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Pendelhöhenruder / Anlenkung

FlyHein

Vereinsmitglied
Guten Abend Gemeinde

Mein nächstes Projekt hat ein ca 1m spannendes Höhenleitwerk. Diese Höhenleitwerk ist als Pendelhöhenruder ausgelegt und muß natürlich spielfrei und zuverlässig angelenkt werden. Dazu habe ich mir folgende 2 Varianten überlegt:

Variante 1: Servo in der Dämpfungsflosse


Auf die Enden des zentralen CfK-Rohres werden ausserhalb des Leitwerks Wippen kraftschlüssig verzapft und verharzt. Die Wippen tragen vorn CfK-Bolzen, am Ende weisen sie eine 6mm Bohrung auf, in die ein entsprechendes Rohr geharzt wird und beide Wippen verbindet. Dies ist natürlich nur mit einem entsprechenden Schlitz im Leitwerk möglich. Die Bewegung des Servos wird mittels einer Stange auf das Rohr und damit auf die Wippe übertragen. Die Wippe überträgt die Bewegung einmal durch die beiden vorderen Bolzen sowie zum zweiten durch einen CfK-Stab, der durch das Rohr beide Leitwerkshälften verbindet.

Variante 2: Anlenkung durch Schubstange



Auf dem zentralen CfK-Rohr wird innerhalb der Leitwerksflosse ein Pendelhebel aus GfK- oder Pertinax geharzt. Um die Kräfte sicher vom Pendelhebel auf das Rohr übertragen zu können, werden in das Rohr - an vier jeweils um 90° versetzte Stellen - Schlitze gefräst. Diese Schlitze nehmen Zapfen auf, die ihrerseits in den Pendelhebel greifen. Diese Verzapfung wird sorgfältig verharzt.
Auf die ausserhalb des Leitwerks befindlichen Enden des CfK-Rohres werden die Wippen ebenfalls kraftschlüssig verzapft und verharzt. Die Wippen tragen jeweils an den Enden 3mm dicke CfK-Bolzen die in die Leitwerkshälften greifen und so die Bewegung der Schubstange auf das Leitwerk übertragen.

Welche der beiden Varianten ist
  • leichter
  • spielfreier
  • zuverlässiger
Für eure Antworten bedanke ich mich schon jetzt.

[ 06. Juni 2002, 12:19: Beitrag editiert von: FlyHein ]
 

jwl

User † 2005
Original erstellt von FlyHein:
Guten Abend Gemeinde

Mein nächstes Projekt hat ein ca 1m spannendes Höhenleitwerk. Diese Höhenleitwerk ist als Pendelhöhenruder ausgelegt und muß natürlich spielfrei und zuverlässig angelenkt werden. Dazu habe ich mir folgende 2 Varianten überlegt:
1 meter nun gut
du hast den drehpunkt auf 30% weil da die fläche am dicksten ist
die luft (druckpunkt) liegt bei 25%

wenn also last auf ruder kommt (schnellflug) muss
das servo doppel arbeiten

ich wuerde den drehpunkt auf 24% der halbspannweite legen

so dass das ruder stabil liegt

gruss johannes
 

Yeti

User
...die luft (druckpunkt) liegt bei 25%
Einspruch euer Ehren ;)

Gehe zwar auch davon aus, dass FlyHein ein symmetrisches Profil verwendet und somit der Druckpunkt gleich dem Neutralpunkt ist (kein Nullmoment).

ABER: An anderer Stelle ist zu lesen, dass es sich bei dem geplanten Modell um eine ASW 15 handelt und die hat ein gepfeiltes Leitwerk. Der Neutralpunkt des gesamten HLW liegt somit hinter dem l/4-Punkt des Wurzelschnittes. Von daher sind die angenommenen 30% gar nicht so verkehrt.

(nur so zur Ergänzung)

Gruß Yeti

...und noch'ne Ergänzung :rolleyes: Ich nehme alles zurück, behaupte das Gegenteil und widerrufe auch dieses... Das HLW ist gar nicht so stark gepfeilt, sondern nur das Seitenleitwerk (wie man sich doch täuschen kann, wenn man nicht endlich mal die versprochenen Fotos zur Hand hat...) :rolleyes: Also Gesamt-Neutralpunkt doch eher in der Nähe des l/4-Punktes des Wurzelschnittes, sonst ständig Kraft auf der Anlenkung. Das Original hat allerdings ein gewölbtes Profil (das Modell vielleicht auch?). Da will man ja einen ständigen Anstieg der Handkraft haben. Da macht es dann schon Sinn, den Drehpunkt hinter den Neutralpunkt zu legen (Langsamflug: kleines kopflastiges Nullmoment & Auftrieb vor dem Drehpunkt -> HR-Kraft am Steuerknüppel in Richtung "drücken"; Schnellflug: großes Nullmoment & Abtrieb vor dem Drehpunkt: Knüppelkraft in Richtung "ziehen")

[ 06. Juni 2002, 16:07: Beitrag editiert von: Yeti ]
 

FlyHein

Vereinsmitglied
Hallo zusammen

Volltreffer Yeti, es handelt sich um die besagte ASW15. Als Profil für das Pendelhöhenruder favorisiere ich das NACA0012. Ich freue mich, daß ich da mit meiner Lagerung bei 30% Profiltiefe nicht so ganz falsch liege.

Die eigentliche Frage ist aber:
Wie lenke ich das Pendelleitwerk spielfrei und mit wenig Kraftaufwand an?
 

Yeti

User
Sorry, war da ein bischen Vorschnell...

NACA 0012 = symmetrisch. Dann sollte der Drehpunkt (und das muss ich jetzt ausnahmsweise mal nicht zurücknehmen) im Neutralpunkt des Leitwerks liegen, da ist es dann weitestgehend kraftfrei. Zur Berechnung des NP gibt es Programme zum Beispiel beim Walter Holzwarth und bei Dietrich Meissner zum Download (Bedienung ganz einfach). Aber ich fürchte, dass du die Lage der Drehachse schon festgelegt hast (und wahrscheinlich soll es ja auch alles scale sein und die Achse da hin kommen, wo sie auch beim Original ist).

Gruß Yeti
 

Hans Rupp

Vereinsmitglied
Hallo Flyhein,

bei beiden in Frage kommenden Anlenkungsarten sind gleichviel Übergänge im "Spiel", da kommt es eben auf passende Anschlüsse und saubere Ausführung an.

Aber bei der Variante mit Servo vorn kommen Längenänderungen der Schubstange durch Durchbiegung und unterschiedliche Wämreausdehnung Schubstange - Rumpfröhre hinzu. Wenn man jedoch ein Glasfaserschubstange nimmt und diese zwischendurch absützt, kann man auch dies vernachlässigen.

Der Gewichtsunterschied beider Varianten ist bei der Modellgröße unerheblich. Mich würde das Gefummele beim Einbau des HWL hinten mehr stören als der Mehraufwand eines sauber geführten Schubstange, ist aber Geschmackssache.

Zum Schluß noch zwei "Off-Topic"-Fragen:
- warum ein NACA00xx?
- warum 12% dick?
(Deadband läßt grüßen)

Wir planen gerade was ähnliches nur eine Nummer kleiner (70cm HLW-Spannweite, aber wir wollen Speedwenden nach Art F3B fliegen ;) )und sind beim HT14 von Mark Drela gelandet (nach dem Motto "Kohle statt Prozente"). Gegen das HT14 sieht so ein NACA ganz nett alt aus. Die vollsymmetische Fraktion liefert aber ja eh nicht soviel Auftrieb, dass mann das HLW wie einen Pylonflügel bauen muss.

Hier ein link dazu:
http://www.charlesriverrc.org/articles/drelaairfoils/markdrela_tailairfoils.htm

Hans
 

FlyHein

Vereinsmitglied
Guten Abend Gemeinde

Hallo Haru

Zum Schluß noch zwei "Off-Topic"-Fragen:
1. warum ein NACA00xx?
2. warum 12% dick?
(Deadband läßt grüßen)
beide Fragen lassen sich mit:"So stehts im Hilfsplan" beantworten.

Gegenfrage: was ist Deadband?

Die Dämpfungsfläche des Leitwerks hat ausreichend Platz, da könntest du sogar zwei Servos unterbringen.

@Yeti: Das Modell soll zwar wie eine ASW 15 aussehen, aber Kompromisse muß ich sowieso machen. Die Lage der Drehachse ist für mich kein unbedingtes Scale-Kriterium.
Ich habe die beiden Programme von Dietrich Meissner und Walter Holzwarth mal mit den Koordinaten meiner ASW 15 angewendet. Die Ergebnisse stimmen meiner Meinung nach ausreichend überein:



Die Neutralpunktlage liegt damit bei 50mm bzw. 25% der Leitwerkstiefe. Ich werde die Achse also weiter nach vorn verlegen.

[ 06. Juni 2002, 22:14: Beitrag editiert von: FlyHein ]
 

Hans Rupp

Vereinsmitglied
Hallo Flyhein,

als Deadband bezeichnet man einen Bereich um den Nullanstellwinkel, bei dem das Profil auf Anstellwinkeländerungen kaum mit Auftriebsänderungen reagiert.

Der Deadbandeffekt ist z.B. bei Naca0008 deutlich vorhanden, beim HT14 dagegen gar nicht, ein SD8020, HD801 zeigt es kaum. Im F3B-Lager wurde deshalb auch schon gewölbte Proflile wie das S8025 eingesetzt, die diesen Effekt nicht zeigen.

Ein auf 12% aufgedicktes HT14 hat aber wieder deutlich Deadband. Ob das Naca0012 im Gegensatz zu seine schlanken Verwandschaft Naca0009 und dünner weinger Deadband hat, muss ich erst noch herausfinden.

Hans
 

FlyHein

Vereinsmitglied
Guten Abend zusammen

wie bereits diskutiert, sollte der Drehpunkt des symetr. Leitwerks im Druckpunkt (25%-Leitwerkstiefe) liegen. Wenn ich das richtig verstanden habe, wirken dann während des unbeeinflußten Fluges keine Kräfte auf das Servo.
Sind denn bei dieser 25%-tiefe-Lagerung im Moment der Höhenruderanlenkung durch das Servo nicht deutlich höhere Kräfte - aufgrund des ungünstigeren Hebelverhältnisses - aufzubringen als bei der 30%-tiefe-Lagerung?

.... wer nicht fragt bleibt dumm.
In diesem Sinne bin ich auf eure Antworten gespannt.

[ 10. Juni 2002, 22:13: Beitrag editiert von: FlyHein ]
 

Yeti

User
Hallo Heinrich!

Gegenfrage: Was ist ein "beeinflusster Flug"? :D

Also das Moment um den Neutralpunkt des Leitwerks ist immer konstant, unabhängig vom Anstellwinkel (deshalb heißt der Neutralpunkt Neutralpunkt). Beim symmetrischen Profil ist das Moment = 0, wenn kein Auf- oder Abtrieb erzeugt wird. Weil das Moment um den Neutralpunkt konstant ist, ist es also beim symmetrischen Profil immer Null und deshalb gibt es auch keine Kraft auf der Anlenkung, wenn das HLW im Neutralpunkt gelagert ist. Und zwar bei allen Anstellwinkeln (und sonstigen "Beeinflussungen" ;) ).

Gruß Yeti
 

FlyHein

Vereinsmitglied
Guten Morgen Yeti

danke für deine Antwort.
Wie du meiner Fragerei entnehmen kannst bin ich mit Sicherheit niemand, der sich in Aerodynamik oder Flugmechanik zu hause fühlt.
Ich war ein klein wenig verunsichert, weil ich mal geschaut habe, wie denn die Pendelruder meines MPX-Fiesta oder meiner alten Aeronaut-SHK gelagert sind. Dort liegt der Lagerpunkt deutlich im 30%-Bereich.
Als ich den Rumpf abgeholt habe hat mir Hr. Schmitt die Lagerstellen für das NACA0012 noch aufs Leitwerk gemalt, auch er setzt den Lagerpunkt bei 30% an.
Ich denke aber, daß dies aus ähnlichen Gründen geschehen ist wie bei mir: Aus statischen Gründen lagern am Ort der größten Profildicke.
 
Vielleicht sollte man nicht nur die aerodynamische Last in die Betrachtung einbeziehen, sondern auch die Gewichtsbelastung durch das Eigengewicht des Pendelruders. Und damit ist es sinnvoll, den Drehpunkt weiter zurück zu legen.

Literatur hierzu:
F. Thomas: Grundlagen für den Entwurf von Segelflugzeugen, S. 175 (Motorbuch-Verlag Stuttgart, ISBN 3-87943-682-7)
 

Yeti

User
Hallo zusammen,

das Buch von Prof. Thomas ist wirklich sehr empfehlenswert, nur leider seit Jahren nicht mehr erhältlich. Wer noch ein Exemplar im Antiquariat findet, sollte unbedingt zuschlagen (und wenn er's nicht selber haben will, verkauft er es mir, ich kenne immer Leute, die noch ein Exemplar suchen).

Es gibt allerdings die englischsprachige Neuausgabe "Fundamentals of Sailplane Design", die man direkt beim Autor bestellen kann. (e-Mail und Telefon siehe http://www.cgpp.com/gr.html ).

Auf S. 175 geht es übrigens um den Handkraftverlauf. Die Bauvorschriften fordern "Je schneller desto drück und je langsamer desto zieh" (ist da nur etwas "technischer" formuliert), was beim Modell relativ egal ist, solange es noch keine Sender mit force-feedback gibt. Ansonsten ist natürlich richtig, dass es (ge-)wichige Gründe dafür geben kann, den Drehpunkt nicht genau in den Neutralpunkt zu legen, sondern etwas dahinter (Originaltreue, Massen-Moment, Bauhöhe...). Ein Optimum gibt es sowieso nicht, sondern nur einen Kompromiss zwischen z.T. widersprüchlichen Forderungen. Wie man diese Forderungen wichtet, ist mehr oder weniger Ermessenssache.

Als Einstieg in das Thema Flugmechanik empfehle ich übrigens gerne den Aufsatz von Helmut Stettmaier über den Geradeausflug.

Gruß Yeti
 

Hans Rupp

Vereinsmitglied
Hallo,

als erstes Entschuldigung für das große Bild, ich will aber, dass man das wesentliche sehen kann (trotz des bescheidenen Farbkontrastes, wollte ihn eigentlich umstricken, aber irgendwie zeigts hier immer noch das alte Farbschema an, sorry).



Schauen wir uns das Bild an. Es zeigt die Polaren für das HT14 und des NACA0012 bei Re=100.000 im Breiche von 0 bis 4° Anstellwinkel. Beim NACA0012 sehen wir, dass es fr einen winzigen positiven Anstellwinkel erst mal ein wenig Abtrieb liefert, wenn es angestellt wird. Also genau das Gegenteil von dem, was wir wollen. D.h. wenn das Modell eine kleine Pumpbewegung macht, wird diese erstmal noch verstärkt...Das kostet Leistung ud im Extremfall wirkt das Modell schwammig.

Bei HT14 sieht man dieses Dead-band genannte Phänomen nicht. Weiter hat es unter einem Auftriebsbeiwert von ca=0,4 den wesentlich kleineren Widerstand, was allerdings auch an der wesentlich geringeren Dicke liegt. Dafür ist eben auch der Maximalaufttrieb kleiner, den das Profil liefern kann.

Soviel mal zum Deadband. Wenn Du kein so dünnes Profil verwenden willst, kann ich mal schauen, was es besseres im Vergleich zum NACA0012 gibt. Ich habe für diesen Fall einen einen Tipp bekommen, den ich aber erst prüfen müßte.

Hans

[ 11. Juni 2002, 18:34: Beitrag editiert von: haru ]
 

FlyHein

Vereinsmitglied
Hallo Haru

Es freut mich, daß dieser Thread sich weiter entwickelt und Ihr mir auf die Sprünge helft.
Ich muß meine erste Angabe zum Leitwerksprofil korrigieren, denn ich habe gerade mal die im Hilfsplan gezeichnete Wurzelrippe des Höhenleitwerks vermessen. Die hat bei einer Tiefe von 202 mm eine Dicke von ~24 mm, daß ergibt etwa 8,5%-Dicke. Das Profil im Hilfsplan ist also doch wesentlich dünner und müsste nach deinen früheren Ausführungen ein erhebliches Deadband-Verhalten (Schwammig?) zeigen.
Das paßt gut zu einer Aussage eines ASW15-Piloten, der von Problemen mit dem Höhenleitwerk sprach.

Tja... was nu???

[ 11. Juni 2002, 20:44: Beitrag editiert von: FlyHein ]
 

Hans Rupp

Vereinsmitglied
Hallo,

also 24mm Dicke bei 202 mm Profiltiefe sind fast 12%, sagt mir mein Taschenrechner ;) .

Ich werde in den nächsten Tagen sowieso für ein Seitenleitwerk (ist allerdings 260mm tief) für den Fuß nach dickeren Alternativen schauen.

Hat Dein Rumpf eine Anformung? Wenn ja, kann man in den ersten 200mm auf ein anderes Profil übergehen. Dort herrschen aufgrund der Interferenzen mit dem SLW sowieso besondere Verhältnisse.

Also wenn Du noch etwas warten kannst, bei RCN werden sei geholfen...

Hans
 

FlyHein

Vereinsmitglied
Hallo Haru

hast recht, ~ 12%. Naja war heute ein anstrengender Tag.
Das Leitwerk hat keine Profilanformung fürs Höhenleitwerk.

Schönen Abend noch....
 
Hallo Freunde,
...hab' erst heute diesen Thread entdeckt.

Zum Thema Lagerungspunkt möchte ich noch was anfügen:

Ok, ein nicht gepfeiltes Leitwerk gehört bei 25% (dem NP) aufgehängt; bei einem gepfeilten Leitwerk muß man etwas mehr rechnen, das Thema ist aber gegessen.

Ein nicht-symmetrisches Profil liefert ein Drehmoment; dieses Drehmoment kann nicht durch eine Änderung des Lagerpunktes ausgeglichen werden, denn die Kompensation würde nur für einige wenige von sehr vielen Flugzuständen gelingen. Man könnte versuchen, das Leitwerk im "Druckpunkt" zu lagern, doch der wandert leider mit sich ändernder Kombination Fluggeschwindigkeit und Anstell-/ausschlagswinkel. Da es sich um ein ziemlich großes Leitwerk handelt, das bei gewölbtem Profil im Extremfall ein wirklich nennenswertes Drehmoment liefern kann (PimalDaumen: 100Ncm und mehr, hoffentlich muß ich das nicht zurücknehmen...), rate ich von einem gewölbtem Profil ab.

Walter hat noch eingeworfen, daß die zur Drehachse asymmetrisch verteilte Masse des Leitwerkes berücksichtigt werden müßte - wie groß könnte denn das aus der Masseverteilung entstehende Drehmoment sein? Lohnt sich das? Da sich die Wirkung der asymmetrische Masseverteilung beim (harten) Aufsetzen vervielfachen kann sollte man vielleicht über einen Schutz des Servo-Getriebes nachdenken; aber m.E. braucht man im Flug nicht mit der asymmetrischen Masseverteilung rechnen.

Das Leitwerk hinter dem Neutralpunkt zu lagern hat noch einen anderen Nachteil: Der vom Leitwerk gelieferte Auftrieb greift vor dem Lager an, versucht also den Anstellwinkel (Ausschlag) weiter zu vergrößern - ein instabiles Verhalten. Ok, eine kräftige, spielfreie Lagerung kann diesen Effekt nierderzwingen, aber meines Erachtes bleibt sie dabei nicht lange spielfrei. Bedenkt bitte: Im gewünschten Flugzustand liefert das Leitwerk keinen Auf- oder Abtrieb - meint man; da aber stets Störungen ausgeglichen werden liefert das Leitwerk in Wirklichkeit pausenlos abwechselnd Auf- und Abtrieb, Lagerung und Servo sind also ständig wechselnden Lasten ausgesetzt.

Das Leitwerk vor dem Neutralpunkt zu lagern liefert im obigen Sinne stabiles Verhalten, kann aber zum Schwingen führen. Die asymmetrische Masseverteilung (hinten mehr als vorne) würde das Schwingen noch unterstützen.

Also: Symmetrisches Profil (klar, ohne Deadband) und möglichst genau im Neutralpunkt lagern; wenn man den nicht genau finden kann (bei gepfeilten Flächen werden die einfachen Schwerpunkt-Rechnungen leider etwas falsch), dann lieber davor, aber möglichst wenig. Über eine (zur Drehachse) symmetrische Masseverteilung nachdenken.

Schöne Grüße,
Helmut
 

FlyHein

Vereinsmitglied
Guten Morgen zusammen

@ all: wenn ich mal zusammenfasse:
Lagerung bei symetrischen, ungepfeilten Höhenleitwerksprofilen im Neutralpunkt (25%), daß Profil sollte möglichst wenig Deadband aufweisen.

Das von mir bisher favorisierte NACA0012 zeigt aber Deadband.

Welches symetrisches Höhenleitwerksprofil ist denn besser geeignet?
 
Hallo Heinrich,
in den privaten Seiten ist Konrad diese HP zugelaufen: http://www.modellflug-freakshow.at/ . Da gibt es unter Download ein Programm zur Ermittlung des Drehpunktes an Pendelleitwerken. Ich habe das Programm zwar runtergeladen, aber noch nicht probiert. Vielleicht ist das ja was für uns.
Gruß Günter
 
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