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FVA 27, Canard Segelflugzeug der RWTH/FH Aachen

Hallo zusammen,

spät aber immerhin habe ich mich heute zum Konstruktionswettbewerb 2020 noch angemeldet.


Es steht zwar noch eine Zeit in den Sternen, ob der Wettbewerb aufgrund unserer Pandemie stattfinden kann aber man darf die Hoffnung ja nicht aufgeben,dass sich die Lage bessert und der Wettbewerb im Juli stattfinden kann.
Ich muss zugeben, mein Projekt geistert in meinem Kopf schon seit über zwei Jahren und ist auch inzwischen seit Anfang 2019 in Arbeit.

Zum Hergang:

Seit ich des Titelblatts der österreichischen PROP Zeitschrift vom Januar 2018 den Polnischen Canardsegler IS-5 "Kaczka" sah und auch mal wieder was "Anderes" bauen wollte. Aus meiner nun schon über 35 jährigen Modellfliegerkarriere sind acht Eigenkonstruktionen hervorgegangen, anfangs inspiriert von einem Delta-Modell meines Freundes, anderen Nurflüglern und später Nachbauten bestehender Originale (Scheibe SF-27, Jodel DR 400 Remorqueur, Fokker DR1)

Historische Flugzeuge haben ihren Reiz aber gibt es sowas Außergewöhnliches wie ein Canardsegler auch aus heutigen Tagen?
Die Recherchen begannen und tatsächlich wurde ich fündig. Die Flugwissenschaftliche Vereinigung (FVA) der RWTH und FH Aachen hatte doch tatsächlich eine "Ente im Rohr", die FVA 27!

Genauere Recherchen ergaben ein beschränkte Informationen auf der Homepage der FVA, wobei mir allerdings nicht gleich klar wurde, dass das Flugzeug aufgrund vieler anderen Projekte ein Dasein als halbfertige Baustelle an der Decke des dortigen Segelflughangars fristet.

Eine Dreiseitenansicht war schnell heruntergeladen und ausgedruckt. Aus Resten von Depronplatten war sogleich ein kleiner Wurfgleiter gebastelt. und der flog sogar gar nicht mal so schlecht.
FVA 27.png

Beim jährlichen Modellfliegertreffen mit Freunden Anfang Mai in Südtirol hatte ich ihn auf der Hutablage liegen und dort fiel er gleich Einigen auf. Von "Uih, was ist das denn Feines" bis "Schön ist aber was Anderes" waren die Kommentare.


Nachdem ein im Mai bestelltes Modell bis Ende des Jahres immer noch nicht geliefert worden war, begann ich alternativ im Januar 2019 mit der konkreten Planung und dem Bau der FVA 27.


Fortsetzung folgt
 

Anhänge

Vorab ein klein bisschen Theorie, den Meisten wird die Auslegung und die Vorteile einer Entenkonfiguration bekannt sein

Die aerodynamische Auslegung des Originals errechnet eine Leistungserhöhung von über 10% gegenüber vergleichbaren Flugzeugen. Das liegt konstruktionsbedingt im Höhenleitwerk, welches dem Moment des Flügels positiv beeinflusst. Dieser Moment wird durch den Abstand des Druckpunktes vom Neutralpunkt des Profils verursacht und bewirkt, dass die Flügelnase die Tendenz hat, nach unten zu drücken.
Abhilfe schafft das Höhenleitwerk, das bei konventionellen Flugzeugen durch negativen Anstellwinkel dem Moment entgegenwirkt und dadurch den Gesamtauftrieb des Flugzeuges mindert.

Auftrieb 2.jpg

FA ( Auftriebskraft)

Bei Entenkonfiguration liegt das Höhenleitwerk vor dem Flügel und braucht, um den Moment des Flügels auszugleichen einen positiven Anstellwinkel. Somit kann man den zusätzlichen Auftrieb des Höhenleitwerkes zum Auftrieb des Flügels addieren.

Auftrieb 1.jpg

Aachen liegt nicht gerade in meiner Nachbarschaft, so stellte ich den Kontakt zu der Hochschule per Mail her und bekam auch tatsächlich ein bisschen Hintergrundwissen zum Original.
Neben der Dreiseitenansicht, die man auch im Netz finden konnte bekam ich die Originalprofile sowie die Flügeltiefen und Distanzen der Trapeze von der Flügelmitte.
Außerordentlich ist die Tatsache, dass der Flügel seine größte Flügeltiefe nicht an der Wurzelrippe sondern am ersten Knick hat.
Ich hab diese Tatsache nicht wissenschaftlich hinterfragt. Ich gehe aber davon aus, dass die Einflüsse des Höhenleitwerks auf den inneren Bereich des Flügels (Wirbelschleppe des Induzierten Widerstandes über den Flügel etc.) eine Rolle für die Auslegung gespielt hat.
Alles in Allem ein sehr spannendes Projekt.
 

Tunc Uzun

Vereinsmitglied
Schönes Projekt...

Schönes Projekt...

..das Du Dir ausgesucht hast!

Die FVA hatte ich schon zu meiner Zeit in Aachen im Focus, nur Zeit und andere Interessen/Projekte haben es nie konkreter werden lassen.
Wie groß hast Du sie geplant?

Ich werde jedenfalls mitlesen und drücke Dir die Daumen das Du gut vorankommst und zu guter Letzt auch mit einem tollen Flugbild und -Leistung belohnt wirst. :cool:
 
Wie groß soll sie werden?!?!?

Wie groß soll sie werden?!?!?

Erster Schritt war das Festlegen des Maßstabes und Skalieren der kleinen Dreiseitenansicht auf Modellgröße.
Nachdem ich mich inzwischen durch mehrere Modelle auf den Maßstab 1:3 eingeschossen habe sollte auch die FVA denselben Maßstab bei 5m Spannweite haben.

Ausserdem war mein "Alter Ego" schon gespannt, darin Platz zu nehmen

Pilot.PNG
 
Erste Bauschritte: Rumpf

Erste Bauschritte: Rumpf

Genug der Theorie,
ich bin mehr der Macher als der Planer und CAD Profi. Das könne Andere hier besser.


Der Rumpf wurde in der Seiten- und Draufsicht auf Millimeterpapier hochskaliert.

Geplant war der Bau des Rumpfes in GfK- Negativbauweise.

Dazu musste zuallererst ein Urmodell erstellt werden.

Eine alte 4mm Faserplatte sollte die Spanten für das Urmodell geben. Zwischen den Spanten sollte dann mit 5cm dicken Styroporscheiben aufgefüllt werden. Daher wurde in der Konturzeichnung des Rumpfes alle 5,4cm ein Spant eingetragen und durchnummeriert.
Die jeweilige Breite und Höhe des Spants wurde auf die Faserplatte übertragen und ausgeschnitten.
Aus der Vorderansicht erkennt man grob die Form das Rumpfquerschnittes, der nicht komplett oval ist. Der größte Spant bekam genau diese Form und die angrenzenden Spanten wurde harmonisch angepasst sodass das Längen- Breitenverhältnis der jeweiligen Faserplattengröße entsprach.
Zur Aufnahme des Höhenleitwerks wurde die Rumpfnase um 25cm gekürzt gebaut. Dort soll ein 20x20mm Vierkant Kohlefaserrohr zur Leitwerksbefestigung eingeharzt und später mit GfK Teilen verkleidet werden.

P1090176.jpgP1090175.jpg

Um die Flucht der einzelnen Spanten zu gewährleisten wurden diese im Block gebohrt und auf zwei Aluminiumrohre aufgefädelt

Erster Probeaufbau:

P1090178.jpgP1090179.jpg

Bevor jedoch ausgefüllt wird schneide ich die Mittelteile für die spätere Haube in je ein Ober- und Unterteil auseinander. So hab ich zum EInen eine Komplette Form, bei der die Haubenform und die Rumpfform gemeinsam verschliffen wird und somit perfekt zueinander passt und trotzdem schon die Kante und der Übergang zur späteren Aufnahme des Haubenrahmens mit eingearbeitet wird

P1090190.jpgP1090191.jpg

Auf dem zweiten Bild sieht man schon die Distanzstücke, die den Abstand von 5 cm zwischen den Spanten beim Zusammenleimen gewährleisten
 
Urmodell Rumpf

Urmodell Rumpf

Als nächster Arbeitsschritt wurden die Zwischenräume mit Styropor gefüllt. Danach wurden beide Teile (Rumpf und Haube) grob im Block verschliffen. Im Bereich Übergang Rumpf- Haube sollte die Form schon gut passen, um die Anformung der Haubenauflage gleich in das Urmodell zu übernehmen. der entsprechende Materialauftrag musst dann natürlich aus der Haubenform wieder ausgearbeitet werden. Vor dem endgültigen Zusammenfügen wurde der Trennbereich ordentlich gewachst. So konnte ich sichergehen, dass nach Auflaminieren von 3 Lagen GfK über die Form auch später alles wieder trennbar ist.

Noch vor dem endgültigen Aushärten der Lagen wurde die Form an Rumpf und Haube vorsichtig getrennt. (Etwas weichere Lagen lassen sich mit dem Cuttermesser besser und präziser schneiden als harte Lagen mit dem Dremel.

Es folgte unendlichem Spachteln und schleifen bis das zweiteilige Urmodell fertig zum Lackieren war. Diesen Arbeitsschritt überlies ich meinem hiesigen Autolackierer. Meine eigenen Lackierküste lassen doch etwas zu wünschen übrig.

Hier das fertige Endprodukt

20200215_095711.jpg

Ach ja, weils grade auf dem Bild auffällt: Der rechteckige Ausschnitt an der Rumpfseite ist die Stelle, an der der Flächenholm rechts und links den Rumpf verlässt. In der Form berücksichtigt weis ich später genau, dass der Flügel symmetrisch zu den Rumpfachsen passt.
Jetzt kommt natürlich die Frage nach der Flächenanformung.
Zum Gedankengang: Da ich die Flügeltiefe beim ersten Modell nicht originalgetreu ausführen wollte war es mir wichtig,eine flexible Rumpfform zu haben, um später die Möglichkeit einer Originalstreckung und oder auch eines anderen Profils zu behalten.

Nach bauen eines Trennzaunes wurden dann die beiden Negative des Rumpfes ohne Haube laminiert.

Das Urmodell der Haube wurde nur einmal mit mehreren Lagen GFK abgeformt, um daraus später eine Haubenziehform zu bauen,


Hier der erste Rumpf mit Haubenform und Abzug dieser

WP_20190424_07_09_24_Pro.jpg
 
Zweiter Bauabschnitt: Flügel

Zweiter Bauabschnitt: Flügel

Flügel:
Der Flügel als auch das Höhen- und Seitenruder sollten, wie schon erwähnt, nach dem maßstabsgemäßen Übertragen auf Millimeterpapier eine um 20% größere Flügeltiefe als der Originalflügel bekommen.

Auf den ersten Blick ist kaum auffällig, dass die größte Flügeltiefe nicht, wie bei herkömmlichen Flugzeugen, an der Flächenwurzel ist, sondern am ersten Trapezknick. ich dachte erst an eine optische Täuschung oder Ungenauigkeiten beim Kopieren der kleinen Dreiseitenansicht. Die Bestätigung kam aber dann doch von der FVA, die mir die Flügeltiefen des Originals zukommen lies.

Bauweise sollte Styropor mit Furnier und Kohlefaserholm sein.

Als Profil entschied ich mich für ein HQ Profil sowohl für Fläche als auch Höhenleitwerk.

Durch die geringere Flügeltiefe an der Flächenwurzel sollte die Festigkeit nicht leiden und zusätzlich die Flächendicke harmonisch verjüngen, drum wurde das HQ in der Dicke 15 / 10 / 11 / 12% gewählt. Das Dreifachtrapez wurde so ausgerichtet, dass die Scharnierebene bei 20% von hinten eine gerade Linie ergab.
Beim regionalen Holzhändler bekam ich ein Ayousfurnier in 1,2mm Dicke. Die Kerne ließ ich mit den vorgegebenen 10° Pfeilung von einem Bekannten per Schneidemaschine fertigen.

Aufbau der Fläche lief wie folgt:
Beplankung Oberseite zuschneiden, mit Harzauftrag in einem Zug:
-Diagonalgewebe Glas auf das Holz,
- Kohlefaser Uniband im Holmbereich
- Dreiecksverstärkungen aus Kohlefaser an Wurzel- und Endrippe
- Styroporkern
verkleben und in den Negativen des Kernes gepresst aushärten lassen.



Vakuumsack und Pumpe wäre eine tolle Sache, ich habe aber auch Erfolge mit schweren Holzplatten, Gewichten einer Hantelbank, Kisten von Oldtimerzeitschriften und Getränketräger.
Nach dem Aushärten wird im Bereich Holm und Ruderverkastung mit einem Messer mit stumpfer Spitze das Styropor als Rechteck ausgeschnitten und vorsichtig rückstandslos ausgelöst.
An der Flügelnase wird der Kern noch um 3 mm gekürzt.
Zusätzlich wurde auf die komplette Spannweite ein kleiner Kabelkanal aus dem Baumarkt eingesetzt und die Öffnungen für die beiden Servos pro Flügel ausgenommen.

Anders als im Original sind die Modellflächen als Vierklappenflügel ausgeführt. Der Mehraufwand von Sechsklappenflügel steht in keinem Verhältnis zu den vielleicht zu erreichenden besseren Flugleistungen.
Ausserdem wollte ich die vier Klappen ggf auch als Butterfly- Abstiegshilfe nutzen. ( Flugdynamisch nicht ganz unkritisch, denke ich. Mal sehen!)

Der ausgeschnittene Styroporstreifen wird für die Länge der Flächensteckung gekürzt und mit einem Kohlefaserschlauch ummantelt. Das Aluminiumrohr der Flächensteckung wird flächenseitig verschlossen und auch in den Kohleschlauch gesteckt.
In den Ausschnitt kommen jetzt zusätzliche Kohlerovings, ebenso in den Spalt der Ruderverkastung und in das Dreieck Beplankung -Styropor der Nasenleiste. An der Flächensteckung werden kurze Distanzklötzchen quer eingesetzt, die das Aluminiumroh mittig zur Flügeldicke in Position hält und der restliche Hohlraum mit einer Harz- Kohlefaserpampe gefüllt. Alles getränkt wird der Kohleholm wieder in die Aussparung gedrückt. Danach wird die obere Beplankung, ebenfalls vorher mit Diagonal Glas und Kohleband belegt, aufgesetzt und nass in nass verpresst. (Getränketräger sei Dank)

Flügel mit schon ausgeschnittenen Rudern

20200202_142012.jpg


Am Bild sieht man schon an der Endrippe die runde Form des Seitenleitwerkprofils angeformt.
 

Tunc Uzun

Vereinsmitglied
Alle Achtung...

Alle Achtung...

Christian,

Du legst ein ordentliches Tempo vor! :)
 
Hallo,

will ja bis Juli fertig sein. ;-)

nein, es ist ja eine Dokumentation schon geschaffter Arbeitsschritte. ich bin schon etwas weiter als derzeit beschrieben. Wenn ich jetzt erst angefangen hätte könnte ich mich für 2021 bewerben.
 
Nächster Schritt: Leitwerke

Nächster Schritt: Leitwerke

Die Höhenleitwerke wurde in gleicher Bauweise wie die Flächen erstellt. Da das vorher erwähnte quadratische Kohlefaserrohr zur Aufnahme dient, muss im hinteren Bereich jede Leitwerkshälfte um je 10mm ausgenommen sein

Leitwerksträger.jpgWP_20191221_15_33_19_Pro.jpg

Verbunden werden die Leitwerkshälften mit einem 8mm Stahlstab sowie Stifte als Verdrehsicherung. Gesichert wird alles durch eine zentrale Schraube, die die beiden überlappenden Sperrholzplatten kurz hinter der Nasenleiste verbindet.
Die beiden Ruder sind in mittig geführter Hohlkehle ausgeführt und pro Hälfe 4mal gelagert.

WP_20191221_15_32_40_Pro.jpg

Betätigung erfolgt durch je ein Servo pro Höhenruderhälfte. Da ich beide Höhenruder gleichsinnig per V-Kabel ansteuern wollte musste ich jetzt schon die Ausschnitte der Servos entsprechend anpassen. Die Anlenkung soll ja trotzdem symmetrisch ausgeführt sein

Höhenleitwerk.jpg



Seitenleitwerke/ Winglets:

Nachdem bei einer Spannweite von 5m und einer Pfeilung von 10° die Seitenruderflächen effektiv sehr nah am Schwerpunkt liegen gibt es hier zwei Möglichkeiten der Längsstabilisierung:
Entweder man gestaltet die Fläche der Winglets mit symmetrischem Profil und entsprechend groß oder man nutzt die Auftriebsverteilung eines Profils.
In meinem Fall wurde dasselbe HQ Profil der Flächen auch für die Winglets benutzt. Die gewölbte Seite innenliegend habe ich jetzt beim Gieren folgenden Effekt:
Das in Flugrichtung zurückliegende Winglet hat effektiv einen geringeren Anstellwinkel und somit wenig Widerstand, das in Flugrichtung vordere Winglet einen entsprechend hohen Anstellwinkel und somit mehr Widerstand. Dieser Effekt bringt bei kleinerer Gesamtseitenfläche eine verstärkte Richtungsstabilität.

Winglets.jpg
 
Nachtrag Seitenleitwerk/ Winglets

Nachtrag Seitenleitwerk/ Winglets

Die Seitenleitwerke wurden von der Bauweise wie Flächen und Leitwerke ausgeführt, Servo in Seitenfläche eingebaut, Befestigung über zwei 6mm Kohlefaserrohre, die im rechten Winkel in die Winglets eingeharzt sind und in Führungen am Flügel-Randbogen gehalten werden.

Die Ausschläge des Seitenruders erfolgt ausschließlich nach außen, weniger um eine Richtung vorzugeben als an der weitesten Entfernung von der Längsachse des Seglers einen erhöhten Widerstand zu erzeugen und dadurch das Gieren auszulösen.
Zusätzlich ist die Option geplant, neben einer Abstiegshilfe mit Butterfly zusätzlich beide Seitenruder als Bremse voll nach außen auszufahren. Aus diesem Grund wurden die Ruder des Seitenleitwerks nur per Folie an den Aussenseiten anscharniert und haben auch keinen Ausschlag nach innen vorgesehen

WP_20191221_15_31_00_Pro.jpg
 
Erstes Zusammenstecken

Erstes Zusammenstecken

Die nächsten Bilder will ich Euch nicht vorenthalten:

Erstes Zusammenstecken aller Teile zu einem Gesamtmodell:

WP_20190922_12_53_23_Pro.jpgWP_20190922_13_01_19_Pro.jpgWP_20190922_13_00_55_Pro.jpg
 

Tunc Uzun

Vereinsmitglied
Schick sieht sie aus...

Schick sieht sie aus...

... das muss man Ihr lassen! :D

Bin mal gespannt wenn Du deine ersten Flugeindrücke und Videos machen kannst. D.h. in Kürze erfolgt der RC-Einbau?!
 
Nachtrag Seitenleitwerk/ Winglets

Nachtrag Seitenleitwerk/ Winglets

Hallo Tunc,

jetzt kommt erstmal die Holmbrücke und die Flächenanformung
 
Neue Hintergrundinfos

Neue Hintergrundinfos

Ich finde es total super, dass mehrere Leute hier viele Informationen zum Original haben und mir zukommen ließen..

Danke an dieser Stelle dafür.

Es sieht so aus, als ob das Original doch nur mit 4 Klappenfläche gebaut wurde. Wäre ja schön, was die Originaltreue angeht.

Dafür sehe ich aber auch einige Differenzen zwischen dem Original und meiner Konstruktion:

Wie schon erwähnt ist mein Rumpf hinten spitzer ausgeführt als das Original.

Zudem hab ich jetzt erfahren, dass die inneren Klappen als Drehbremsklappen ausgeführt sind. Meine Auslegung mit normalen Klappen kann dafür auch mit Verwölbung arbeiten.

Ich hoffe, ich darf sie überhaupt noch FVA 27 nennen.....
 
Hallo Christian,
Hinterkanten-Drehbremsklappen und Wölbklappen schliesen sich per se nicht aus. Die Glasflügel 304 hat sowas zum Beispiel. Ich glaube aber, es würde etwas schwierig werden, sowas in ein Modell zu integrieren.
LG Patrik
 

BZFrank

User
Flügel:
Der Flügel als auch das Höhen- und Seitenruder sollten, wie schon erwähnt, nach dem maßstabsgemäßen Übertragen auf Millimeterpapier eine um 20% größere Flügeltiefe als der Originalflügel bekommen.
...
Als Profil entschied ich mich für ein HQ Profil sowohl für Fläche als auch Höhenleitwerk.
Schönes Projekt. Aber erlaube die Frage: Hast du deine Auslegung durchgerechnet (z.b. mit ENTEX)? Oft ist eine solche Wahl der Profile insb. am Canard und einfach Übername der Flächenauslegung vom Original bei RE-Bereich von RC-Enten problematisch.
 
Hallo BZFrank,

ich hab FLZ Vortex mal bemüht, bis mein Rechner ausgestiegen ist.

Es ist halt die Frage, wie viele Flugzustände man real bedienen will. Da ich jetzt keine Ambitionen bzgl Schnellflug, Kunstflug etc habe, komme ich mit der Auslegung schon klar.
Einzig, wie schon erwähnt, wird die Nutzung von Butterfly spannend. Da hat dann der Flügel hinter dem Leitwerk mit einem Schlag weniger Auftrieb und könnte tendenziell durchzusacken, was im Schlimmsten Fall zum Sackflug führen kann oder zum unkontrollierten Rückwärtsfliegen.
 
Holmbrücke und Flächenanformung

Holmbrücke und Flächenanformung

Kritisch bei der Holmbrücke ist die Pfeilung von je 10°, da kein gemeinsamer Kohlestab realisierbar ist. Rückwirkend hätte ich doch versuchen sollen, gleich in der Fläche den Kohlestab unter 10° einzubauen. Dagegen sprach aber der Platzbedarf durch die V-Form sowie die Tatsache, dass die Krafteinleitung des Kohlestabs in den Flügel entweder knapp hinter der Nasenleiste abgefangen werden muss oder der Stab an der Wurzelrippe weit hinter der größten Flügeltiefe herausgeführt wird. Beides nicht wirklich ideal.

So ist jetzt der Stummel, der zur Aufnahme im Rumpf übersteht sehr kurz und die entsprechend auftretenden Kräfte immens.

Als Holmbrücke wurden jetzt zwei 3mm Kohlefaserplatten mit einem Vollkohlestück U-förmig verbohrt und verschraubt. Die Pfeilung von 10° ist im Vollkohlestück eingefräst, passende Aluminiumrohre wurden mit Pfeilung und V-Form zwischen den Platten eingeharzt und der restliche Bereich vor den Rohren mit Kohlefaser-Harz-Mischung aufgefüllt und nochmals verschraubt.
Das Ganze ist reichlich schwer aber auch wirklich massiv.

20200212_181053.jpg20200202_142029.jpg

Die Verdrehsicherung besteht aus einem 6mm Stahlstab hinten und einer M6- Schraube vorne, die gleichzeitig innen mit einer Flügelmutter zur Flächenbefestigung verwendet wird.


Flächenanformung:

Mit eingeharzter Holmbrücke wurde die Flächenanformung als Sperrholzrippe mit eingebauter SUB-D Servosteckung fixiert, hinterfüttert und angeharzt. Auch hier ist wieder heftiges Spachteln und schleifen erforderlich, um eine harmonische Anformung zu erreichen.

Hier die Arbeitsschritte:

WP_20191221_15_28_16_Pro.jpg

WP_20191221_15_28_40_Pro.jpg

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20200212_181010.jpg
 

Tunc Uzun

Vereinsmitglied
Stimmt!

Stimmt!

oder zum unkontrollierten Rückwärtsfliegen.
Besser ist wenn es das kontrollierte Rückwärtsfliegen ist!

Christian, wenn Du noch zusätzliche Detail-/Originalinfos posten würdest, dann könnte vielleicht der eine oder andere ein paar Berechnungen anstellen und vielleicht sogar hier im Thread teilen. Was meinst Du?

Ui, und die Dame (ich gehe hier von einer weiblichen Ente aus) nimmt schon mehr Kurven an. Schick, schick! :cool:
 
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