AC 75 Foiling Monohull in 1:12

[SailingMaxi]

In den Videos ist zu sehen das wenn die Boote segeln, das foil das nicht im Wasser ist immer ganz hochgeklappt wird. Und ich vermute mal das das Foil im Wasser auch immer eine Bestimmte Psotion hat, somit wären ja drei Psoition wichtig.
Ganz oben, Segelstellung, und ganz unten für den Hafen, etc.

 

[SailingMaxi]

Anbei ein Bild von Francois Chevalier, wo die drei Psoitione zu erkenne sind.
Ich denke mal nicht das die während der Flugphase die Position des sich im Wasser befindeten Foilarms verstellen.

 

[Greenpiece]

Nicht richtig, in der Flugphase wird ständig sowhl das Flap als auch die Position des Foilarm gesteuert. Während des AC in NZL wurden die Winkel der Arme z.T. im TV Bild eingeblendet.

 

[micha b]

So könnte die Steuerung mit Hydraulik aussehen....

- deutlich einfacher aufzubauen...
- kein Haltestrom nötig
- keine Gefahr für Getriebe o.ä. bei Überlastung (Impulse)



Die Zylinder mit 22mm Durchmesser machen bis zu 50kg Druck bei 20 bar.
Die Kraft müsste ausreichend sein - wenn nicht, kann ich einen zweiten Zylinder parallel einbauen.

 

[Greenpiece]

Meine Gedanken zu dem Projekt.

Vergiß erstmal das Rig in Scale zu bauen. Twinskin Großsegel, Travel und Großschotanlenkung, Servo für die Mastdrehung. Das sind viel zu viele Features die steuerbar und somit auch falsch gestuert werden. Für den ersten Versuch würde ich so simpel wie möglich riggen damit möglichst wenig schief gehen kann.

Wenn ich die Kommentare der Steuerleute aus den AC40 höre und lese glaube ich eh nicht, dass das Model mit manueller Steuerung mehr als ein paar Meter fliegen wird. Die AC40 fliegen nur stabil da alle Korrekturen der Fluglage von Sensoren und einer automatisierten Steuerung übernommen werden. Die Segler haben einstimmig gesagt, dass das Konzept des Foilen aus den AC75 auf diesen kleineren AC40 Booten nicht mehr durch Menschen steuerbar ist da es viel zu instabil ist. In einer noch kleineren RC Variante wird die Stabilität nicht besser.

Ich würde die Investitionen so klein wie möglich halten und mit einem möglichst simplen und kostengünstigen Prototypen das Konzept testen. Im Zweifel sogar mit festen Foilarmen auf beiden Seiten um zu sehen ob das Boot als Dreibein überhaupt fliegen will. Komplizierter machen kann man es nach erfolgreichem Test immer.

 

[micha b]

Genau so werde ich es machen - Eins nach dem Anderen.

Das Rig kommt ganz als Letztes - die ersten Flugversuche werden mittels auf dem Deck montierten Propeller stattfinden. In diesem Boot gibt es so viele Faktoren die aufeinander einzahlen und sich gegenseitig beeinflussen, das kann man nicht aus einem Guss machen.
Erst wenn ich mittels Propeller ein stabiles Flugverhalten hin bekomme mach ich mir um die Segel Gedanken.
Wie von Torti geschrieben werde ich hier auf jeden Fall mit Elektronik nachhelfen.

 

[Airpainter98]

Ich bin grundsätzlich bei dir, aber deine Lösung gefällt mir nicht. Für die perfekt Performance gibt es einen bestimmten Druck im Segel.
Alles was drunter, oder drüber liegt muss durch Segelstellung und Kurswahl ausgeglichen werden. Dein eingezeichneter Vektor müsste man mal berechnen, erscheint mir aber relativ unbedeutend zu sein-es gibt keinen Fixpunkt der wirken könnte. Ich halte die Gewichtskraft der in Luv "hängenden" Masse als ausschlaggebend. Als kontraproduktiv halte ich auch das Anheben des Arms. Damit verlierst du Lateralfläche unter Wasser. Damit knallt dir die Kiste massiv nach Lee und der Druck im Segel wird zu groß.
Egal, es wird sowieso ne gewagte Geschichte, da die Strömungsgeschwindigkeit entscheidend ist und ob du da schnell genug wirst....hm...

 

[Shark_PS]

Meine Gedanken zu dem Projekt.

Vergiß erstmal das Rig in Scale zu bauen. Twinskin Großsegel, Travel und Großschotanlenkung, Servo für die Mastdrehung. Das sind viel zu viele Features die steuerbar und somit auch falsch gestuert werden. Für den ersten Versuch würde ich so simpel wie möglich riggen damit möglichst wenig schief gehen kann.

Wenn ich die Kommentare der Steuerleute aus den AC40 höre und lese glaube ich eh nicht, dass das Model mit manueller Steuerung mehr als ein paar Meter fliegen wird. Die AC40 fliegen nur stabil da alle Korrekturen der Fluglage von Sensoren und einer automatisierten Steuerung übernommen werden. Die Segler haben einstimmig gesagt, dass das Konzept des Foilen aus den AC75 auf diesen kleineren AC40 Booten nicht mehr durch Menschen steuerbar ist da es viel zu instabil ist. In einer noch kleineren RC Variante wird die Stabilität nicht besser.

Ich würde die Investitionen so klein wie möglich halten und mit einem möglichst simplen und kostengünstigen Prototypen das Konzept testen. Im Zweifel sogar mit festen Foilarmen auf beiden Seiten um zu sehen ob das Boot als Dreibein überhaupt fliegen will. Komplizierter machen kann man es nach erfolgreichem Test immer.

mehr oder weniger genau meine Worte / Gedanken wie ich sie im "AC 75 Community" Thread niedergelegt habe .

Der Foil-Kant-Winkel ist genauso ein Einstellparameter wie Klappenstellung, Segelstellung, Gewichtstrimm etc. Es funktioniert mit Festen Werten / Stellungen aber ist für unterschiedliche Bedingungen nicht optimal bzw. funktioniert gar nicht (z.B. hoch am Wind geht halt mit offenen Segeln nicht). Erst wenn alles richtig zusammenspielt für die jeweilige Situation / Rahmenbedingungen kommt auch entsprechend Performance raus.

Gibt schöne Videos im Netz wo gut die Sachen erklärt werden wie diese z.B.

https://www.youtube.com/embed/sSFqIUp8fO4?wmode=opaque&start=0

https://www.youtube.com/embed/Qux84QwAjEw?wmode=opaque&start=0

Egal, es wird sowieso ne gewagte Geschichte, da die Strömungsgeschwindigkeit entscheidend ist und ob du da schnell genug wirst....hm...

Gewagt bzw. Lehrgeldintensiv wird es aus meiner Sicht nur wenn man im Vorfeld nicht genug den Taschenrechner bemüht und oder nicht die richtigen realen Größen / Randbedingungen zugrunde legt ... Ist halt kein Projekt was man halt so eben macht.

Gruß,
Patrick

 

[micha b]

Was genau meinst du denn, das so kostenintensiv werden kann (ernste Frage)?
Die Form des Rumpfes ist nur relevant solange das Boot im Wasser ist. Die kostet richtig Geld, aber der Rest?
Einen Satz neue Foils zu machen ist im Zeitalter von 3D Druckern (für die Form) mit 50-60 EUR nicht entscheidend.
Neue Foilarme: das Gleiche.
Mechanik: Wenn die stabil ausgelegt ist, kann ich einige Varianten testen bevor sie komplett neu muss, wenn überhaupt.

Versteh mich nicht falsch, natürlich ist es besser, gleich nahe dran zu liegen als vollkommen ins Blaue zu schiesen.
Ich würde mich sehr freuen, wenn du mich rechnerisch unterstützen könntest. Was brauchst du dazu?
Gerne auch per PM oder telefonisch.

 

[Greenpiece]

Für mich ist der Fokus ein völlig falscher. Es geht nicht um das Basteln neuer Foils oder Arme.

Entscheidend für den stabilen Flug bei den AC 40 ist die Sensorik und der damit verbundene Rechner an Bord. Diese überwachen ständig die Position relativ zur Wasseroberfläche und korrigiert diese automatisiert. Die Flughöhe wird noch von Menschen eingestellt aber nicht mehr gesteuert da es schon bei einem Boot mit 12m Größe nicht möglich ist. Ich würde also im Moment die Zeit erstmal darauf verwenden eine entsprechende automatisierte Regulierung der Flughöhe zu konzipieren.

Eine hydraulische Ansteuerung der Arme verstehe ich nicht. Man benötigt dafür mindestens eine Hydraulikpumpe mit Akku. Allein die Pumpe wiegt mehr als 2 Hochvoltservos die 70kg drücken. Von Gewicht und Wiederstandfähigkeit gegen Wasser ganz zu schweigen.

 

[micha b]

Eine hydraulische Ansteuerung der Arme verstehe ich nicht. Man benötigt dafür mindestens eine Hydraulikpumpe mit Akku. Allein die Pumpe wiegt mehr als 2 Hochvoltservos die 70kg drücken. Von Gewicht und Wiederstandfähigkeit gegen Wasser ganz zu schweigen.

Ganz einfach: Wie lange hält dein 70kg Servo dem Druck und den Schlägen des Foils stand wenn es den Foilarm direkt und vor allem dauerhaft ansteuert? Die Servos sind nicht gemacht für Dauerlast von 70kg, sondern für Impulsleistung. Ein Servo das richtig arbeitet zieht schon mal 10A aus 8V, was einer (Heiz-)Leistung von 80 W entspricht. Das kann das Servo nicht lange ertragen, bis es dann aber irgendwann thermisch durchgeht.
Das ist leider meine Erfahrung vom Schwenkkiel meiner VOR65: Obwohl hier "nur" 40kg anliegen, haben drei Servos mit je 70kg schließlich Rauchzeichen gegeben und waren dabei glühend heiß.
Hier mal Beispiele von HV-Servos:

(geklaut aus diesem thread: https://www.rc-network.de/threads/stromaufnahme-von-hv-servos.756533/ )
Zudem sind die 70kg auf einen 1cm Hebel bezogen (700 Ncm), um den Verstellweg vom Foil abdecken zu können benötigst du deutlich mehr Weg, was dein maximales Drehmoment auf einen Bruchteil reduziert.


Bei Hydraulik sieht das anders aus. Wenn der Druck aufgebaut und an den Zylinder abgegeben ist, schließt das Ventil und ab da wird genau Null Leistung genötigt um den Druck im Zylinder zu halten. Auch Impulsbelastungen (Stöße, Schläge) machen dem Zylinder herzlich wenig aus.

Beim Gewicht hast du natürlich recht; Eine Pumpe und zwei Zylinder wiegen 800gr.
Aber: Wenn ich sowieso Hydraulik im Boot habe, kann ich auch die Traveller, Schoten, das Ruder etc. damit ansteuern, dann verbessert sich die Gewichtsbilanz wieder. Zudem kann ich einen deutlich kleineren Akku verwenden, da mich nur Differenzeinstellungen Energie kosten. Im Endeffekt wird es wahrscheinlich - insgesamt gesehen - auf ein ähnliches Gewicht wie bei der elektrischen Variante hinauslaufen.

 

[micha b]

Und ja, der Fokus muss natürlich auch auf die Steuerung und Sensorik gerichtet werden. Ich denke aber nicht, dass dies zum jetzigen Zeitpunkt schon Sinn macht, wenn wir noch diskutieren, welche Teile des Bootes überhaupt als Aktuatoren zu sehen sind (siehe Diskussion über Winkel des Foilarms).

Keiner von uns versteht das Boot und die komplexen Zusammenhänge bereits vollständig.
In einem der zahllosen Mozzy Sails Video war ein Interview mit einem Crewmitglied der Te Rehutai welcher meinte, dass in ihrem Entwicklungsteam nur wenige Entwickler das Funktionsprinzip in seiner Komplexität vollständig verstehen.

Daher: Learning by doing - Ab auf's Wasser mit dem Pott, Erfahrungen sammeln, interpretieren, Regelschleifen definieren und programmieren. Aber bevor ich das Boot noch nicht am Steuerknüppel gespürt habe und weiß wo mich die Elektronik unterstützen kann (und vor allem WIE) mach ich mir darum keine Gedanken.

Wenn du da aber schon Ideen bzw. Erfahrung hast, nur her damit.
Einer hilft bei den Foils, einer beim Programmieren, einer beim Segel und einer beim steuern, dann wird das Ding auch final fliegen können.

Ich bin dankbar für jede Hilfe !

 

[Greenpiece]

Das mit der Stromaufnahme und Wärme ist ein valider Punkt. Wichtig dabei bleibt eine Hydraulikanlage die die Feuchtigkeit im Boot verträgt.

Tatsächlich ist das aber wie bereits geschrieben für mich ein Nebenschauplatz. Wirklich entscheidend ist die Frage wie stabiler Flug ermöglicht wird. Das wäre für mich der Kern des Projekt und nicht irgend was zusammenbasteln was nie fliegen wird.

 

[Shark_PS]

Also für mich wäre selbst die Sensorik / Fluglagenkontrolle erst einmal ein Nebenschauplatz. Ich würde als erstes schauen welche Rahmenbedingungen (vor allem Gewicht und Anfangsstabilität) erfüllt sein müssen damit überhaupt die Performance gegeben ist um in einen Flugzustand zu kommen. Ansonsten hat man später ein super technisches funktionales Modell was alles steuern und regeln kann / könnte aber trotzdem nicht fliegt.
Etwas salopp gesagt: Ein Boot zu bauen was schwimmt ist trivial, Schwert drunter und Segel drauf und es segelt auch irgendwie. Aber zum Foilen ist halt eine gewisse Grundperformanz notwendig. ansonsten ist man deutlich langsamer unterwegs als ohne Foils.
Ich bezweifle hier nicht das es nicht möglich ist, bin mir ziemlich sicher das es zu realisieren ist. Kann aber aufgrund meines aktuellen Erfahrungsstands nicht sagen das muss so und so sein dann funktioniert es. Ist für mich auch alles Neuland. Mein Ziel wäre es daher erst einmal diesen Erfahrungsschatz mit einfacheren Modellen / Konzepten aufzubauen und Step by Step das System komplexer zu machen. Aber das hatte ich auch schon mal in anderen Posts geschrieben ...

 

[Shark_PS]

Was genau meinst du denn, das so kostenintensiv werden kann (ernste Frage)?
Die Form des Rumpfes ist nur relevant solange das Boot im Wasser ist. Die kostet richtig Geld, aber der Rest?
Einen Satz neue Foils zu machen ist im Zeitalter von 3D Druckern (für die Form) mit 50-60 EUR nicht entscheidend.
Neue Foilarme: das Gleiche.
Mechanik: Wenn die stabil ausgelegt ist, kann ich einige Varianten testen bevor sie komplett neu muss, wenn überhaupt.

Naja, unter Lehrgeld fällt für mich nicht nur der Finanzielle sondern auch der Zeitaufwand. Wenn das deine Hobbykasse und Freizeit das so hergibt freut mich das für dich. Ich persönlich versuche bei meinen Projekten möglichst sparsam / effizient zu sein hinsichtlich Material und Geldeinsatz zu gestallten und möglichst Sachen lange bzw. weiter verwenden zu können. Die Zeitfrage ist relativ, da investiere ich schon sehr viel. Aber ich muss da nicht unnötig Bauzeit für ein Teil investieren und die gleichen Arbeitsschritte wiederholen, nur weil ich was nicht zu Ende gedacht habe. Da investiere ich die lieber etwas vorher und den Rest dann beim Testen (Erfahrung sammeln) am See oder für neue Projekte.
Ferner bin in verschiedenen Sparten unterwegs mit meinen Projekten / Modellen, nicht nur beim Segeln. Das ist eigentlich ehr der kleinere Teil. Baue auch Rennboote für Highspeed. Da darf man sich bei einigen Sachen einfach nicht grob vertun, weil das einfach zu größerem Schaden führt und schlimmsten falls zum Totalverlust. Dahingegen ist dann ein neues Foil bauen nicht die Rede Wert.
Habe da halt eine andere Einstellung zu und ich weiß auch von dem ein oder anderen der hier mitließt der da ehr meinen Weg bevorzugt.

Die Form des Rumpfes ist nur relevant solange das Boot im Wasser ist.

Ja genau, und ist somit auch mitentscheidet ob die benötigte Take Off Geschwindigkeit erreicht wird. Nur weil er so aussieht wie bei den großen, muss er nicht unbedingt die benötigten Eigenschaften bzw. mit entsprechender Größenordnung mitbringen. Da kann man eventuell besser mehrere kleinere Varianten zum Sammeln von Erfahrung heranziehen als einen großen ...

Ich würde mich sehr freuen, wenn du mich rechnerisch unterstützen könntest. Was brauchst du dazu?
Gerne auch per PM oder telefonisch.

Hatte schon einen Hintergrund warum ich nach Gewicht und Foilabmessungen gefragt habe ... genauere Positionsangaben wären auch nicht verkehrt ...

 

[micha b]

Danke, ich melde mich bei dir.
Hier vorab schon mal die Maße:

 

[Querklappe]

Hallo Micha,

Repekt für dieses Projekt. Da hast Du Dir was vorgenommen...

Das Boot ist im Flug ja instabil um die Längsachse. Einen kleinen Teil der erforderlichen künstlichen Stabilität bringt das Verstellen des Foilarms, aber den Hauptteil macht wohl die Travellerverstellung aus. Diese Regelung muss schnell sein und muss vermutlich automatisch erfolgen über Lageerkennung sonst wird es kaum funktionieren, eine stabile Fluglage zu behalten. Bei den "Echtbooten" sieht man es in den Videos dass der Traveller ständig in Bewegung ist und zwar mit erheblichen Verstellwegen in hoher Verstellgeschwindigkeit.

Am Wind ist das (in der Theorie) noch vergleichsweise einfach, denn mit Auffieren nimmst Du unmittelbar Druck raus und umgekehrt.

Raumschots läuft es anders:

Wenn Du raumschots auf einem schnell fahrenden Boot bei einer einfallenden Bö auffierst (und nicht abfällst oder sogar anluvst) nimmt der Druck immer mehr zu und es gibt einen massiven Abflug. Du bekommst den Druck nur raus wenn Du nicht auffierst und abfällst. Das reduziert den wahren Wind an Bord und zu zwingst die Segel in den Strömungsabriss ("Stall"). Man sieht auf den Vides, dass die AC-Boote Schlangenlinien fahren auf den Raumschenkeln. Die Steuereingriffe sind z.T. ruckartig. Ich vermute dass das von den Superprofis von Hand gesteuert wird. Die fallen schon 10° ab wenn die Bö in der Nase kitzelt. Wenn das Boot anfängt zu krängen ist es vielleicht schon zu spät. Dito am Ende der Bö: Da muss kräftig angeluvt werden sonst kippt das Boot nach Luv weg.

Wenn man am Ufer steht dürfte das noch schwieriger sein selber zu steuern weil Du die Bö nicht spärst und kleine Krängungswinkel nicht sehen kannst. Deine Reaktion kommt später als wenn Du an Bord wärest. Hinzu kommt ja noch, dass der Wind auf den Tümpeln, die wir befahren mit den RC-Booten, leider nicht ganz so stabil ist wie auf dem offenen Meer.

Eine automatische Steuerung über Lageerkennung für Raumschot müßte über Ruderverstellung funktionieren (abfallen bei zunehmender Krängung). Das ist aber ungleich schwieriger zu realsieren als die Steuerung über Traveller am Wind. Denn am Wind nimmt selbst wenig Auffieren unmittelbar Druck raus, raumschots bringt Abfallen in kleinen Winkeln nichts - die Wirkung, nämlich der Strömungsabriss an den Segeln ("Stall"), setzt erst ein wenn das Boot deutlich abfällt. Vermutlich ganz schwierig die Regelparameter einzustellen.

Jedenfalls solltest Du eine automatische Travellersteuerung, die am Wind aktiv ist, auf anderen Kursen ausschalten können.

Liebe Grüße,
Jens

 

[micha b]

Jedenfalls solltest Du eine automatische Travellersteuerung, die am Wind aktiv ist, auf anderen Kursen ausschalten können.

Super verständlich hergeleitet. Danke, das wird einfließen in die Programmierung.
Ich bestell mir schon mal ein Gummiboot, denn bis das alles funktioniert, werde ich sehr oft die Segel aus dem Wasser holen müssen.

 

[jonk]

Wirklich schön zu lesen wie viel Gedanke hier in das Projekt fließt!
Bezüglich der ersten Versuche: Was spricht denn dagegen wenn du das Boot (erstmal) in Richtung Flying Nikka entwickelst die hat ja aus gründen der potzenziell höheren Wellen offshore eine Bombe, ich könnte mir vorstellen das dies den anfangsprozess auch eventuell leichter macht.
Denn bei den Großen steckt ja jeweils ein Drittel des gesamten Gewichts in einem! Foilarm

 

[jonk]

Dann würde das Gummiboot eventuell auch weniger im Einsatz sein