Schräge Fluglage bei E-Sky Helis

[Styve Nicolet]

Salü zusammen

 

Ich bin noch ein Helianfänger und habe nur wenig Ahnung wie man einen Heli richtig einstellt.

 

Ich besitze einen E-Sky Belt CP und habe folgendes Problem:

Beim schweben hat der Heli immer eine leichte Schräglage. Ich kann bis Heute keine Erklärung dafür finden.

 

Das verrückte ist, das mein Vater auch einen Belt CP und einen Hoeny Bee King2 besitzt, und die haben alle die gleiche Schräglage beim Schweben (sogar in die gleiche Richtunng)!

 

Hoffe das mir Jemand helfen kann.

Freundliche Grüsse

Styve

[consti]

Das liegt am Schwepunkt.

Das sind Koax HElis gell?

Der Obere Rotor ist ja Fix und Wirkt als Kreisel. Ein Kreisel möchte ja immer gerade bleiben, somit muss was anderes Nachlassen ;)

 

 

gruss Consti

[Spitfire Mk XIX]

Da es sich bei beiden Helis eben NICHT um Koax-Helis handelt, sondern um solche in Heckrotorkonfiguration, ist eine leichte Schräglage (d.h. ein kleiner Rollwinkel) normal, da der Heckrotorschub ausgeglichen werden muss (Kräftegleichgewicht in der Vertikalebene). Dieser Effekt ist auch beim Grossheli normal und Du beobachtest damit einen ganz grundsätzlichen Zusammenhang der Heli-Aerodynamik...:)

 

Gruss Dan

[Styve Nicolet]

Habe es aufgezeichnet und jetzt leuchtet es mir ein.

 

Ich studiere seit mehreren Monaten unter anderem Statik und bin nicht einmal fähig so etwas selbst zu sehen, peinlich, peinlich!!

 

Der Rollwinkel hängt also eigentlich von der effizienz der Hauptrotorblätter und der Distanz zwischen Heckrotor und Schwerpunkt ab? Gibt es noch andere Einflüsse die vielleicht diesen Effekt beeinflussen?

 

Vielen Dank

Gruss

Styve

[DNovet]

Salü Styve!

 

Ich würd nicht unbedingt Effizienz Hauptrotorblätter nennen.

 

Ich persönlich definier für mich die Sache so, dass vor allem das Verhältniss von produzierten Auftrieb des Hauptrotors zum Torque des Hauptrotors dafür verantwortlich ist.

 

Abstände (zB Vertikal Hauptrotorebene zu Heckrotorachse oder Heckrotorachse über Schwerpunkt) sollten keinen Einfluss haben, da der Heckrotor ja eigentlich immer gleich stark blässt (und damit den seitlichen Vektor initiiert), ob er jetzt unter, über oder optimalerweise auf der Hauptrotorebene liegt.

Ja, es entsteht zwar je nach Platzierung des Heckrotors ein zusätzliches Rollmoment um die Längsachse der Hauptrotorebene welches den Effekt lindern oder verschlimmern kann (jedoch eher vor allem den Effekt des dynamic rollover unterstützt), der grösste Teil der Schräglage entsteht jedoch durch den seitlichen Schub des Heckrotors.

 

Sehr gut kann man diese Abhängigkeit zwischen dem Schweben innerhalb und ausserhalb des Bodeneffekts begutachten. Einmal zieht der Heli stärker und einmal weniger stark seitlich weg. Da man innerhalb des Bodeneffektes (Kufen auf Ameisenkniehöhe) weniger Torque produziert (und damit weniger Heckschub) als ausserhalb des Bodeneffekts.

 

Liebe Gruess,

 

Dani

[Styve Nicolet]

Danke für die Antwort!

 

Mit der Effizienz meinte ich eigentlich der Widerstand der Blätter im Verhältnis zum erzeugten Schub, d.h. je uneffizienter die Hauptrotorblätter sind, desto grösser wird das Drehmoment um gleich viel Schub zu erzeugen und damit muss auch der Schub des Heckrotors grösser sein -> grösserer Rollwinkel.

 

Mit der Distanz meinte ich die Distanz in der horizontalen Ebene zwischen dem Schwerpunkt (und damit dem Schwenkpunktes) und der Heckrotorenachse. Wenn diese Distanz grösser ist, wird der erforderliche Schub um das Drehmoment auszugleichen kleiner (grösserer Hebelarm) -> kleinerer Rollwinkel. Zumindest so verstehe ich es.

Dieser Ueberlegung zurfolge müsste aber die Lage des Schwerpunktes ( in der horizontalen Ebene gesehen; je weiter vorne der Schwerpunkt liegt, desto grösser wird der Hebelarm des Heckrotors) auf den Rollwinkel einen Einfluss haben. Konnte das jemand schon beobachten?

 

Ein Heli ist auf jeden Fall ein riesiges aerodynamisches Gmurks... mit riesigem Spassfaktor!

 

Gruss

Styve

[DNovet]

Salü Styve!

 

Na, dann haben wir dasselbe gemeint, aber verschiedene Definitionen benutzt! :)

 

Deine Überlegung mit dem längeren Heckausleger dürfte korrekt sein.

 

Ich würde einen anderen Weg wählen:

Mehr Drehzahl plus leichteres Chassis.

Mit mehr Drehzahl kannst du das Kollektiv senken, was zwar weniger Torque erzeugt, aber immer noch gleichen Schub. Dadurch braucht der Heckrotor mit weniger Drehmoment zu kämpfen. Zusätzlich mit kleinerem Gewicht (ich spreche Thema LiPo-Akku und dessen Abstimmung ans Modell an) wird nochmals weniger Schub benötigt, um das Modell im Schwebezustand zu halten, dementsprechend kann das Kollektiv nochmals verringert werden, was nochmals weniger Torque ergibt, nochmals weniger Schub für Heckrotor.

 

Setzt man den Heckrotor weiter nach hinten, muss er in der Tat durch den grösseren Hebel weniger schuben. Allerdings ist diese Verlängerung des Heckrohres mit einem Mehrgewicht verbunden (nicht nur hinten wird das Gewicht grösser, sondern auch vorne brauchts dann auch noch Gewicht, schliesslich soll der Heli im Lot bleiben...), womit wieder mehr Kollektiv benötigt wird. Es stellt sich für mich die Frage, ob sich der durch die Verlängerung verringerte Heckschub nicht wieder aufgrund des Mehrgewichtes dermassen vergrössert werden müsste, womit sich die beiden Effekte aufheben...

Bei Modellheli - speziell Elektrisch - möchtest du immer nur das minimale mitnehmen... Niggi sagte es mal so schön: Für jedes Gramm zusätzlich bezahlst du eine Sekunde Flugzeit. Wenn vielleicht nicht grade sprichwörtlich, stimmt diese Regel doch im grossen und ganzen.

Und da der Effekt in jedem Fall bei einem Heli mit einem Heckrotor auftreten wird, hat wohl noch nie jemand damit experimentiert...

Was es schon gab, waren Helis mit einem Haupt- einem Heck- und einem Frontrotor. Damit gabs dann auch keine Schrägstehenden Probleme mehr...

 

Liebe Gruess,

 

Dani

[Styve Nicolet]

Mehr Drehzahl plus leichteres Chassis.

Mit mehr Drehzahl kannst du das Kollektiv senken, was zwar weniger Torque erzeugt, aber immer noch gleichen Schub.

 

Das mit dem Gewicht un der Drehzahl habe ich auch schon überlegt, da hat es aber meiner Meinung nach einen Hacken. Du kennst sicher die beiden Luftwiderständen die auf einem Flügel wirken: Der induzierte und der parasitäre Luftwiderstand. Wenn ich jetzt die Drehzahl erhöhe könnte es sein, dass der induzierte Widerstand mehr abnimmt als der parasitäre zunimmt, es kann aber auch genau so gut sein, dass der parasitäre mehr zunimmt als der induzierte. Im zweiten Fall hat man doppelt verloren; es wird mehr Energie verbraten um den Hauptrotor und auch den Heckrotor anzutreiben (grösserer Rollwinkel und kürzere Flugzeiten).

 

Das Gewicht zu senken ist auf jeden Fall für die Flugleistungen von Vorteil , aber die Schräglage (ich meine den Winkel des Rotors zur Horizontale) wird es meiner Meinung nach nicht beeinflussen. Wenn du das Gewicht senkts, brauchst du weniger Schub um abzuheben, dadurch wird aber bei gleichem Rollwinkel die seitliche Krafkomponente, die du brauchst um den Schub des Heckrotors auszugleichen, auch geringer. Im Idealfall heben sich diese Kräfteänderungen schön auf.

 

Es sind nur meine Uebrelegungen, können auch völlig falsch sein.

 

Gruss

Styve

[Niggi Moos]

Nicht zu vergessen: Ein hoch angesetzter Heckrotor, wie er bei verschiedenen Helitypen anzutreffen ist (bekanntestes Beispiel Bell 204/205, Huey Cobra etc.), verringert die Schräglage auch. Ist die Heckrotorachse auf der Ebene des Hauptrotors, gibt es praktisch keine Schräglage mehr. Das Rotordrehmoment wird auf der Höhe der Rotorblätter kompensiert. Es entsteht kein Hebel zwischen Torque des Hauptrotors und Gegenmoment des Heckrotors. Nachteil: Ein zusätzliches Getriebe in der Heckrotorwelle und somit ein etwas schlechterer Wirkungsgrad des Heckrotorantriebsstranges, sowie natürlich erhöhter Wartungsaufwand.

 

Grüess vom Freakdaal

 

- niggi

[Styve Nicolet]

Ist die Heckrotorachse auf der Ebene des Hauptrotors, gibt es praktisch keine Schräglage mehr. Das Rotordrehmoment wird auf der Höhe der Rotorblätter kompensiert. Es entsteht kein Hebel zwischen Torque des Hauptrotors und Gegenmoment des Heckrotors.

So wie ich es verstanden habe hat die Höhe der Heckrotorachse in Bezug zur Hauptrotor-Ebene keinen Einfluss auf die sichtbare Schräglage beim Schweben.

 

Wie Dan richtig geschrieben hat entsteht die Schräglage dadurch, dass der Heckrotor zwar das Drehmomnet des Hauptrotors ausgleicht, aber gleichzeitig einen Kräfteungleichgewicht, rechtwinklig zur Helilängsachse erzeugt. Dieser Ungleichgewicht sollte logischerweise gleich dem Betrag des erzeugten Heckrotorschubes sein. Diese resultierende Kraft wird im Schwebeflug mit einer leichten Rollneigung in entgegengesetzter Richtung ausgeglichen.

 

Mathematisch würde das heissen:

Rollwinkel= arctan(Heckrotorschub/Gewichtskraft des Helis)

 

Mit anderen Worten: Die Leistung des Heckrotors muss zweimal erbracht werden, einmal mit dem Heckrotor selbst (um das Drehmoment auszugleichen) und ein zweites mal mit dem Hauptrotor (um das Ungleichgewicht aufzuheben). Oder bin ich völlig näb de schuhä?

 

Gruss

Styve

[Niggi Moos]

Hoi Styve

 

So wie ich es verstanden habe hat die Höhe der Heckrotorachse in Bezug zur Hauptrotor-Ebene keinen Einfluss auf die sichtbare Schräglage beim Schweben.

 

Ja? Meine Aussage beruht z.B. auf folgenden Fakten:

 

• Ich hatte etwas Theorie bei der Ausbildung zum Helimech (Swiss Airforce). Bin zwar nun schon längere Zeit a.D., das wird sich in der Zwischenzeit aber kaum geändert haben.
  
• Eigene Beobachtung: Schau mal einer Alouette II oder III beim Schwebeflug zu. Sie hängt wirklich schräg. Die Heckrotorachse liegt deutlich unter der Hauptrotorebene. (Ich weiss auch, welche Kufenscheuerbleche häufiger durch waren :005: ). Nun schau mal z.B eine hovernden UH-1, Black Hawk oder sonst einem Heli mit hoch angesetztem Heckrotor zu. Beide Kufen /Räder berühren bei der Landung praktisch gleichzeitig den Boden.
  
• Leider habe ich jetzt gerade (bin im Geschäft :009: ) nicht besonders viel Zeit, um noch etwas Gescheiteres zu suchen. Folgend Zitate aus einem Heliforum und einer Heliaerodynamikpage habe ich aber ziemlich schnell gefunden:
  

 

... Die "Schräglage" beim Abheben eines Hubschraubers hat weder etwas mit dem Bodeneffekt und noch viel weniger mit Zufall zu tun.

Hubibernd hat die richtige Antwort eigentlich schon gegeben. Der Heckrotor würde den Hubschrauber seitwärts "wegschieben", wenn dies mit dem Hauptrotor nicht korrigiert würde. Wenn man den Heli von vorne betrachtet sieht man, dass die Kraft die der Heckrotor erzeugt in der Regel nicht in der gleichen

Ebene liegt wie die Kraft die durch den Hauptrotor erzeugt wird. Meistens ist der Heckrotor tiefer als die Drehebene des Hauptrotors. Und das führt im

Schwebeflug dazu, dass der Helikopter auf eine Seite hängt. Ob der Heli nach links oder rechts hängt ist abhängig von der Drehrichtung des Hauptrotors

und davon ob der Heckrotor unter oder über der Hauptrotorebene liegt. Liegt der Heckrotor auf gleicher Höhe wie die Hauptrotorebene, entfällt dieser Effekt fast vollständig und der Heli kann senkrecht abheben. "

 

... Die Kräfte des Haupt- und Heckrotors wirken bei vielen Hubschraubern nicht in der gleichen horizontalen Ebene. Aus diesem Grund kann es sein, dass der Helikopter im Schwebeflug nicht horizontal, sondern mit einer leichten Querlage da steht. Ob die Querlage links oder rechts ist, hängt primär wieder von der Drehrichtung des Hauptrotors ab (Abb 12).

 

Ein schönes Dokument (gezipptes PDF) zur Aerodynamik des Hubschraubers, in dem diese (Abb 12) zu finden ist, findest Du - hier -

 

Sollten diese Hinweise nicht zutreffen, lasse ich mich gerne belehren :005:

 

Übrigens: Dan hat diesen Fakt überhaupt nicht angesprochen, er hat lediglich bestätigt, aus welchen Gründen gewisse Hubschrauber beim Schweben leicht schräg stehen.

 

Ein gutes Büechli ist übrigens Helmut Mauchs "Kleine Hubschrauberschule", welches ich seit langer Zeit mein Eigen nenne.

 

Grüess vomene Helifan vom Freakdaal

 

- niggi

[Hans M.]

Hallo zämä

 

Das Schrägstehen des Helis muss hier etwas genauer definiert werden. D.h. die Rotorkreisebene kann schräg stehen, oder / und der Rumpf kann schräg stehen.

 

Die Rotorkreisebene wird beim Schweben immer schräg stehen, unabhängig von der vertikalen Position des Heckrotors.

 

Da der Hekorotor einen horizontalen Schub erzeugt muss die Rotorkreisebene entsprechend schräg gestellt werden damit der Heckrotorschb den Heli nicht seitlich verschiebt.

Ist die Rotorkreisebene horizontal, dann ist der Schub des Rotors genau vertikal (immer rechtwinklig zur Rotorkreisebene) --> der Heli driftet seitlich weg.

 

Nun zum Rumpf.

Bei einem 2-Blat Rotor hängt der Rumpf im Prinzip wie ein Pendel am Rotor, d.h. die Schrägstellung des Rumpfes ist unabhängig von der Schrägstellung des Rotors (hieraus ergibt sich auch die Problematik von Low-G Manövern mit einem Heli mit 2-Blatt Rotor).

Dadurch spielt hier die vertikale Position des Heckrotors zum Schwerpunkt des Rumpfes eine entscheidende Rolle. --> Heckrotor im Schwerpunk = Der Rumpf bleibt gerade. --> Bell UH1-D Jetranger Robinson usw.

 

(Bei unseren Modellhelis stimmt diese Aussage für die 2-Blatt Rotoren nicht, da diese ja kein Schlaggelenk besitzen und somit der Rotor relativ starr ist.)

 

Bei Rotoren mit 3 oder mehr Blättern möchte sich der Rumpf immer zur Rotorkreisebene ausrichten. Da die Schlaggelenke ausserhalb der Achse des Rotormastes sind wird der Rotormast durch die Fliehkreaft der Blätter immer rechtwinklig zur Rotorkreisebene gezogen. --> Aluette II Ecureuil usw.

 

 

So, jetz muss ich aber wider an die Arbeit ;)

 

Gruss

Hans

[Niggi Moos]

Das Schrägstehen des Helis muss hier etwas genauer definiert werden. D.h. die Rotorkreisebene kann schräg stehen, oder / und der Rumpf kann schräg stehen.

 

Die Rotorkreisebene wird beim Schweben immer schräg stehen, unabhängig von der vertikalen Position des Heckrotors.

 

Da der Hekorotor einen horizontalen Schub erzeugt muss die Rotorkreisebene entsprechend schräg gestellt werden damit der Heckrotorschb den Heli nicht seitlich verschiebt.

Ist die Rotorkreisebene horizontal, dann ist der Schub des Rotors genau vertikal (immer rechtwinklig zur Rotorkreisebene) --> der Heli driftet seitlich weg.

 

Das hingegen kann ich unterschreiben. Wir sprachen aber vom "schrägen Heli" und nicht von der Hauptrotorebene.

 

Die Bemerkungen zum vollkardanischen 2-Blatt Rotor mit einem zentralen Schlaggelenk sind ebenfalls richtig. Das Auslenken der Rotorebene kann man aber auch bei den von Hans erwähnten 3-Blatt Typen beobachten. Die ungedämpften Schlaggelenke sind sehr nahe beim Rotormast, der Effekt des Aufrichtens durch den Zug der Rotorblätter ist zwar vorhanden, aber nicht so stark ausgeprägt. Wer schon mal das Vergnügen hatte, mit einer Alouette II, III oder einem Derivat davon mitzureiten, oder gar solch ein Gerät zu steuern, hat sicher festgestellt, dass sich der Rumpf unter dem Rotor wie ein Pendel benimmt, besonders bei Turbulenzen. War mir damals, als eingefleischtem Flächenflieger, ziemlich suspekt. Die anfängliche Tendenz, jede Bewegung des Rumpfes auszusteuern, hatte ganz lustige Folgen :009:

 

Anders sieht die Lage bei Starrrotoren aus. Hier folgt der Rumpf wirklich der Hauptrotorkreisfläche. Ergo wird der Heli im Schwebeflug tatsächlich etwas schräg hängen.

 

Noch was: Heutige Modellhelis haben praktisch starre Rotorköpfe. Das war aber nicht immer so. Die ersten erhältlichen, flugfähigen Bausätze waren die Helis von Dieter Schlüter (~1970). Sie hatten noch kardanische Köpfe (zentrales, frei bewegliches Schlaggelenk). Der Ausschlag wurde lediglich durch zwei gummiüberzogene Anschläge begrenzt - damit der Rotor nicht im Heckrotorausleger einschlug. Ich denke da an die berühmte Schlüter Cobra (fixed pitch!), den Heliboy und das kleinere Brüderchen das Helibaby. Die letzteren beiden stehen übrigens, allerdings jetzt motorlos, immer noch auf zwei Tablaren in meinem Bastelkeller. Geflogen wurde noch ohne Kreisel - den gab's nämlich noch gar nicht.

 

Grüess vom Freakdaal

 

- niggi