Ich habe mal etwas Seltsames gebastelt: Einen FanWing.
von Klaus Jakob.
von Klaus Jakob.
Eine Idee, die Patrick Peebles hatte. Siehe seine Seite "FanWing.com". Er hatte im Oktober letzten Jahres (2024) eine Skizze ins Netz gestellt, die mir als Vorlage galt. Diese Skizze und die Daten dazu hatten mein Interesse geweckt. Ich begann zu tüfteln, und dann zu basteln. Das Ergebnis meiner Werkstattarbeiten hat mich selber überrascht; das Ding flog, beinahe auf Anhieb. Patrick hatte ich während der Bauphase per WhatsApp kontaktiert. Einmal haben wir uns im VideoChat persönlich gesehen. Es war immer eine sehr angenehme Unterhaltung. Er hat mir auch immer wieder, aber sehr dezent, Tipps gegeben.
Aber seht selber, wie der "Mähdrescher" geworden ist
Ja warum ist das Ding rot/grün? Nun, hier im Ostallgäu gibt es die Firma FENDT, die landwirtschaftliche Maschinen baut. Die Mähdrescher werden in Breganze, Italien hergestellt. FENDT-Maschinen haben eine grüne Karosserie und rote Räder. Da konnte ich einfach nicht widerstehen...
Die technischen Daten meines FENDT-ilators
Auch zur Brandbekämpfung könnte ein FanWing eingesetzt werden. Patrick Peebles hatte sich redlich um Startups-Gründer bemüht, aber leider ohne Erfolg.
Nun ein paar technische Details, die mich doch ziemlich in Anspruch genommen hatten. Ich bin kein Hubschrauberspezialist, aber durch die Internetrecherche bin ich auf passende Teile gestoßen:
- Der Riementrieb: Riemen, Ritzel und Riemenrad stammen von Z24 (Untersetzung 6:1 gewählt).
- Der Freilauf sitzt in der Nabe des Riemenrades und stammt von Causemann.
Das Riemenrad war anfangs ein richtig schwerer zylindrischer Klotz und wurde von meinem netten Nachbarn auf seiner Drehbank meinen Wünschen entsprechend umgeformt. Anschließend wurde es in den Rohbau des Rumpfes eingesetzt, zur Funktionskontrolle.
Der Freilauf soll im Falle eines Riemenrisses oder anderer motorischer Ausfälle den FanWing durch Autorotation einigermaßen kontrolliert herunter kommen lassen.
Oben: Bis der Riemen mittig lief, ohne abzurutschen, war es eine Geduldsprobe. Der Motorträger hat aus Gewichtsgründen keine Feineinstellungsmöglichkeit. Also musste der Motorträger feinfühlig justiert werden durch Lösen, verstellen und wieder Anziehen der Schrauben. Jetzt läuft er sicher.
Die Kupplung als Hauptelement zur Drehmomentübertragung
Diese hatte mir am meisten Hirnschmalz abverlangt.
Sie sollte die Wellen der beiden Rotoren elastisch verbinden, so dass eventuelle Achsversätze nicht zum Klemmen führen oder die Rillenkugellager vergewaltigt werden. Also sollte sie alle möglichen Freiheitsgrade erlauben: axial, radial, und Abweichungen von der Winkligkeit sollten ausgeglichen werden können. Zugleich soll sie leicht montierbar sein, zwecks Auf- und Abrüsten des Modells.
Ich bastelte fünf verschiedene Prototypen auf Basis von Propellermitnehmern und GFK-Platten, bis ich zufrieden war.
Die Kupplung sieht im Rohbau so aus
Als Verbindung dienen acht Gummiringe, die bei der Montage beider Flügelhälften in die Taschen gehängt werden.
Hier noch ohne Gummiringe fotografiert. Wo diese hingehören, erkennt man leicht. Die eine Seite hat "Krallen". Diese sollen für den unwahrscheinlichen Fall, dass alle acht Gummis reißen, ineinandergreifen, und so immer noch das Drehmoment übertragen können. Das hört man dann aber auch…
Der geht es mit dem Rumpfaufbau.
Ein Leitwerksträger aus einem konischem CFK-Rohr wurde auf ein Gestell aus CFK-Vierkantstäben gesetzt. Zur Sicherheit wird das Kohlerohr nur mit Gummiringen in einer Führung fixiert und mit einer GFK-Zunge gegen Verdrehen gesichert:
Das Servo für das Seitenruder und Heckfahrwerk hat auch Platz gefunden. Für den Crashfall ist alles nur verschraubt und leicht austauschbar. War bisher nicht nötig...
Weiter geht es mit den beiden Wannen, die die Rotoren auf deren Unterseite einhüllen. Sie haben den selben Durchmesser wie die Rotoren, sitzen aber exzentrisch unter diesen. Siehe "FanWing-design". Als Form verwendete ich ein KG-Rohr mit Ø 160 mm und laminierte darauf eine Lage Kohlegelege und eine Lage Kohlegewebe.
Der "Flügel"
Dies ist eine Rampe mit 40° Öffnungswinkel, also ein Dreieck statt einem Flügelprofil. Ich habe ihn ohne Holm gebaut und mit 1,5er Balsa beplankt. Durch die Bauhöhe ist er mehr als ausreichend fest.
Als Verbinder der beiden "Flügel" dient eine hochkant gestellte CFK-Platte mit 1,5 mm Dicke, in GFK-Taschen eingeschoben.
Mit aufgesteckten "Flügeln" (=Rampe") samt CFK-Wanne. Flügel und Wanne sind verklebt:
Die beiden Rotoren
Die 32 Lamellen sind aus 3 mm Balsa gefertigt. Darauf wurde beidseitig ein CFK-Roving laminiert (auf einer Glasplatte, und mit Gewichten beschwert, damit die Fasern glatt anliegen).
Die Lamellen wurden abschließend einseitig konisch abgehobelt und die Nase verrundet, so dass ein Profil mit einer scharfen Endleiste entsteht.
Die Rotorscheiben: sie sind jeweils aus drei Lagen 1,5er Balsa verklebt. Die vorbereiteten Scheiben wurden im Winkel von 120° verklebt und gepresst. Anschließend in der Bohrmaschine rund gedreht, und zum Schluss wurden die sechs Scheiben mit einer Schablone so markiert, dass die Schlitze für die Lamellen ausgesägt werden konnten.
Montage der Lamellen
Natürlich senkrecht, so macht man das auch bei der Montage von Flugzeugtriebwerken.
Flügel mit Wanne und Rotor.
Noch fehlt die seitliche Lagerplatte, die das äußere Rillenkugellager aufnimmt:
Oben: weiße Depronstreifen in der Wanne, zum Opfern, für den Fall, dass sich eine Lamelle lösen sollte.
Der Drall der Lamellen dient zur Geräuschreduzierung, eben wie ein schrägverzahntes Zahnrad. Man erkennt auch zwei dünne Kevlarfäden je Rotor. Diese verbinden die Lamellen untereinander und verhindern ein Flattern. Die Kevlarfäden müssen fest in der Lamelle verklebt sein, sonst sägen sie sich durch die Lamelle.
Das Hauptfahrwerk habe ich aus mehreren Lagen CFK laminiert. Zuvor hatte ich mir eine Styroporform geschnitten. Diese geschwungene Form hat sich bewährt. Das Fahrwerk verkraftet auch härtere Aufsetzer. Alles was gebogen ist, gewährleistet einen geschmeidigen Kraftverlauf ohne Spannungsspitzen:
Hier sieht man die Lamellen, die bereits mit Kohlerovings belegt wurden und die beiden äußeren Randscheiben mit den Rillenkugellagern. Sperrholz und Balsa. Außen muss unbedingt möglichst viel Gewicht gespart werden.
Das ist eine Nagelschablone. Es entsteht eine Verstärkung für die äußeren Randscheiben. Sie dient zugleich als Abschirmung gegen eintretenden Schmutz zwischen Seitenwand und Rotor:
Außen werden kurze Flügelstummel mit Querrudern an die Randscheiben angebaut..
Zwei Servos werden noch eingelassen, und die Flügelstummel mit 3er Kohlestreben abgestützt.
Die Leitwerke im Aufbau (hier nur das Höhenleitwerk), aus Depron. Gewicht hinten sparen ist Pflicht. Der Schwerpunkt liegt in der Drehachse der Rotoren.
Planen und tüfteln: Pizzadeckel sind eine große Hilfe!
Und dann: Oh Wunder, traraaa!
Die Türen werden bei warmem Wetter geöffnet, sie führen Kühlluft zum Motor.
Weiter oben schon habe ich sie schon erwähnt: Die weißen Streifen im Übergangsbereich des Rotors zur Wanne. Es sind Depronstreifen, die im Falle eines Bruches einer Lamelle weggeknabbert werden sollen bevor der Schaden zu groß wird oder ein Rotor blockiert. Diese Depronstreifen sind sowohl im Ein- als auch im Auslaufbereich eingelassen.
Dies hat einmal im Flug lautstark funktioniert, wie ich mit Schrecken feststellen musste, als sich eine Lamelle doch tatsächlich gelöst hatte. Problemlose Landung mit Geratter...
Danach war natürlich Nachkleben mit Epoxydharz an allen Lamellen angesagt. Das Wuchten nicht vergessen!
Beim Inter-Ex 2025 in Bouzonville, Frankreich, kam der FENDT-ilator recht gut an. Es gab sogar den Hauptpreis.
Und wie fliegt das Ungetüm? Nun, es ist etwas grotesk. Es macht Radau und fliegt sehr langsam. Nach einer kurzen Startstrecke hebt es völlig unerwartet aber langsam ab.
Es ist wendig, überziehfest, und lässt sich trotz des schweren Flügels gut steuern.
Jemand hat mal gelästert:
"Da hast Du aber einen tollen Transformer gebaut!"
Ich: "Häh?"
Er: "Er wandelt Ampere in Dezibel um!" Recht hat er.
Ein paar Gedanken zur Wirtschaftlichkeit des Antriebs.
-es ist wie bei jedem Elektrosegler: ein langsam drehender, großer Propeller (also mit Getriebe z.B.), der viel Luft durchsetzt, ist effektiver als ein hochdrehender Impeller, der wenig Luft rasant nach hinten schiebt.
Im Falle des FanWing ist es die sehr große Gesamtfläche der Lamellen, die die Luft langsam nach hinten/unten schiebt.
Das erzeugt einen Schub- und Auftriebsvektor nach schräg oben/vorne. Darum kann das Ding viel Last tragen, fliegt langsam, und effektiver als ein Hubschrauber.
Klar, die Aerodynamik ist nicht so geschmeidig und auch nicht so wirtschaftlich wie bei einem Prop. Einen echten Flügel mit sauberer Aerodynamik gibt es auch nicht, aber in der Gesamtsumme ergibt sich das oben genannte Verhalten.
Mein Frau hat mir ein Video zurechtgeschnitten, Es ist auf dem Youtubekanal von Patrick Peebles geladen:
Wie geht es weiter?
Es gibt noch so viele Verbesserungsmöglichkeiten zu erforschen, dass ich das alles kaum schaffe.
Man sollte untersuchen, ob das Weglassen der Rotorwelle den inneren Wirbel im Rotor eventuell deutlich verbessert. Da habe ich zur Umsetzung bereits eine Idee.
Die Außenflügel
Wie verläuft die Strömung in diesem Bereich?
Stimmt der angenommene Einstellwinkel?
Könnten Vorflügel die Strömung besser lenken?
Die Größe der Leitwerke.
Hier hat Patrick vor Kurzem seine Modelle ausgemessen und neulich im "FanWing-design 2025" veröffentlicht. Ich muss mein Design mal gegenchecken. Auf jeden Fall hat sich die Vergrößerung des Seitenruders bewährt, auch die Ausbildung mit Flosse und Ruder wirkt besser als das ursprüngliche Pendelseitenleitwerk. Das Höhenleitwerk wurde geringfügig höher gesetzt, nun gibt es weniger Abwind darauf. Im Video sieht man die neue Leitwerkspartie.
Die Schrägstellung der Lamellen.
Wenn ich neue Rotoren bauen sollte (ohne innerem Rohr), dann werde ich die Schränkung in die andere Richtung vornehmen. Somit sollten die Lamellen besser ausgerichtet sein zu der sich verjüngenden Strömung hinter dem Rotor. (Analogie zum Strahl hinter einem Propeller).
Die Breite der Lamellen.
Sie werden beim nächsten Rotor geringfügig breiter, weil der Motor noch Reserven hat. Mit der Drehzahl (2000 rpm) bin ich zufrieden. Also bringt ein Akku mit vier Zellen (statt der aktuellen drei) keinen Vorteil, sondern eher ein Risiko wegen der Fliehkraft in den Lamellen.
Zum Geräusch.
Dieses könnte eventuell verringert werden, indem die scharfe Kante vom Depronstreifen im Bereich der Rampe etwas verrundet wird. Eventuell auf Kosten der Leistung?
Zum Fliegen
Hier habe ich mich noch nicht an die Grenzen des Überziehens getraut. Es sieht jetzt schon angsteinflößend aus, wenn der FENDT-ilator seine engen, langsamen Kreise zieht.
Autorotation
Plötzliches Wegnehmen der Antriebsleistung führt zum sofortigen Abtauchen. Ob sich Autorotation nach einer gewissen Fallhöhe einstellt, habe ich noch nicht versucht. Kommt aber noch!
Autorotation, so meinte Patrick, sollte wohl möglich sein. Es wird eine "Gleitzahl" von 1:2 bis 1:4 erwähnt. Ausflairen vor dem Aufsetzen, wie beim Hubschrauber, ist natürlich nicht möglich, dazu fehlt die träge Masse eines großen Hubschrauberrotors, sowie die Pitchverstellung. Es wird einen gewissen Aufschlag geben.
Der FanWing wird auch im Experimentalbereich dieses Forums besprochen:
Ich werde genüsslich weiterbasteln...
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