
Micha
 
Ich nehme alles zurück und behaupte das Gegenteil ;-

Hallo Rüdiger,

eine manntragende Piper J3 kann man z. B. mit einer Rhönlerche KA4 vergleichen. Die manntragende Rhönlerche hat eine Spannweite von 12 m, auch als Rhönstein bekannt. Die Piper J3 als Modell ist auch kein Düsenjäger. Ein Ca von 0.35 für die Reisefluggeschwindigkeit ist schon sportlich. Berücksichtigt man eine aerodynamische Ähnlichkeit V_Modell/V_Orignal als Auslegungskriterium, dann gilt (Maßstab 3.5:1 hoch 0.5) * V_orignal . Dann wäre die Fluggeschwindigkeit schon etwas höher. :D

Gruss
Micha
 
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kalus

User
Liebe Kollegen, ich wollte die Grundsatzdiskussion 'Scale - Fluggeschwindigkeit' nicht noch einmal anstossen, sie wurde hier schon mehrfach geführt und vor allem Gerhard Hanssmann hat den physikalischen Hintergrund vorgerechnet. Mein Bruder Tom Maier baut seit Jahrzehnten vorbildähnliche Modelle auf dieser Grundlage und sie 'funktioniert', die Fluggeschwindigkeiten haben wir per GPS oder Staurohr oft nachgeprüft.
@StephanB: Ich strebe eher die 2,3 kg an, denn dann habe ich noch Akku-Zuladungs-Spielraum für die 1-Stundenflug Idee oder für weitere 'Lautsprecher', falls das Soundmodul mit zwei Körperschallwandlern mir als zu leise erscheint.
Die Gewichtsverteilung sieht so aus: Motor mit Getriebe, Steller, Propeller =ca 300 gr.
Akku 3S 4000 /30 C oder 3S 5400 /10C (jeweils 'abgespeckt') = ca 300gr
Empfänger und vier Servos = ca 50gr
Benedini Soundmodul mit zwei Excitern = ca 250 gr
Summe der schon angeschafften Komponenten: 900 gr. Um die 2,3kg zu erreichen darf die Zelle (mit Männle'!) also etwa 1,4 kg wiegen.
Das vorherrschende Baumaterial ist 1mm Balsa der mittelschweren Qualität (ca 13 gr das Normbrett), zu L- oder T-Trägern verarbeitet. Ein Foto vom Rumpf im derzeitigen Baustadium folgt. Schon das Original hat nur wenige beplankte Anteile, sehr erfreulich für den gewichtsoptimierten Nachbau und auch ein Glück in Zeiten der Balsa - Knappheit. Eine große Gewichtseinsparung ermöglicht die Oracover Air light - Folie. 'Air' heißen bei Lanitz die Folien ohne Kleberbeschichtung, es gibt sie, entsprechend 'normalem' Oracover und der Oralight - Version ebenfalls in zwei Folienstärken, die denen beschichteten Folien entsprechen. Der Gewichtsunterschied ist bedeutend: Mit 22 gr pro Qudratmeter ist die Air - light grad halb so schwer wie die Oralight. Klar, auch der Kleber, der auf die Kontaktstellen aufgetragen wird, wiegt noch ein Weniges ... Leider eignet sich eigentlich nur eine Farbvariante bei Air-light für ein vorbildähnliches Modell: Die Weiße, die dank der rückseitigen 'Bedampfung' blickdicht ist, trotz ihrer geringen Stärke. Die 'bedampften' Folien tragen bie Lanitz die Zusatzbezeichnung 'Scale'. Da ich diesen Gewichtsvorteil der Air-light gerne mitnehmen möchte, hatte das auch großen Anteil bei der Auswahl des Vorbilds. Ich suchte also nach J3's mit großem Weiß-Anteil.
Soweit mal ...

Gruß, Klaus
 

kalus

User
Also zur Auswahl eines Vorbilds: Klar, das Design soll zuallererst gefallen, finde ich keine ansprechende J3 mit weißer Grundfarbe, dann verzichte ich auf den Gewichtsvorteil der Air - Folie. Es fanden sich dann doch einige weiße Vorbilder, mein Favorit war zunächst diejenige mit der Kennung HB-OWY. Ja, obwohl man im Netz den hunderten Fotos des FMS -Schaummodells nicht entgehen kann. Aber warum fand ich trotz intensiver Suche kein Foto vom Original? Dabei fand ich eine HB-OWY auf der Seite von Practical Scale: Eduard Wymann, ein Schweizer Kollege hatte für seine Toni Clark - J3 auch diese Farbgebung und Kennung gewählt. Endlich hatte ich einen Anhaltspunkt für die Suche nach dem Original - und bald den freundlichen Eduard am Telefon: Nein, da gebe es kein Original, das Design habe er entworfen !!! Aber ob ich schon gemerkt habe, dass es da eine entsprechende Schaumwaffel gebe? Die 'Chinesen' hätten sein Design einfach kopiert, ohne ihn vorher zu fragen. Als er sich beschwerte, hätten sie ihm einen Bausatz der 'Schaumwaffel' als 'Entschädigung' geschickt. Eduard dürfte mäßig erfreut gewesen sein, denn
Eduard Wymanns Modell.jpg
wie er anmerkte, baut er gerade an einer Paolo Severin - Piper.
So gut mir Eduards HB-OWY gefällt , mein Modell soll doch einem Original entsprechen. Der HB-OWY recht ähnlich im Design ist die HB-OAG, sie wäre es fast 'geworden', dann fand ich aber die weiß / blau / orangerote D-EDOT und mit ihr beendete ich meine Suche. (Wegen der Bild-Urheberrechte traue ich mich nicht, hier Fotos von HB-OAG und D-EDOT einzustellen, aber sie sind per Suchfunktion leicht zu finden.) Da auch die beiden Zusatzfarben 'lichtdicht' sein sollen, wählte ich für das deckendere Blau die Oralight -Variante, für das rot/ orange muss aber die dichtere 'normale' Oracover-Folie bestellt werden. Da die blauen und roten Flächenanteile relativ gering sind, ist das Mehrgewicht kein Thema.
Wie angekündigt noch Fotos vom Rumpf im derzeitigen Baustadium. Unter anderem fehlt noch der dachförmige Rumpfrücken. Das, was hier zu sehen ist, wiegt 90gr. Auf einem Foto sieht man die Kupferlackdrähte, die an einem unteren L -Träger geklebt wurden: Höhen- und Seitenleitwerksservos werden in den Dämpfungsflächen sitzen.
IMG_1373[.jpg
IMG_1373[.jpg
IMG_1374[.JPG
IMG_1374[.JPG
 

kalus

User
@Pierre: Danke für den Hinweis auf die D-EKIS, sie und ein paar andere ganz weiße J3s (meistens mit schwarzem 'Pfeil') hatte ich auch gefunden. Und danke Dir, Bernd für das schöne Video, das ich nicht kannte! Aber wie gesagt, hab ich mich jetzt in die D-EDOT 'verliebt'. Weil ich nach einem Vorbild suchte, möchte ich das Thema 'vorbildgetreu' ansprechen. Im Englischen gibts den Begriff 'stand-off scale' und der gibt gut wieder, welchen Anspruch mein Bruder und ich an unsere Modelle haben: Die Maße werden grundsätzlich vom Original übernommen, wir sind aber zufrieden, wenn das Modell in ein paar Metern Abstand vorbildgetreu erscheint, erst Recht im Flug - aber das Thema hatten wir schon. Alle Scale-Details auszuführen, wie es unsere Kollegen hier in der 'Scale' - Rubrik praktizieren, ist zum eine mit einem sehr großer Zeitaufwand verbunden (und Können!) und es bringt auch Mehrgewicht mit sich. Etwas provokativ könnte ich formulieren: Entweder kann ein Modell 'scale' gestaltet sein, oder 'scale fliegen. Je mehr das Modell sich von der Größe her dem Original annnähert, um so einfacher lassen sich beide Ansprüche einlösen. Dazu fallen mir spontan die Modelle von Franz Schmidt ein, sowie welche aus der Jet - Scale -Klasse.
Zurück zu meiner J3. Vom Original übernehme ich zum Beispiel auch das Flächenprofil USA 35B, es scheint sich auch im RE- Zahl Bereich der Modelle zu bewähren, Paolo Severin verwendet es auch bei seinen Pipers. Von Paolos Plan habe ich übrigens auch alle äußeren Maße übernommen und dann halt für meinen Maßstab 3,5:1 umgerechnet. Zumindest zwei Abweichungen von diesem Plan - und damit auch vom Original - sind vorgesehen: Die Querruder werden wir tiefer ausführen, sie reichen dann bis zum hinteren Flächenholm. Und die Nasenbeplankung an der Oberseite werden wir bis zum vorderen Holm verlängern.
Morgen zum Thema 'Antrieb' und ein Foto vom Flächen - Rohbau.

Gruß

Klaus
 

kalus

User
Nachdem ich mich hier mit dem Anspruch 'scale fliegen' schon aus dem Fenster gelehnt habe, möchte ich auch zum Thema 'scale Antrieb' 'was schreiben. Dazu zwei Daten: Die originale J3 benötigt (laut www.piper.com) eine Startrollstrecke von 347 Meter - für mein Modell umgerechnet wären das 99 Meter. Und die Steigleistung wird in der gleichen Quelle mit 450 ft / min angegeben, also 137 Meter pro Minute - aufs Modell gerechnet wären das 39 Meter pro Minute, bzw. 65 cm pro Sekunde. Dazu unsere Realität vor Ort: Die 'Rollbahn' des Modellfluggeländes 'Wangener Linde' beträgt etwa 40 Meter, am einen Ende folgt quer dazu eine öffentliche, wenn auch wenig befahrene Straße, die man in Sicherheitshöhe überfliegen muss. Also: Ein Antrieb, der keine höheren Leistungen erbringt, als die zum 'scale -Steigen,' wäre für uns nicht brauchbar. Der von mir sehr geschätzte Kollege Aloys Zimmermann, der hier im Forum als 'FamZim' zu Wort kommt, hat in einem Beitrag vom 10.11.2006 geschrieben (- es ging schon damals um die 'hochvier - Formel'): " Bei der Motorleistung kommt es noch schlimmer!!! Da geht es nämlich 5 mal durch den Maßstab, ..." Der Antrieb der originale J3 leistet 65 PS, also 4745 Watt. Maßstab 3,5 hoch fünf ergibt den Faktor 525. Somit dürfte die maximale 'Propellerleistung' bei meinem Modell bei etwa 9 Watt liegen!! Ich habe mich mit diesem 'hoch fünf' -Aspekt nie praktisch auseinander gesetzt, wenn meine J3 mal fliegt, werde ich aber nachmessen, was bei 9 Watt Propellerleistung in der Realitiät so passiert. Beim Antrieb, der vorgesehen ist, maßen wir eine Eingangsleistung von ca. 340 Watt bei vollem Akku, beim angenommen guten Wirkungsgrad von 85% wäre das eine Propellerleistung von 290 Watt. Mit diesem Leistungsüberschuss 'scale' zu fliegen, bedeutet vor allem Disziplin am 'Gasknüppel'. Hilfreich ist dabei ein GPS- Sensor, der per Telemetrie die Fluggeschwindigkeit ansagt. Im Übrigen hat man allerlei Reseven für Gefahrensituationen ... Welchen Antrieb habe ich gewählt: Wie schon erwähnt, verwenden wir als 'Standartakku' einen 3S 4000, in der letzten Zeit meistens den aus der Quantum - Serie von SLS mit 30C. In einigen von Toms Modellen (Ju 52 und Globemaster) werde zwei davon in Reihe geschaltet. Neu in meinem Bestand ist der gleich schwere Hacker Top Fuel ECO-X light 5400mAh 10C. Das Mehr an Kapazität ist beeindruckend, 54 Ampere Dauerstromentnahme würde bei meinen Modellen weitaus genügen. Ob er den SLS ablösen wird, ist noch offen. Weiter zum Antrieb: Die E-Motoren mit dem besten Leistungs- / Gewichtsverhältnis sind (zumindest in der Größenordnung, um die es hier geht) relativ hochdrehende Außenläufer, gekoppelt an ein 5:1 oder 6,75:1 Planetengetriebe. Normalerweise hätte ich einen Reisenauer Peggy Pepper 2221 oder 2524 - Motor mit dem 5:1 Micro Edition-light Getriebe gewählt. Meine Wahl fiel aber auf einen 2-Pol Innenläufer und zwar auf den Lehner 1535/9Wdg /LK/. Lehner führt auf Wunsch 6 Anschlüsse heraus: So kann man den Motor mit entsprechenden Lötverbindungen entweder in der Dreiecks - Version (=schnell) oder in der Y -Version - im Faktor 1,73 langsamer - betreiben. Der Zusatz 'LK'bedeutet übrigens, dass im Motor ein Lüfter integriert ist. Ich werde den Motor, an dem wir ein Reisenauer 5:1 Getriebe angeflanscht haben, im langsamen Y -Modus betreiben. Lehner gibt keine Leerlauf - kv an, sondern die Drehzahl bei bestem Wirkungsgrad, und die beträgt in der Y- Version 1573 U/V/Min. Der Lehner 1535 ist schwerer und deutlich teurer als ein Peggy Pepper 2524er Motor, ersterer Aspekt widerspricht ja dem Modell - Konzept. Ich habe den 2-pol Innenläufer nur im Zusammenhang mit dem 'Sound' gewählt. Die Peggys erzeugen im Drehzahlbereich nahe dem Leerlauf ein etwas unangenehmes Geräusch (hat das was mit dem Rastmoment zu zun?) und genau das wollte ich vermeiden, wenn im Leerlauf das Soundmodul den fiktiven Continental - Vierzylinder tuckern lässt. Und das hat der Lehner auch erfüllt: Fast geräuschlos dreht sich der Prop bei langsamster Drehzahl.
Gruß, Klaus
 
Hallo Klaus,

tolles Projekt 👍

Bei deiner Rechnung hast eine null unterschlagen, sollten ca. 47450W sein, dann bekommst du beim Modell auch ne null dazu>> 90W...

Gruß
Jürgen
 

kalus

User
@ Micha / lastdownxxxl: Bei meinem gestrigen Beitrag wollte ich Deine Anregung berücksichten und den Text in Abschnitte gliedern. Als ich nach dem Absenden das Resultat sah, waren alle Abschnitte verschwunden. Ich werde künftig längere Text in kleineren Teilen versenden ... Weiter zum Thema Antrieb: Ich schrieb schon einmal von 'abgespecken' Akkus: Das Foto zeigt, dass wir die Kabel am Akku grundsätzlich entfernen und nur ein Stecker / Buchse - Paar anlöten und zwar aus der 4mm Goldstecker - Familie. Wie man auf dem zweiten Foto sieht, gibt es den Stecker auch in hohlgebohrter Version. Dass wir kein Stecker-System verwenden, wo beide Pole in einem Gehäuse zussammengefasst sind, hat den Vorteil, dass man beim Ein - oder Ausstecken aufgrund der dazu nötigen Kraft für jeden Pol eine Rückmeldung hat, ob der Kontaktdruck nicht mit der Zeit gelitten hat,
abgespeckter Akku 2.jpg
abgespeckter Akku 1.jpg
ein Indiz für den Übergangswiderstand. Wesentlicher bei dieser Ausführung ist aber, dass wir je nach Modell nur so lange Kabel zwischen Akku und Steller haben, wie notwendig. Die Kabellänge wird am Steller abgelängt. Ein zweiter Aspekt: Der Kabelquerschnitt zwischen Akku und Steller kann in unterschiedlicher Weise so gewählt werden, wie es der Stromaufnahme entspricht. Somit lassen sich einige Gramm an Kabelgewicht einsparen. Bei den Kabeln vom Akku zum Steller und vom Steller zum Motor entfernen wie die Silikon-Isolierung (VIEL zu schwer!) und ersetzen sie durch Kapton - Klebeband als Isolierung . Beim abgebildeten Hacker - Akku waren übrigens Kabel mit einem viel zu großen Querschnitt angebracht, was dem erlaubten Entnahmestrom von 54 A gar nicht entsprach. (Bei Akkus mit 60C Entladerate findet man dagegen oft unterdimensionierte Kabel ... ) Das eingesparte Gewicht von ca 30 Gramm (siehe Aufkelber am Akku) ist eine Menge, also etwa 10% des Akkugewichts.
 
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