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Erfahrungsbericht HJK Monster Turbine

FranzD

User
Steve, beim Gewicht hab ich mich echt bemüht jedes unnötige Gramm wegzulassen :-)

Ich denke es könnte Sinn machen, wenn ich die Überlegungen für die Turbinenpositionierung nachzuvollziehe. Ist ja mein erster Turbinenaufbau und das war nicht "straight forward".

Zuerst hab ich Abgastemperatur bei versch. Gasstellungen und Entfernungen von der Düse im Strahlzentrum gemessen, im Stand, eh klar und war eher kühl dabei.
Hier z.B. für Vollgas:
60cm: 190°C
70 162°
80 142°
90 130°
100 120°

Die Überlegung war jetzt erst mal, den Abstand zw. Turbine und SLW (da gabs noch kein Doppelleitwerk) zu maximieren. Deswegen das mit den Akkus so weit hinten –> Turbine weit vorn.
Mit dem originalen Monsterrumpf geht sich das bei meinen damaligen Randbedingungen (nur EPH161 / max 120°C) aber trotzdem nicht aus weil ich da nicht über 80cm rauskomme. (Aber wie schon gesagt mit dem richtigen Harzsystem und Kleber für beide Leitwerke hätte das auch so funktioniert bzw. fast, weil auch die hintere Rumpfoberseite sehr heiß wurde)
Also ist der Stellhebel den man mit Entfernung hat zwar vorhanden aber eher bescheiden, außer vielleicht man nimmt einen anderen Rumpf.


Der Strahlwinkel ist da eine ganz andere Nummer. Das wurde mir aber erst bewusst, als sich bei Oberflächentemperaturmessungen (vom HLW) mit laufender Turbine die provisorische Befestigung gelockert und sich die Turbine leicht nach vorn und der Strahl sich nach oben gedreht hat. Auf einmal war alles easy 80 od. 90°C im kritischen Leerlaufstrahl und das bei einer nur sehr kleinen Winkeländerung. Aha, da geht was.
Der Leerlauf ist kritischer für HLW und Rumpf (alles im Stand!), weil sich der Strahl durch die kleinere Auströmgeschwindigkeit aus der Düse breiter auffächert als bei hoher Ausströmgeschwindigkeit. Weil aber die Abgastemperatur direkt aus der Düse in beiden Fällen sehr ähnlich ist, ist bei Leerlauf eine größere Zone temperaturbelastet (wurde mir erst klar nachdem ich den Effekt gemessen hatte).

Wenn man meiner eigenen Herleitung der Ausströmgeschw. abhängig vom Schub glaubt, dann ist das unter Voraussetzung von ungefähr konstanter Abgastemperatur (was annähernd so ist) die Wurzel aus dem Schubverhältnis * Ausströmgeschw. bei VL (welche mit 1500km/h angenommen wird, vermutlich etwas höher).
Also z.B. für Startschub 30N: v_Düse@30N = Wurzel (30N /100N) * v_Düse@100N = Wurzel (0.3) * 1500km/h = 820km/h
oder im LL bei 4N: 300km/h
(sicherheitshalber der Hinweis: die 1500km/h bei VL sind nicht Überschall, da die Schallgeschwindigkeit temperaturabhängig ist, bei 600°C ca. 2050km/h)


Die Skizze soll das unterschiedliche Aufbrechen des Strahls und die Temperaturverteilung verdeutlichen. Ich hab nur eine Hälfte des symmetrischen Strahls gezeichnet.
Das sind Temperaturprofile bei Leerlauf (blau) und Volllast (grün) in einem bestimmten Abstand von der Düse. Die Pfeillänge ist die Temperatur (Pfeillänge 0 = Umgebungstemp.).


Strahltemp.jpg


Im LL ist die max. Temp. in Strahlmitte kleiner als bei VL.
Es gibt einen radialen Abstand von der Strahlmitte, in dem die Temp bei LL und VL gleich ist.
Es gibt weit außen einen Bereich wo es bei LL heißer ist als bei VL.
Aus der Messung ist klar, dass Rumpf/HLW in einem radialen Bereich liegt, wo es bei VL kühler als bei LL ist, also zwwischen dem Punkt wo für LL und VL gleiche Temp. herrscht und dem VL-Strahlrand.
Ein normales SLW wäre geometrisch voll im Strahlzentrum, da geht nur sehr wenig mit Winkeländerung, aber ist ja sowieso offensichtlich.

Wie anders sich das ganze im Flug verhält ist die große Frage. Mittlerweile denke ich, dass der Strahl weniger aufbricht, also weiter vom HLW weg bleibt. Die max. Temp. in Strahlmitte wird dann tendentiell höher, vermutlich aber nicht wesentlich. Wenn man bei LL (300km/h Austrittsgeschw.) 400km/h fliegt, sollte der Strahl (und damit die Temperaturverteilung) sogar dünner werden.
Aber das kann auch ganz anders sein ...

Zum Zeitpunkt wo das mit dem Doppelleitwerk bereits umgesetzt war, gings also darum, den hinteren Rumpf und das HLW in thermische Sicherheit zu bringen. Und eine Änderung des Strahlwinkels hat hier den größten Hebel bezüglich Temperaturabsenkung. Durch den großen Abstand Düse - Leitwerk wirken sich bereits 1 od. 2° ordentlich aus- man kommt mehr an den Rand der Temperaturzone.

Der Strahl soll aber nach unten zeigen wegen Nickmomentenausgleich und das spießt sich. Habe dann zu verstehen versucht, wie problematisch das ist. Da mach ich morgen weiter, dann regnet's bei uns ...
 

FranzD

User
Ja, das "kleine" Monster mit 145cm SPW, das sind dann gut 110g/dm² nass und rund 90 beim Landen.
FAI Gewicht wären 2,2kg, also insofern nicht leichter als 'jeder' Elektro, vielleicht hat es Steve auch einfach verwechselt.
Als manch Walter's oder Gerd's Elektros durchaus schon ;-)
 

FranzD

User
Hallo Allerseits,

gestern zum erwähnen vergessen: wegen dem Strahl-Auffächern wäre es für HLW und hinteren Rumpf also besser, die Turbine weiter nach hinten zu setzen weil der Strahl dann noch nicht so breit geworden ist.


Nickmoment der Turbine und Einfluss Strahlwinkel:
Die Skizze zeigt den Gesamt-SWP des Flieger, um den sich sprichwörtlich alles dreht (die Position in x-Richtung ist der "normale SWP" wie man ihn kennt, in welcher Höhe in y-Richtung der sitzt, musste ich mir erst ausrechnen - ist ziemlich genau in der Tragfläche drin). In diesem Fall sitzt die Mitte der Turbine (die als der Schubkraftangriffspunkt angenommen wird) über und vor dem SPW (vorne ist links) und der Strahl ist nach unten zum HLW gerichtet, der Schubkraftpfeil (strichlierter Pfeil) zeigt also entgegengesetzt zum Strahl nach links oben.


Nickmoment mit Winkel.jpg


Man darf den Schubkraftpfeil in seine Anteile in x und y-Richtung (Fx und Fy) zerlegen und alle weiteren Überlegungen nur mit diesen beiden Kräften machen und das Ergebnis ist exakt gleich (aber die Rechnungen sind einfacher zu handhaben und deswegen macht man das so).
Falls es der Vorstellung entgegenkommt, darf man sich diese Kräfte auch entlang ihrer eigenen Richtung beliebig verschoben vorstellen, das ändert an der Momentenberechnung ebenfalls nichts. Da sind nun die beiden grünen Kräfte, welche ein Drehmoment um den SWP produzieren. Das resultierende Nickmoment ist die Summe dieser beiden Einzelmomente. Das Moment von Fx ist Fx mal dem Abstand-Fx und das ist der überwiegende Hauptanteil des Nickmomentes. Fx will den Flieger um den SWP Richtung Erdboden drehen.
Mit dem hier eingezeichneten Strahlwinkel will Fy den Flieger nach oben, gen Himmel drehen. Jetzt kommts aber auf den Abstand-Fy an. Das Moment ist ja Kraft x Abstand. Auch wenn die Kraft klein ist, kann mit einem großen Abstand ein großes Moment erzeugt werden, Ist der Abstand 0, weil die Mitte der Turbine genau über dem SWP sitzt, erzeugt Fy gar kein Moment um den SWP! Das heißt in diesem Fall, dass der Winkel praktisch keinen Einfluss auf das Nickmoment hat (gilt für kleine Winkel von +/- ein paar Grad).

Nachträglich hab ich soeben berechnet, wie sich das Nickmoment abhängig von Turbinenposition und Strahlwinkel ändert um ein Gefühl für die Zahlen zu bekommen. Auf der x-Achse ist der Strahlwinkel in °, auf der y-Achse das Nickmoment (in Ncm – ich hab allerdings für die Übersicht einen Schub von 14.3N angenommen, damit genau 100Ncm rauskommen und man das auch gleich als % sehen kann).
Die Turbine sitzt 7cm über dem SWP und wird in der Rechnung dieser konstanten Höhe von 20cm vor dem SWP bis 20cm nach SWP verschoben und dabei der Strahlwinkel von -2 bis +2° variiert.


Nickmoment Diagramm.jpg


Bei dieser Monster sitzt die Turbinenmitte etwa 10cm vor dem SPW (graue Linie). Wenn ich also den Winkel von +1° auf -1° ändere, dann erhöht sich das Nickmoment um etwa 5% (von 97.5 auf 102.5). Dafür wird das HLW nicht so heiß, Wie immer alles ein Kompromiß.
Je weiter die Turbine vom SWP entfernt ist, desto höher wird der Einfluss einer Winkeländerung auf das Nickmoment (blaue und schwarze Linien).
Turbine genau über dem SWP und Winkel wird bzgl. Nickmoment egal.
Der Hauptanteil des Nickmoments kommt vom Schub in Längsrichtung (Fx, 100Ncm bzw. %) und wird nur gering von Fy beeinflusst (+/-10% bei dieser Variation +/-2° und +/-20cm)

Ich hoffe, dass kam ungefähr verständlich rüber.
Quintessenz: In diesem Fall, wo der Strahl entgegen der üblichen Anordnung etwas nach oben zeigen soll, erhöht sich dadurch das Nickmoment nochmal, aber bei gleichem Winkel umso weniger, je näher die Turbine in Längsrichtung zum SWP gesetzt wird.
==> Turbine soll so weit nach hinten Richtung SWP wie machbar, und so wurde es umgesetzt.

Das hätte anders sicherlich auch irgendwie funktioniert, aber ich mach mir halt gern Gedanken über sowas …

Gruß,
Franz
 

FranzD

User
Start, der verdammxx Start

Start, der verdammxx Start

Der erste Start war eine typische spontan-blöd-Aktion. Dass man beim ersten Start nicht selbst wirft ist völlig klar, hab‘s trotzdem getan weil keiner am Platz war. Hat am kurz darauf folgenden brutalen Einschlag in die Erde vielleicht aber gar nicht so viel geändert.
Von der Big Monster hab ich die Vorsteuerung vom Höhenruder 3mm oben bzw. gleicher Winkel übernommen. Beim Schub auf die „sichere Seite“, soviel, dass man gerade noch halten kann. Das könnten 6kg gewesen sein.
20 oder 30° nach oben geworfen und dann beschleunigt die Fuhre affenartig mit 2g in einem schönen Bogen wieder runter, war im Scheitel vielleicht 5m hoch. Nach dem Scheitel komme ich endlich zum Knüppel und ziehe voll durch, aber die Flugbahn war schon zu steil nach unten, das ging sich nicht mehr aus.
Die Tragfläche ist vorne beschädigt, hat eine Verschraubung vom Rumpf rausgerissen, die Turbine hats mitsamt Halterung runtergerissen, hängt aber überraschenderweise immer noch am Schlauch, der Rumpf an mehreren Stellen gerissen und das Kerosin ist durch die enorme Wucht des Aufpralls einfach vorne durch den Tank durch, dieser hat aber noch am Klettband gehalten – Tankbefestigung passt also.
Wirklich überraschend, wie stabil die Fläche ist! Fläche gegen Schraube, Gewinner: Fläche


S1_5.jpg


Andi hat mir dann gut zugesprochen, dass das alles zu reparieren geht. Ab dem Zeitpunkt war der optische Eindruck kein Kriterium mehr und ich hab drauflosrepariert und raus kam dann ein Patchworkrumpf.


S1_1.jpg

S1_2.jpg

S1_3.jpg

S1_4.jpg
 
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steve

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Autsch! Viel Erfolg bei der Reparatur.

Bei deinem Schub/Gewichtsverhältnis machen evtl. auch steilere Rufwinkel Sinn - ansonsten Flitsche.

Bin gerade am Sichten meiner "Restekiste": Lambert T50 (leider noch die "Ältere" mit 90mm Durchmesser und 800g Gewicht netto o. den Rest) und was sonst noch so da liegt. Das Thema hat mich sozusagen erweckt.;)

VG
 

Eisvogel

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Für den Wiederaufbau würde ich das SLW in Normalversion bauen. Etwas größer als das Original, das ist ziemlich an der unteren Grenze und in Vollbalsa. Mittelhart aus einem Stück gefräst oder gehobelt und geschliffen.

Mit schwarzen Ofenlack angepinselt und das vordere Drittel zusätzlich mit Alufolie beklebt. Zum aufkleben könnte sich hitzebeständiges Silikon eignen.
 

FranzD

User
2300g, super Gewicht! Das ist im Handling sicher um einiges angenehmer.
Nachtrag: Startest Du mit Vollgas und etwas Höhe oder flitschen?

Steve und Erwin, ich habe mich im vorigen Post etwas unklar ausgedrückt: das war nur der erste von 3! Rückschlägen: Die ersten beiden sind längst wieder repariert, und das Leitwerk hat das alles ohne zu murren überstanden. Und dann hat's mich diese Woche wieder getroffen, diesmal heftiger. Ich werde da noch ein bißchen was dazu schreiben.
 
Zuletzt bearbeitet:

FranzD

User
Nachdem der Flieger wieder einsatzbereit war, nächster Versuch mit Werfer, gleiche HR-Einstellung aber weniger Schub (ca. 3kg glaub ich). Das hat geklappt, aber gerade nur so. Wieder war nach dem Start volles Durchziehen des HR nötig. Davon gibt’s glücklicherweise ein Video (sonst hab ich leider keine).



https://youtu.be/Wor1-uoCp94

Man kann auch erkennen, wie der Flieger kurz nach dem tiefsten Punkt über die linke Fläche wegzukippen beginnt. Strömungsabriss, weil bei der bereits höheren Geschwindigkeit das voll gezogene Höhenruder nun schon bei weitem das Nickmoment ausgeglichen hat und den Flieger schon wieder so weit nach oben gedreht hat, dass der kritische Anstellwinkel überschritten wurde. Rasches Rücknehmen des HR hat das gerettet.
Im Flug wurde auch ganz schnell klar, dass Strömung ab gefühlt halben Weg Höhenruder abreißt und er schlagartig Linksrollen macht, also Wege im Normalflug stark reduziert werden müssen.
Das Flugverhalten war ansonsten tadellos, keine Unartigkeiten. Wenn man bei geringeren Geschwindigkeiten Gas reinschiebt, geht er erst mal etwas nach unten, aber das ist nachvollziehbar und wie soll es anders sein. Mit Leerlauf bleibt er oben und cruised gemütlich, mit Halbgas wird einem schon warm.
Bei der Landung mit Spoiler lässt er das Heck beängstigend tief hängen, sieht super aus, aber da gehört etwas Tiefe dazugemischt.
 

MIPOWU

User
Monster

Monster

Gestartet mit Halbgas und Rauswerfen, geht gerade weg. Meine Bine ist natürlich viel näher am Rumpf.
Daher habe ich fast keinen Nick Moment.
Gruß Micha
 

f3d

Vereinsmitglied
Monster

Monster

Danke Franz,

Dass Du uns Deine Erfahrungen mitteilst. Das ist eine ganz spannende Geschichte, insbesondere für mich.
Ich bin gerade dabei meinen Turbospeeder fertig zu stellen.
Bin gespannt auf die weiteren Infos und Berichte.

MfG Michael
 

FranzD

User
Weitere Flüge und wieder ein Rückschlag

Weitere Flüge und wieder ein Rückschlag

Also war der erste Start und Flug geschafft.
Zu dem Zeitpunkt wusste ich nicht sicher, mit welcher Einstellung man einen sauberen Start hinbekommt. Also wurde beim nächsten Start mal sehr wenig Schub ausprobiert. Gestartet wie oben im Video in Richtung des gelben Rapsfeldes und da lag der Flieger nach kurzem ballistischen Fallflug auch drin. Diesmal drehte er sich nicht wegen dem Schub nach unten, sondern sackte einfach mit dann voll gezogenem Höhenruder durch. Die Turbine hat ein wenig Raps gefressen, aber keine ernsthaften Schäden diesmal.
Kurz darauf der nächste Versuch mit gut 40%. Diesmal klappte es wieder. Musste kurz nach dem Start wieder voll Höhe ziehen, kam auf vielleicht 50cm dem Boden nahe. Dann wieder schnelles Abkippen nach links, ziemlich brutal, aber ging sich irgendwie aus. Durch den doch hohen Schub ging das alles wahnsinnig schnell vor sich – nicht gerade Feierabendfliegen. Im Flug alles gut, HR-Wegbegrenzung für Flug hab ich eingestellt, kippt nicht mehr weg und fliegt eine saubere Linie.
Klar, schnell ist er, auch bereits mit weniger Schub. Das Bedürfnis, mit voll Stoff von oben durchzuziehen ist weit entfernt. Werde ich auch nicht machen, da das nur in freigegebenem, kontrolliertem Luftraum zulässig wäre.

Das Fliegen passt soweit, der Start ist nach wie vor schlecht. Nach einigem Hin-und-Her dann ein Versuch mit mehr Schub. Könnte ja sein, dass durch das schnellere Beschleunigen die kritische Startphase „schneller durchflogen“ wird.
Diesmal habe ich aber schon von Beginn an fast voll Höhe gezogen (ohne Wegbegrenzung, Start-FlightMode). Mit knapp 60% Schub (sollten auch etwa 6kg sein) ging er wieder irre schnell weg und wieder Richtung Boden. Sofort Knüppel nun die letzten paar Prozent nach unten gezogen, aber das änderte im Gegensatz zu den vorherigen Starts an der Flugbahn diesmal nichts, und der Flieger schlägt 20m vor uns wuchtig ein.
Rumpf an beschädigt, Tragfläche hat aber auch das ausgehalten!


S2_1.jpg


S2_2.jpg


So sieht der Beuteltank aus, wenn das Kerosin nicht halt machen will:


S2_4.jpg


Nun hat er vorne am Rumpf eine entfernte Ähnlichkeit mit einem Zebra (hatte kein CFK mehr vorrätig, deswegen mit Glas repariert). Aber die Optik ist bei dem Projekt schon lange kein Thema mehr. Halten muss es, fertig.


S2_3.jpg


Aber diesmal war zumindest die Lektion 100% klar: Es gibt eine Schubhöhe, ab der auch mit permanent voll Höhe kein herkömmlicher Handstart möglich ist. Weniger Schub und von Beginn an voll Höhe ist nun für den nächsten Versuch fix gesetzt.

Gruß,
Franz
 

Eisvogel

User
Ist das aktueller Stand, oder geht der Bericht weiter?

Ich frag das weil ich glaub die Lösung zu haben, will aber nicht wieder vorgreifen.
 

f3d

Vereinsmitglied
Monster

Monster

Die Leidensgeschichte geht weiter. Danke Franz für Deine Infos und Gedanken.

Ich glaube die relativ große Turbine ist auch wenig hielfreich. Eine 45 er würde weniger Probleme machen.

Bitte weiter berichten.

MFG Michael
 
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