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greenx

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Saturday, August 21st 2010, 9:50pm

Problem des rücklaufenden Blattes

Hi, ich beschäftige mich seit kurzem mit der Theorie der Tragschrauber-Aerodynamik. Was mir zur Zeit ein Rätsel ist:

De Cierva hat als Kompensation für den Auftriebsverlust am rücklaufenden Blatt verschiedene komplizierte Lösungen entwickelt, mitunter auch cyclic pitch.

Nun haben die modernen Sport-Gyros eine starre Verbindung zwischen den einzelnen Rotorblättern. Wie wird hier der Auftriebsverlust am rücklaufenden Blatt ausgeglichen?

Vielen Dank für die Erklärung, Gerald

AndyTille

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2

Sunday, August 22nd 2010, 12:18am

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Hallo Gerald. Oki, gehen wir mal zurück zu De La Sierva. Dessen erste Experimenal Gyromodelle hatten Blätter aus weichem (der Trikk war biegsames)Material und funktionierten einwandfei. Für die ersten richtigen Gyros verwendete er härteres Material für die Rotoren und die wollten überhaupt nicht so rund laufen wie die Modelle. Die Gyros kippten reihenweise um da eben eine Seite mehr Aufrrieb (vorlaufende) erzeugte wie die andere (rücklaufende). Irgendwann begriff D. la S. das es unterschiedliche Auftriebe gab die nicht von den harten Rotorblättern kompensiert wurden (uim Gegensatz zu den weichen die er an den Modellen verwendete da klein und leicht und flexibler wie ein "richriger großer Rotor"). Dann begann er zu experimentieren und kam über jedes einzelne Blatt mit Schlaggelenk (nach oben/unten und vorne/hinten auf den halbstarrren Rotor. Dieses System ist so einfach wie genial (und damit funktionierten dann auch endlich die Hubschrauber, siehe Sikorski und Bell). Das Blatt was nach vorne + oben geht hat zwar mehr Luftanströmung (höhere Ansträmgeschwindigkeit = mehr Auftrieb), verkleinert aber dabei seinen Anstellwinkel. (kleiner Anstellwinkel = weniger Auftrieb). Beim rücklaufenden Blatt genau umgekehrt, sprich zwar weniger anströmende Monoküle (servus Harald :idea: ),= weniger Auftrieb dafür ergeblich mehr Anstellwinkel durch das schnell sinkende Blatt = mehr Auftrieb. Das Schlaggelenk (weshalb der Rotor das beim parken im Wind lästige Spiel im Kopf hat) erlaubt den beiden Blättern sich selbstständig soweit auszugleichen ohne diese Kraft auf den Rahmen zu übertragen und damit den Gyro auf eine Seite zu ziehen. Aber Du spürst den minimalen verbleibenden Rest als Vibrationen am Stick. Noch Fragen? Gruß Andy
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Sunday, August 22nd 2010, 2:13pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Quoted from ""greenx""

Nun haben die modernen Sport-Gyros eine starre Verbindung zwischen den einzelnen Rotorblättern. Wie wird hier der Auftriebsverlust am rücklaufenden Blatt ausgeglichen?

Durch zyklische Änderung des Anstellwinkels, induziert dadurch, dass die Rotorebene nicht senkrecht auf der Drehachse des Rotorkopfs steht. Was, wie Andi richtig sagt, dadurch ermöglicht wird, dass es ein Schlaggelenk gibt - egal, ob jedes Blatt sein eigenes Gelenk hat oder ob es sich um ein zentrales handelt. Ganz genau gesagt, gibt es (im stationären Geradeausflug) keinen Auftriebsverlust oder -unterschied, der auszugleichen wäre. Die Rotorebene nimmt "von selbst" die Position ein, in der kein Auftriebsunterschied besteht. Allerdings bewegt sich das Blatt nicht andauernd hoch und runter, wie Andi schreibt.
VG, Michael

Axel F.

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Sunday, August 22nd 2010, 4:34pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Quoted from ""AndyTille""

Aber Du spürst den minimalen verbleibenden Rest als Vibrationen am Stick.

Das hat weniger mit dem unterschiedlichen Auftrieb der beiden vor- und zurücklaufenden Rotorflügeln zu tun, als viel mehr mit einer Unwucht im Rotorsystem selbst.
D.h. eine Rotorseite ist schwerer als die andere, so daß durch die Fliehkraft des drehenden Systems Schwingungen (Vibrationen) entstehen, die im gesamten Gyro, aber besonders im Stick merkbar sind. Die Stärke der Vibrationen sind von Gyro zu Gyro, je nach Qualität der Wuchtung, unterschiedlich stark ausgeprägt. Ein paar Gramm sind da schon deutlich zu spüren.

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Sunday, August 22nd 2010, 4:45pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Das ist auch meine Erfahrung. Zwar gibt es immer unvermeidbare Vibrationen, die aus der Dynamik des Rotors herrühren, doch sind diese bei den meisten Tragschraubern wesentlich geringer als die vermeidbaren.

AndyTille

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Sunday, August 22nd 2010, 10:28pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Ganz klar sind die Vibrationen die von einem schlecht gewuchteten Rotor herrühren die dominanten. Aber sicher ist Euch aufgefallen das an sehr windigen Tagen der Stick auch stärker vibriert wie an Tagen ohne große Luftbewegung. Da es sich um den gleichen Rotor handelt stammen diese Vibrationen nicht aus der Unwucht, sondern aus der Arbeit des Schlaggelenkes und einer verstärkten Bewegung der Rotorblätter. Oder sehe ich das falsch?

@ Michael: Ist dem so das der Rotor von selbst alle Parameter so einstellt das die Blätter eine saubere Kreisbahn ziehen? Interessant, jetzt miß doch mal langsam die Hi Speed Kamera her.......das will ich sehen.
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Sunday, August 22nd 2010, 10:58pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

ob du das falsch siehst - ich würde sagen Jein. Bei Wind gibt es in Bodennähe Turbulenzen, vermute, die machen das, was du beschreibst, denn ansonsten "weiss" der Rotor ja gar nicht, dass es einen Unterschied zwischen Airspeed und Groundspeed gibt.

Zum zweiten Absatz: Stell dir vor, der Rotor (wir betrachten nur die Blattspitzen) würde bei null Fahrt eine horizontal liegende Kreisbahn beschreiben. Wenn er nun unter Fahrt zyklisch vorlaufend auf- und rücklaufend abwärts sich bewegen würde, dann hätten wir (zumindest grob betrachtet) immer noch eine Kreisbahn. Nur wäre die Ebene, die der Kreis beschreibt, seitlich geneigt, bei den rechts vorlaufenden Rotoren also nach links.
Hast du das schonmal in der Praxis beobachtet? Und: Bei einer Blattspitzengeschw. von bspw. 500 km/h und bei 200 km/h CAS (das ist grenzwertig, ich weiss, aber möglich) ist die vorlaufende Blattspitze mehr als doppelt so schnell wie die rücklaufende, sollte bei gleichem Anstellwinkel mehr als 5x so viel Auftrieb liefern. Wie stark schätzt du, dass die "seitliche Auslenkung" sein müsste, um das zu kompensieren?
Wir hatten das ganze schon einmal in Andis Forum diskutiert, leider ist das jetzt nicht mehr verfügbar.

VG M.

AndyTille

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Sunday, August 22nd 2010, 11:12pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Gut, das sind einige Punkte mehr....wie z.B. die Zentifugalkraft die den Blättern kein zu starkes Eigenleben erlaubt. Ob die seitliche Auslenkung so groß wäre das man sie "deutlich" erkennen kann weiß ich nicht, evtl, ist sie ja kaum sichtbar oder sie ist vorhanden und man hat noch nie drauf geachtet? Ich kann mir gut vorstellen das die Blätter sauber drehen ohne sich "auf und ab" zu schwenken, auch wenn die Kopfstellung anderes vermuten läßt....... die geneigte Rotorebene erzeugt die verschiedenen Anstellwinkel auch ohne groß aktiv korrigierende Blätter. Aber ein schöner Film wäre sehr aufschlußreich. LG Andy
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Sunday, August 22nd 2010, 11:29pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Die Kopfstellung? Die hast du 1:1 in der Steuerknüppelstellung abgebildet. Der Stick steht auch bei schnellerer Fahrt ziemlich senkrecht auf dem Horizont (nicht allerdings die Zelle, wg. des Propellerdrehmoments). Das ist das nächste Gegenargument: wäre die Rotorebene seitlich geneigt, müsste der Gyro nicht nur seitlich wegdriften, das Blatt hätte (bei neutralem Stick gegenüber dem Horizont wie o.g.)(Standarddrehrichtung) im vorderen Durchlauf weniger und im hinteren mehr pitch, mithin käme (90°-Versatz Ursache-Wirkung) der Rotor links hoch. Bis er wieder horizontal ist.
Nein, der Trick ist der, dass wir, um (horizontal) schneller zu fliegen, mehr Gas geben, der Auftriebsunterschied würde dazu führen, dass sich die Maschine aufbäumt (90°-Versatz Ursache-Wirkung) sodass wir schlicht steigen, was wir aber nicht wollen: wir drücken nach, bleiben auf Höhe, nehmen (wie beabsichtigt) Fahrt auf, allerdings müssen wir über Gebühr nachdrücken, sprich: etwas mehr, als wir die Rotorebene gegenüber der Anströmung flacher stellen müssen, um bei der nun höheren Geschwindigkeit denselben Auftrieb zu erzeugen. Damit steht die Rotorebene nicht senkrecht auf der Drehachse des Kopfes, der Kopf (und damit seine Drehachse) ist dieser gegenüber nach vorne geneigt - weiter als vor dem Manöver der Fahrtzunahme.

greenx

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Monday, August 23rd 2010, 9:18pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Hi, erstmal herzlichen Dank für die kompetente Erläuterung. Für mich ist das alles komplettes Neuland, von der Fläche kommend, mit RC-Heli-Erfahrung.

Ich versuche das mal für mich auf die Reihe zu bekommen:

Die Rotorebene verläuft nicht normal zur Drehachse (Hochachse) des Kopfes, sie ist leicht nach vorne geneigt. Das führt dazu, dass das in Fahrtrichtung rechte (vorlaufende) Blatt etwas weniger Anstellwinkel zur anströmenden Luft hat, als des linke, rücklaufende Blatt. Soweit korrekt? Gedankenübung: würde der Rotor andersrum (von oben gesehen im Uhrzeigersinn) drehen, dann müsste die Rotorebene im Verhältnis zum Kopf nach hinten geneigt sein, um den selben Effekt zu erzielen? (Bitte lass das richtig sein).

Ich habe beim MTO Sport beim besten Willen kein Schlaggelenk erkennen können, die Rotorblätter sind fest miteinander verbunden sind, über den rotor hub (benson standard gyrocopter).

Ist nun bei entsprechend elastischen modernen Rotorblättern auch GFK (ELA) oder Alu (MTO, Magni) das Schlaggelenk überflüssig?

War es Igor Bensen, der auf diese "schräge" Anordnung der Rotorebene kam? Ist es das, was man als "tilting head cyclic pitch" versteht?

Vielen Dank nochmal, Gerald

Sparrow

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Monday, August 23rd 2010, 10:07pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Quoted from ""greenx""

...Ist nun bei entsprechend elastischen modernen Rotorblättern auch GFK (ELA) oder Alu (MTO, Magni) das Schlaggelenk überflüssig? ...

Kleine Anmerkung: Magni verwendet ebenfalls einen Verbundwerkstoff für die Rotorblätter, kein Aluminium...

Viele Grüße
Frank

AndyTille

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Monday, August 23rd 2010, 11:11pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Das "Schlaggelenk" ist die katanische Aufhängung der beiden durch die Barre verbundenen Rotorblätter (diese Einheit ist fest durch viele Schrauben miteinander verbunden) mit dem Rotorkopf. Wenn eine Blattspitze des Rotor in die Hand nimmst wirst feststellen das diese sich ganz leicht nach oben und unten bewegen lassen, aber nur bis zur Anschlagbegrenzung, ab da ziehst den Kopf mit dem Steuergestänge mit runter. Das wo freien Weg hast ist das Spiel des Schlaggelenks das den Gyros/ einfacheren Helis das fliegen erst ermöglicht.

ELA verbaut selbst produzierte Rotorblätter aus einem starken Aluminiumkern, festem Schaum und alles überzogen mt Carbon. Der Rotor ist sehr steif, Gewichtsmäßig mit 32 kg im Mittelfeld. Magni baut seine Blätter auch selbst und verwendet dafür Glasgewebe. Was im Inneren ist weiß ich nicht. Der Rotor soll flexibler sein und bringt um die 40 kg auf die Waage. Die Alublätter- Rotoren kommen so auf 16 kg.......hat alles seine Vor und Nachteile, und da letztendlich alle fliegen ist das Gewicht wohl nicht von existentieller Bedeutung wenn man fliegen kann.
GIANT: Gyrocopter International Flugschule, Mallorca. ELA global

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Tuesday, August 24th 2010, 12:47am

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Einspruch, Euer Ehren!

Das Schlaggelenk ist keine "kardanische Aufhängung" (siehe <!-- m --><a class="postlink" href="http://de.wikipedia.org/wiki/Kardanische_Aufh">http://de.wikipedia.org/wiki/Kardanische_Aufh</a><!-- m -->ängung ), sondern einfach nur der Bolzen, der den beiden auf dem Blattträger fix miteinander verbundenen Rotorblättern nur noch einen Rotations-Freiheitsgrad läßt (Prinzip: Spielplatz-Wippe). Und an dem die ganze Kiste hängt. Genial einfach! Einfach genial!

Alu-Blätter (z.B. die von Averso) können durchaus ebenfalls um die 40 kg auf die Waage bringen. Bei den Massen ist nicht alles egal: es kommt auch darauf an, wo sie sitzen und ob sie nicht auch einen positiven Effekt haben: ich schätze zum Beispiel eine hohe Rotormasse, denn sie bringt mehr Energie (und somit ein Quäntchen mehr Sicherheit) und bei heftigen Turbulenzen auch etwas mehr Ruhe in unsere "Tragfläche". Aber das ist Geschmacksache, denn andere schwören auf "agile" Rotoren.

Gerald "Greenx": Ich würde dir ja gerne die Physik des Rotors so erklären, wie ich sie verstanden habe - aber: dazu brauche ich mindestens 2 Hände!

Leider sind mit dem Verschwinden des anderen Forums alle Threads zu dem Thema verschwunden, aber im amerikanischen Forum gibt es ebenfalls viel Brauchbares zu dem Thema: <!-- w --><a class="postlink" href="http://www.rotaryforum.com">www.rotaryforum.com</a><!-- w -->

Servus, Holger
"Es ist eine Kunst, sagt er, oder vielmehr ein Trick zu fliegen. Der Trick besteht darin, dass man lernt, wie man sich auf den Boden schmeißt, aber daneben."

Douglas Adams, aus: Das Leben, das Universum und der ganze Rest

GyroTec

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Tuesday, August 24th 2010, 12:53am

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Die Rotorebene verläuft nicht normal zur Drehachse (Hochachse) des Kopfes, sie ist leicht nach vorne geneigt.
nein, nach hinten
Das führt dazu, dass das in Fahrtrichtung rechte (vorlaufende) Blatt etwas weniger Anstellwinkel zur anströmenden Luft hat, als des linke, rücklaufende Blatt. Soweit korrekt?
korrekt
Gedankenübung: würde der Rotor andersrum (von oben gesehen im Uhrzeigersinn) drehen, dann müsste die Rotorebene im Verhältnis zum Kopf nach hinten geneigt sein, um den selben Effekt zu erzielen? (Bitte lass das richtig sein).
ist richtig, aber nur weil es oben (umgekehrt) falsch war. Die Wirkung läuft der Ursache um 90° voraus. Bei geänderter Drehrichtung ändert sich quasi auch die Richtung des "Vorauslaufens".
Ich habe beim MTO Sport beim besten Willen kein Schlaggelenk erkennen können, die Rotorblätter sind fest miteinander verbunden sind, über den rotor hub (benson standard gyrocopter).
die miteinander verbundenen Blätter sind frei um ein paar Grad im Schlaggelenk beweglich (zentrales Gelenk), was den Vorteil hat, dass es die Fliehkräfte nicht aufnehmen muss. Das bewirkt dasselbe wie zwei (beim Zweiblattrotor) voneinander unabhängige Schlaggelenke.
Ist nun bei entsprechend elastischen modernen Rotorblättern auch GFK (ELA) oder Alu (MTO, Magni) das Schlaggelenk überflüssig?
Nein, man hätte alles andere als eine feinfühlige Steuerung, auch wenn die Biegeelastizität das Schlimmste (die völlige Unsteuerbarkeit des Rotors) verhindert.
War es Igor Bensen, der auf diese "schräge" Anordnung der Rotorebene kam?
Was ist daran schräg? Nein, das ist eben das Prinzip der Kopfkippsteuerung, das gab es schon vorher.
Ist es das, was man als "tilting head cyclic pitch" versteht?
Den Begriff hast du bestimmt aus dem Rotary forum. Hättest du alle Artikel von CB daraus gelesen, könntest du uns hier schlau machen ... der Begriff umschreibt den cyclic pitch Effekt, der sich aus der Kopfkippsteuerung ergibt. Der Rotor läuft der Bewegung des Kopfes quasi hinterher. Wenn man es verstanden hat, begreift man es als ein genial einfaches Prinzip.

VG Michael

greenx

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Wednesday, August 25th 2010, 10:34pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

oookay. Also Kopf-Kipp-Steuerung gab es schon vor Bensen, er hat sie aber in seinen Gyrcoptern eingesetzt?

Ok ich mach mich da mal langsam ran:

Die Rotorebene ist im Verhältnis zum Kopf nach hinten gekippt. So hat rein geometrisch das vorlaufende (rechte) Blatt den um den Kippwinkel größeren Anstellwinkel als die Kopf-Ebene.

Nun tritt die Wirkung um 90Grad verzögert ein: ich hab mir mal sagen lassen, das hat nichts mit der rechten-Hand-Regel des Kreisels zu tun, sondern mit der der Masseträgheit des Rotorblattes auf der ganzen Länge...wie dem auch sei: die Auftriebserhöhende Wirkung würde demnach in 12 Uhr (vorne) auftreten, das würde zu einem pitch up führen...ihr merkt wohl wie es mich hier schleudert. Bitte um weitere Erläuterung, und um Geduld, danke euch!

Übrigens, die technische Ausführung des zentralen schlaggelenkes hab ich in etwa kapiert, ich werde mir das bei nächster Gelegenheit auch am MTO Sport ansehn. Ich hab nur so eine Ahnung, dass ich die aerodynamische relevanz dieses Gelenks noch nicht erkenne. Angeblich ermöglicht erst dieses Gelenk die zyklische Pitchverstellung...lg gerald

GyroTec

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Wednesday, August 25th 2010, 10:49pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Quoted from ""greenx""

Die Rotorebene ist im Verhältnis zum Kopf nach hinten gekippt. So hat rein geometrisch das vorlaufende (rechte) Blatt den um den Kippwinkel größeren Anstellwinkel als die Kopf-Ebene.

Hallo Gerald! Wenn der Rotor gerade quer steht, und du neigst nun den Rotorkopf nach vorne, sprich: die Schlaggelenkachse, dann verringerst du am vorlaufenden Blatt doch den pitch, und nicht umgekehrt!
Mein pers. Tip: Am besten nimmst du dir einen Gyro und neigst im Stand mal den Kopf nach vorne-hinten und schaust es dir an - erst mit Rotor längs (gedanklich: Rotor muss im Flug nicht mit, wegen freier Beweglichkeit im Gelenk) und dann quer (Gelenkachse wird geneigt). Im zweiten Fall siehst du direkt, wie du mit dem Knüppel den pitch steuerst. Ersatzweise als Trockenübung ein Lineal nehmen.
Wenn dann generell der "Groschen gefallen" ist, und dir klar ist, wieso der Rotor immer dem Kopf hinterherläuft, dann erst beschäftige dich mit der Frage, wie sich das unter Vorwärtsfahrt verhält.
VG Michael

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Wednesday, August 25th 2010, 11:13pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Der Kopf ist also nach vorne geneigt, und der Rotor folgt (gedämpft durch das schlaggelenkt) dieser Kipstellung. So haben wir weniger pitch beim vorlaufenden Blatt.

Frage mich nun: im Verhältnis zu ... was? ... ist der Rotorkopf und dadurch auch die Rotorebene nach vorne gekippt? LG Gerald

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Wednesday, August 25th 2010, 11:26pm

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

du nimmst mich nicht auf den Arm hoffe ich.
Es geht darum, dass das Schlaggelenk ermöglicht, dass man den Kopf neigen kann, ohne die Rotorebene mechanisch mitzuzwingen, dass Bewegung des Kopfs umlaufende Anstellwinkeländerung bewirkt, dass diese aerodynamisch bedingt den Rotor dem Kopf hinterher laufen lässt und dass das ganze die Steuerbarkeit des Systems ebenso ermöglicht wie die Vorwärtsfahrt.

greenx

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Thursday, August 26th 2010, 12:10am

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

neein ich nehm hier niemand auf den arm, ich bin sehr froh dass ihr mir helft.

ein glas ribiselwein später: ich denk ich bin etwas weiter:

die achse des schlaggelenks ist nach vorn geneigt, die rotorebene folgt aber, wegen des freiheitsgrades des schlaggelenks, der kopfebene. siehe auch: loch etwas schräg in lineal machen, bleistift durch. ohne freiheistgrad vorn und hinten ziemliches desaster, unwucht und alles. mit freiheistgrad, also aufdehnung des bohrloches längs des lineals, rotation möglich mit cyclic pitch jeweils in 3 und 9 uhr.

aber: was nun mit 90 grad versetzter wirkung? demnach hätten wir die wirkung wieder wo es nicht gewünscht wird: in 12 und 6 uhr...help! lg gerald

GyroTec

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20

Friday, August 27th 2010, 12:50am

Re: Problem des rücklaufenden Blattes

Hallo,
vielleicht gehts ohne Johannisbeerwein besser. Hats "geschnackelt", oder geht die Diskussion weiter?

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