Warum fliegen Eure Saalflug-/ Zimmermodelle

[Ulrich Burbat]

Vorweg
Ich habe von Modellflug wenig und von Saalflug keine Ahnung.
Ich habe Hochachtung vor den filigranen Resultaten der Saalflugpiloten
Mich interessieren Dinge, die ich bisher nicht verstehe

Das, was ich bisher an Grunddlagen verstanden glaubte, war

Ein Modellflugzeug fliegt
=>infolge Auftrieb
- durch profilierte Tragflächen und Sinken
- profilierte Tragflächen und Vortrieb infolge Motorantrieb
- Motorantrieb und EWD

Bei Leichtflugzeugen fand ich einige Details, die in meine bisherigen Annahmen zu Modellflugzeeugen nicht rein passten
- oft keine profilierten Tragwerken und keine keine EWD
- sehr selten ausgeprägte Nasenrundungen an Tragwerken
- oft unsymmetrische Anordnung von Tragwerken
- oft haben Luftschrauben einen konstanten Anstellwinkel über dem Radius
- manchmal keine EWD
Nun ?????
1. Warum fliegen solche Konstruktionen
2. warum benötigen die Gummiflieger Glasperlen am Prop zur Reibungsminimierung

Meine Annahmen
=> Bei voll aufgezogenem Gummi
- ist das Drehmoment am Größten
- ist die Lagerpresskraft am Anfang am größten
- ist die Drehzahl am höchsten
- Erreichen die Modelle schnell Höhe und kontaktieren obere Hallenbegrenzungen

Warum Glasperlen zur Verringerung der Lagerreibung?
Ich hätte sie gerne weg gelassen
Ich gehe davon aus, dass es günstig wäre, wenn Drehzahl und Drehmoment über die ganze Laufzeit konstant wäre. Das ist aufgrund der Gummicharakteristik nicht möglich.
Der Gummi kann aufgrund seiner Charakteristik nur eine gewisse Anzahl der aufgezogenen Umdrehungen in Kraftflug umwandeln.
Zu Beginn gibt er ein höheres Drehmoment und höhere Drehzahl ab
Zum Ende des Kraftfluges nehmen beide Parameter ab.

Frage:
Könnte eine anfänglich höhere Lagerreibung der Angleichung von Anfags- und Enddrehzahl für eine längere Motorlaufzeit dienlich sein


Nun meine Überlegung

Wie gelingt es mir höchstes Drehmoment und Drehzahl bei der abzugebenden Drehzahl abzumindern.

Die axiale Lagerreibung müsste von der Zugkraft des aufgezogenen Gummis abhängen
Daher sollte eine anfänglich erhöhte Lagerreibung der Angleichung von Anfangs-zu Enddrehzahlen dienlich sein, wenn sie zum Laufende infolge geringerer Zugkraft auf das Wellenlager ab nimmt.


Es muss nicht alles falsch sein, was ich nicht verstehe

Ulli

 

[g_kandylakis]

Hi Ulli,

viele Fragen, viele Anahmen und Überlegungen... Zu kompliziert ist es nicht, ich komme aber sicher nicht dazu alles zu erklären.

Einfache Sachen zuerst...
Glasperle, oder Teflonscheiben: Reibung ist Energieverlust, also muss sie so gering wie möglich bleiben. Also am Lager muss alles reibungslos laufen. unabhängig von der Kraft, dem Drehmoment, der Drehzahl. Es ist wie z.B. am Fahrrad, da muss die Kette superleicht laufen.

Variabler Drehmoment: richtig erkannt, deswegen gibt es bei leistungsstärkeren Modellen fast immer einen VP Propeller (variable pitch oder Variable Steigung). Ist das Drehmoment hoch, so erhöht sich durch entsprechende Mechanik die Steigung der Propellerblätter um dieses Drehmoment besser auszunutzen.
Sinkt das Drehmoment so wir die Blättersteigung geringer damit der Propeller immer noch effectiv arbeitet.

Vor vielen Jahren gab es auch VD Propeller, variable diameter, wobei der Propeller am Start, bei hohem Drhmoment größeren Durchesser hatte, um die verfügbare Kraft langsamer und dadurch länger zu nutzen. Sank das Drehmoment, wurde der Propellerdurchmesser kleiner, um immernoch schnell genzg zu drehen.

Bei Leichtflugzeugen fand ich einige Details, die in meine bisherigen Annahmen zu Modellflugzeeugen nicht rein passten
- oft keine profilierten Tragwerken und keine keine EWD
- sehr selten ausgeprägte Nasenrundungen an Tragwerken
- oft unsymmetrische Anordnung von Tragwerken
- oft haben Luftschrauben einen konstanten Anstellwinkel über dem Radius
- manchmal keine EWD

Profilierte Nasenleisten oder Endleisten sind bei Saalflumodellen nicht erforderlich und sicher sehr schwer zu erzeugen
EWD gibt es fast immer, warum schreibst du "keine"?
Unsymmetrisch, da ein ständiger Kreisflug erwartet wird, außerdem funktioniert das sehr gut bei variablen Geschwindigkeiten
Konstanter Anstellwinkel is sicher nicht so effektiv wie ein variabler (richtiger Propeller), ist aber leichter für Anfänger und der Unterschied ist am Anfang nicht so wichtig, da ist wichtiger dass das Modell fliegt.

Ich hoffe ich habe etwas geholfen

Jorgos

 

[Johannes G]

Moin,

Es braucht kein Profil oder Anstellwinkel Differenz, es braucht lediglich einen Anstellwinkel gegenüber der ankommenden Luft, damit sie nach unten geschoben werden kann (wie wenn du deine Hand mit einem Winkel aus dem Autofenster hälst).
Ein Profil ist nur für eine höhere Effizienz da und die EWD dafür, wenn dein Höhenleitwerk neutral gegenüber der umströmenden Luft sein soll, der Anstellwinkel am Flügel aber gleichzeitig gegeben sein soll.

Gruß

 

[Pflyer]

Hallo Ulli,
anbei noch ein paar Ergänzungen, Einordnungen und vielleicht auch in ein paar Aspekten Richtigstellungen:

- Zur Reibungsgeschichte und dem Bremsen des Props am Anfang hat ja Jorgos schon sehr gut geantwortet. Man könnte es versuchen, aber in den Klassen, in dem man da Drehmoment aktiv beeinflussen darf (z.B. F1D, F1M), ist die Verstellung des Props die effektive Variante. Sinnvoll ist so eine Bremsung praktisch nur bei begrenzter Deckenhöhe, man nimmt ja Energie aus dem System. Die Decke macht das im übrigen auch, sie "bremst" in Summe den Prop etwas und verschlechtert den Flugzustand (transformiert dadurch die Bewegungsenergie in "Wärmeenergie") und verhindert so den weiteren Aufstieg. Der allererste Aufstieg bei zu hohem Drehmoment macht max. 10% der Flugzeit (weniger als 1 min bei 8min Flugzeit eines TH35 ) aus. Mit einer Bremsung (die nur da wirken dürfte) könnte man nicht sehr viel gewinnen, aber die Mechanik dazu wäre wohl kompliziert und wiegt auch was. Zum Vergleich, eine Treger-Verstellmechanik für F1D wiegt ca. 100mg, eine für F1M ca. 185mg. Außerdem müsste man beachten, dass man damit Drehmoment auf die Rumpfspitze aufbringt, dadurch tordiert der Rump zusätzlich und der Flügel dreht weiter auf. In Summe dürften das die Gründe sein, warum es keiner macht.

- Zur Profilierung, Ecken und Kanten, EWD: Es ist ja durchaus ein Flugzeug und nicht eine leichte "Platte", die die anströmende Luft nur nach unten drückt, wie vielleicht vermutet wird. Die Form dem Profils (z.B. Kreisbogen, Sector etc.) ist hingegen nicht von so hoher Bedeutung wie bei größeren Segelflugzeugen (s.u.). Das liegt an der geringen RE-Zahl, bei der die die Saalflieger ( um die 10000 oder kleiner), bei der sich die Luft "schwerer tut", den Profilen exakt zu folgen. Was hier hilft, ist Turbulenz, und das geht mit den Kanten, vor allem an der Nasenleiste besser.
Klar fliegt ein Saalflieger mit Profilierung deutlich besser als ohne: Hierzu gibt es, wenn auch wenige mir bekannte Veröffentlichungen, z.B. von Okamoto et. al. aus dem Jahr 1995. Hier wurden auf sehr wissenschaftliche Art und Weise (Windkanal, Windtunnel, Freiflug) Profile bei Re-Zahlen 11000-15000 vermessen und die ca-max Werte liegen bei flachen Platten bei 0.5-0.7, bei gewölbten bei 0.9-1.3 (spannweitenkorrigiert). Auch der Effekt des geringen Nasenradius (sharpness)und der Turbulenz konnten bei Kreisbogenprofilen nachgewiesen werden.
EWD braucht der Saalflieger genauso wie der normale, sonst ist die Stabilität um die Querachse nicht gegeben. Im Übrigen sind die meisten Saalflieger Tandemflugzeuge, das HLW trägt entscheidend zum Gesamtauftrieb bei. Man sieht das daran, dass die Schwerpunkte sehrt weit hinten liegen, manchmal sogar hinter der Fläche. Jetzt könnte man meinen, das macht diese Flieger kritischer um die Querachse, das ist zum Glück nicht so (CAP-Flieger mal ausgenommen), die Flieger kippen nicht oder nur kaum ab, sie haben oft nicht die Masse (Kraft), die unter ihnen liegende Luft schnell zu verdrängen und fangen bei komplett falschem Schwerpunkt (kein Gummi eingehängt) schon mal an rückwärts zu gleiten und vor und zurückzuschwingen statt abzukippen.

Ich hoffe, ich konnte Dir etwas mehr Einblick in die sehr spannende und auch hochkomplexe Flugphysik des Saalflugs geben.
Als Literatur empfehle ich Die die Saalflugbücher von Heinz, es gibt bei Bedarf auch noch ältere wissenschaftliche Artikel z.B. von Hacklinger, auch ich habe noch einige veröffentlicht, als Einstieg hänge ich Dir mal einen an.

Viele Grüße, Paul

 

[Ulrich Burbat]

Ich möchte mich bei Euch für Eure Erklärungen bedanken.
Ich hatte beim Themenstart bewusst auf Kreisflug und Hochleistungsmodelle verzichtet. Alle technischen Lösungen zur Variation Propeller, Drehmmoment wollte ich ausschließen.

EWD gibt es fast immer, warum schreibst du "keine"?

Ich habe wenige Pläne wirklicht durchdacht.
Wenn Tragfläche und HLW auf einer Linie liegen erkannte ich keine EWD.
Keine EWD war falsch. Ich hatte schon Pläne mit EWD gesehen.

Es braucht kein Profil oder Anstellwinkel Differenz, es braucht lediglich einen Anstellwinkel gegenüber der ankommenden Luft, damit sie nach unten geschoben werden kann

Das ist ein wichtiger Hinweis.
Das hatte ich bisher nicht bedacht. Stark reduziert heisst das, dass der Leichtflieger immer mit angestellter Längsachse und Motorkraft fliegen muss. Segeln, vorwärts fliegen infolge Sinken, darf ich dann nicht erwarten.

Konstanter Anstellwinkel........, ist aber leichter für Anfänger und der Unterschied ist am Anfang nicht so wichtig, da ist wichtiger dass das Modell fliegt.

Wenn Flugzeiten um 20 Sekunden OK sind, dann verstehe ich das
Siehe "Floh" in Modelar 3/71 auf S. 10

m Übrigen sind die meisten Saalflieger Tandemflugzeuge, das HLW trägt entscheidend zum Gesamtauftrieb bei. Man sieht das daran, dass die Schwerpunkte sehrt weit hinten liegen,

Das war mir auch schon aufgefallen. Nun verstehe ich den Grund.

Ich hoffe, ich konnte Dir etwas mehr Einblick in die sehr spannende und auch hochkomplexe Flugphysik des Saalflugs geben.

Ich schätze eher ein, dass ich jetzt weniger weis als vorher. Das liegt aber an mir. Das Wichtigste ist beantwortet.

Reibung ist Energieverlust, also muss sie so gering wie möglich bleiben.

Reibung frisst Energie. das stimme ich mit überein.

Meine Annahmen
A)
Ein aufgezogener Gummi dreht den Propeller eine ähnliche Anzahl, egal ob mit oder ohne Glasperle
B)
mit Glasperlen dreht der Prop schneller, steigt schnell hoch und kontaktiert die Decke
C)
Mit höherer Reibung dreht der Prop langsamer, Prop läuft länger, erreicht die Decke nicht

Nun kann ich nicht abschätzen, ob bei C) eine längere Flugzeit raus kommen könnte.

Eine Sache ist mir noch unklar

Erfolgt infolge des aufgezogenen Gummis eine Verdrehung des Rumpfes? Ist so stark, dass die Anstellwinkel von li und re Tragflächen mit Abnahme der Restumdrehungen variieren.


FAI Gummi.
Ich hatte noch nie welchen in der Hand und kenne seine Parameter nicht. Für mich erhältlich wären
Fliesenlegergummi vom Baumarkt
Fadengummi aus dem Kurzwarenbereich
Silikongummi aus dem Anglerbedarf in unterschiedlichen Stärken

 

[Johannes G]

Das ist ein wichtiger Hinweis.
Das hatte ich bisher nicht bedacht. Stark reduziert heisst das, dass der Leichtflieger immer mit angestellter Längsachse und Motorkraft fliegen muss. Segeln, vorwärts fliegen infolge Sinken, darf ich dann nicht erwarten.

Du kannst auch einen positiven Anstellwinkel haben und dennoch sinken-Shockys segeln ganz wunderbar (womit ich sagen möchte dass es prinzipiell"Segeln" ist), eben nicht allzu lange wenn es keine Thermik gibt.

 

[StephanB]

Ulrich,
deine Idee, vorsätzlich Reibung im Lager zur Leistungsreduktion einzusetzen, ist ein kompletter Irrweg, den Du verlassen solltest. Das geht auch mechanisch nicht lange gut, wenn sich Balsaoberflächen unter Druck an Alu abarbeiten.

Falls Du Bedenken wegen zu viel Leistung hast, nimm einen dünneren Gummi. Der nimmt mehr Umdrehungen auf, bevor er reißt. Damit erreichst Du eine längere Flugzeit und bist effizient unterwegs. Ersatzweise hilft auch ein besser an das gewünschte Leistungsprofil angepasster Propeller.

An gutem (FAI) Gummi führt kein Weg vorbei. Kleine Mengen bekommst du in Deutschland beispielsweise bei Flight Depot oder in den Saalflug-Depots von Heinz Eder und/oder Helmuth Schnell, erreichbar via Thermiksense.
Gruß
Stephan

 

[Pflyer]

Eine Sache ist mir noch unklar

Erfolgt infolge des aufgezogenen Gummis eine Verdrehung des Rumpfes? Ist so stark, dass die Anstellwinkel von li und re Tragflächen mit Abnahme der Restumdrehungen variieren

So ist es.
Wenn Du den Gummi aufziehst und dann danach vor dem Start vorne festhältst (zwangsweise), tordiert der Rumpf und über die Stützen die Fläche.
Wenn Du ihn dann startest, fällt die Fixierung vorne weg und die Gegenkraft übernimmt der Auftrieb des Tragflügels in Verbindung mit der V-Form.
Das erzeugt einen "Querruderausschlag", der den Flieger stabilisiert. Dieser nimmt im Laufe des Fluges ab.

Trotzdem haben die meisten Saalflieger auch in Ruhe einige mm Schränkung eingebaut und außerdem ist der Flügel oft nicht ganz mittig auf dem Rumpf, beides stützt zusätzlich.
Als weitere Maßnahmen zur Kurvensteuerung dienen der Seitenruderausschlag und die Verdrehung des Höhenruders.

VG Paul

 

[Ulrich Burbat]

Ich möchte mich bei Allen recht herzlich für Eure Bemühungen bedanken.

Du kannst auch einen positiven Anstellwinkel haben und dennoch sinken-

Beim Segeln infolge Sinken ging ich davon aus, dass ein Modell ohne RC nur durch Masse in einem Gleitwinkel sinkt

Das führt zu meinem Thema vermutlich zu weit das zu erörtern.

deine Idee, vorsätzlich Reibung im Lager zur Leistungsreduktion einzusetzen, ist ein kompletter Irrweg,

Warum gefiel mir die Idee?
Fix ist das Modell mit seinen Komponenten

Variabel ist die Flugzeit. Wie kann ich sie verlängern
a) kurze Motorlaufzeit mit höherer Drehzahl und große Flughöhe (fällt bei mir aus)
b) längere Motorlaufzeit mit geringerer Drehzahl.



zu b)
Wenn Gummi und maximale Aufzugsumdrehungen vorgegeben sind, war meine Idee den Prop daran zu hindern sehr schnell zu drehen

Falls Du Bedenken wegen zu viel Leistung hast, nimm einen dünneren Gummi.

Das ist die bessere Lösung


Mit Pauls Antwort ist das Thema für mich erschöpfend beantwortet. Vielen Dank

Ulli