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1

Wednesday, January 5th 2011, 6:50pm

Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Hallo Freunde,

ich liege zur Zeit mit etwas Fieber und Kopfweh im Bett und mir ist unbeschreiblich langweilig. Besonders schmerzhaft finde ich, dass das Flugwetter in den letzten Tagen ein paar Mal echt super war und ich nur durchs Fenster hinaus schauen konnte. Aber jetzt zum Thema:

Wie ihr wisst, gab's ein Service Bulletin des DULVs (und weltweit anderer Organisationen), nachdem Ermüdungsrisse bei einzelnen Autogyro-Rotoren aufgetreten waren. Ich hatte jetzt die Gelegenheit mit Otmar Birkner zu telefonieren, und er hat mir einen druckfrischen Report gemailt, der in Verbindung mit der Cranfield University und der britischen CAA zu diesem Thema entstanden ist. Der Report ist ausführlich, wissenschaftlich, gründlich und listet auch die Rohdaten auf, so dass alle Schlussfolgerungen daraus transparent nachvollziehbar sind. Es wurden metallurgische Untersuchungen an Rissen durchgeführt, Stressberechnungen gemacht und gut instrumentierte Testflüge absolviert (gemessen wurden hauptsächlich Biegemomente an mehreren Stellen an Blattober- und unterseite, die Rotordrehzahl und das Lastvielfache in feinen zeitlichen Datenreihen).

Auf der Basis dieses Reports lassen sich nun Tatsachen von bloßen Spekulationen unterscheiden.

Kurz gefasst handelt es sich bei den Rissen um Ermüdungsrisse, die durch exzessive vertikale Biegelasten im Blatt unmittelbar nach dem Ende des Blatthalters hervorgerufen werden. Diese Überbelastung tritt nicht auf, wenn der Gyro innerhalb des im Handbuch spezifizierten Bereiches (also keine Kunstflugmanöver, nicht mehr als 60° Querneigung) geflogen wird. Aber der MT03/MTOSport/Calidus ist ein so agiler Gyro, der zum Herumturnen in der Luft geradezu einlädt. Im Besonderen wurde das zulässige Biegemoment bei einem Flugmanöver überschritten, bei dem nach einer anfänglichen teilweisen Entlastung des Rotors plötzlich hart und bis zu 90° Querneigung eingenommen wurde. Dabei stieg das Lastvielfache momentan auf ca. 2,5 g, während die Rotordrehzahl noch ca. 1,5 s benötigte um hochzuspulen. Innerhalb dieses Zeitraums, wo die Rotordrehzahl (und damit Fliehkraft) für die Rotorbelastung zu gering ist, steigt der Konuswinkel des Rotors deutlich über die im normalen Flugzustand erreichten Werte an. Dies führt zu übermäßigen Biegemomenten genau an der Stelle, an welcher die Blatthalterung endet und das Rotorblatt beginnt, frei nach oben und unten zu schwingen.

Mikroskopische Untersuchungen haben gezeigt, dass viele solcher Menöver notwendig sind, bis es zu einer deutlichen Rissbildung kommt.

AutoGyro hat auch bereits eine neue Blatthalterung in den Testflügen getestet. Diese weist einen größeren Konuswinkel auf und auch eine gegen das Ende hin abnehmende Steifigkeit. Wie die Daten zeigen, ist es damit auch bei krassen Manövern nicht mehr möglich, das Material zu überbeanspruchen.

Nach genauem Studium des Reports scheint mir das hier aufgezeigte Problem nicht nur auf Autogyro-Rotoren beschränkt zu sein. Prinzipiell davon betroffen sind alle steifen Blatthalter mit einem zu geringen Konuswinkel. Dass das Problem nur so sporadisch auftritt, liegt daran, dass spezielle, extreme Flugmanöver notwendig sind, um zur Überbelastung zu führen. Es braucht dazu auch eine weltweit große Flotte mit vielen Flugstunden und exzessivem Schulungs- und Charterbetrieb. Andere Gyros (besonders 2-Sitzer in side-by-side Konfiguration) sind auch aufgrund der höheren Massenträgheitsmomente nicht besonders dazu geeignet, diese Flugmanöver mit der notwendigen Rasanz durchzuführen und laden daher auch nicht dazu ein, die Grenzen des Möglichen zu erforschen.

Im Rahmen der Testflüge wurden auch härtere Landungen auf Asphalt und Gras sowie simulierte Turbulenzen ausprobiert, allerdings als mögliche Ursachen für die Ermüdungsrisse ausgeschieden.

Otmar Birkner hat gesagt, er wird ein entsprechendes Statement, das auf dem Report beruht, auf seiner Webseite veröffentlichen.

Liebe Grüße, -- Chris.

parakopter

Trainee

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2

Wednesday, January 5th 2011, 7:00pm

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Das tönt doch gar nicht schlecht. Es beruhigt mich als MTO-Flieger, dass die Risse vorallem auf exzessive Flugmanöver zurück zu führen sein sollen. Hoffen wir das Beste. ;) ;)
Guido.

Schlagschrauber

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3

Wednesday, January 5th 2011, 7:25pm

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Hi, Chris! Gute Besserung!

Ich kann deine Verbitterung nachempfinden: ich sitz hier in Graz und bekam leider keinen Flieger zu Chartern: alles ausgeflogen! Und mein Gyro steht daheim!

Das mit dem Untersuchungsergebnis klingt gut! Und auch eine offene Informationspolitik seitens Otmar ist sehr zu begrüßen!

Und unter "Designenvelope" versteht man also offensichtlich die im Betriebshandbuch angegebenen Betriebsgrenzen. Ich weiß ja, dass die 60° Querlage 2.0 g Belastung entsprechen (sauber geflogen). Allerdings schreibt die BUT einen Nachweis der Belastung mit 3.0 g vor. Die liegen also außerhalb des "Designenvelopes". Oder?

Jetzt wäre es noch interessant, ob die Piloten, bei denen solche Risse aufgetreten sind, tatsächlich jenseits von Gut & Böse herumgeturnt waren ... :twisted: ... das müsste sich doch - auch im Sinne der allgemeinen Sicherheit - zur Bestätigung dieser Untersuchung feststellen lassen.

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

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4

Wednesday, January 5th 2011, 8:10pm

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Servus Holger,

Das Problem ist nicht das Lastvielfache an sich, sondern die abrupte Steigerund der Belastung in einer Weise, dass die Rotordrehzahl hinten nach hinkt. Denn der Konuswinkel ist unabhängig vom Lastvielfachen, solange sich die Rotordrehzahl autorotativ auf den physikalisch passenden Wert einstellen kann. Wenn du also ein Manöver fliegst, bei dem sich das Lastvielfache viel rascher ändert als dies der Rotordrehzahl möglich ist, kommt es zu übrschießenden Konuswinkeln und dadurch zu Biegemomenten, die das Material auf Dauer nicht aushält.

-- Chris.

Schlagschrauber

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5

Wednesday, January 5th 2011, 8:37pm

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Ah!

Jetzt ist alles klar!

Danke für die Nach-Erklärung!

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

gyrowing

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Thursday, January 6th 2011, 2:35am

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Servus!
Nachdem ich im alten Forum ausführlich von meinem "rollenähnlichen Überschlag" mit Übergang in Rückenlage 180°-Wechsel und seitlichem Abkippen berichtet hatte, der mir ungewollt mit meinem MT03 im Mai 2008 passierte und mir beinahe das Leben gekostet hätte, war ich vor einigen Wochen sehr gespannt, was die sorgfältige Überprüfung meines Aircopterrotors (inzwischen ca 725h) sagen würde.
Ergebnis: Nicht die geringsten Anzeichen von Rissen oder Blattverbiegungen waren erkennbar. Bedauerlich waren nur die schlecht entgrateten Bohrlöcher...aus denen die damals noch speziell gedrehten 9 Bolzen wegen einer Loctite-Beschichtung....!...kaum herauszubekommen waren.

Da fragte man sich bisher, durch welche Manöver die erwähnten Rissbildungen verursacht werden könnten.

Wie ckurz2000 berichtete, scheint eine Begründung nun gefunden zu sein.
Danke für die Info!

Es grüßt Euch
Harald
NSA auch hier: O' zapft is !

Bastian

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Thursday, January 6th 2011, 8:40am

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Hallo Chris,
vielen, vielen Dank für diese Informationen. Ich denke, wir sind nun alle ein wenig erleichtert. Besteht die Möglichkeit, diesen Bericht einzusehen? (Auch wenn ich nur ca. 7% davon verstehen werde?)
Gruss und gute Besserung
Bastian

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8

Thursday, January 6th 2011, 9:27am

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Hallo Harald, dein Flugmanöver muss nicht notwendigerweise zu Überbelastungen der beschriebenen Art geführt haben. Und selbst wenn, reichen ein paar Mal auch nicht aus, um einen Ermüdungsriss entstehen zu lassen. Trotzdem würd ich in Zukunft solche Manöver lieber bleiben lassen ;)

Hallo Bastian, ich habe versprochen, den Bericht nicht weiterzugeben, kann ihn also leider nicht posten. Das bleibt Birkner überlassen, der hat ja schließlich auch bezahlt dafür. Mal sehen, was er davon auf seiner Webseite veröffentlicht.

Liebe Grüße, -- Chris.

troed

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9

Thursday, January 6th 2011, 10:22am

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

.......... das erklärt möglicherweise auch warum bei den Magnis die Blatt-Träger (Wippe) die Rotorblätter nicht vertikal sondern seitlich aufnehmen. So können sich bei zu hohen Biegemomenten an den Blättern keine punktuellen Belastungsspitzen aufbauen, denn gerade infolge des höheren Blattgewichtes und damit höherer Beschleunigungs-Trägheit können dort vermutlich bei den von Dir genannten Manövern öfter solche Belastungsspitzen auftreten.
Angelo | "Es ist besser zu WISSEN als zu GLAUBEN" | Perfect Smile and Face - Zahnimplantate

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10

Thursday, January 6th 2011, 10:48am

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Durchaus möglich, Angelo. -- Chris.

troed

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11

Thursday, January 6th 2011, 1:15pm

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Ach ja, baldige Besserung .......... :D
Angelo | "Es ist besser zu WISSEN als zu GLAUBEN" | Perfect Smile and Face - Zahnimplantate

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Thursday, January 6th 2011, 7:22pm

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

...siehe nächste Post (sorry) -- Chris.

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13

Thursday, January 6th 2011, 7:31pm

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Quoted from ""troed""

.......... das erklärt möglicherweise auch warum bei den Magnis die Blatt-Träger (Wippe) die Rotorblätter nicht vertikal sondern seitlich aufnehmen. So können sich bei zu hohen Biegemomenten an den Blättern keine punktuellen Belastungsspitzen aufbauen, denn gerade infolge des höheren Blattgewichtes und damit höherer Beschleunigungs-Trägheit können dort vermutlich bei den von Dir genannten Manövern öfter solche Belastungsspitzen auftreten.


Hab' mir das noch einmal durch den Kopf gehen lassen. Ich kenne das Rotorub an Magnis nicht so genau um hier etwas sagen zu können, aber auch wenn du das Blatt mit seitlichen Bolzen am Träger fixierst, machst du es dadurch biegesteif. Es tritt dann eine Konzentration des Biegemoments am letzten Bolzen auf, genauso wie bei oben-unten Trägern. Vielleicht haben die Magnis da auch eine noch schlauere Lösung gefunden, wer weiß.

Jedenfalls müssen Gyrokonstrukteure nicht immer wieder das Rad neu erfinden, denn bei den Hubschraubern gibt's das Problem noch viel mehr, da die Rotordrehzahl durch den Drehzahlregler und Motor konstant gehalten wird. Eine "Nachregelung" des Biegewinkels durch Autorotation gibt es bei Helis im Normalbetrieb nicht, wodurch der Blattbiegewinkel nicht konstant ist. Das Problem wird dort durch hauptsächlich zwei Lösungsansätze beseitigt.

1) Ein oben-unten Blattträger, der aber, wie eine Blattfeder, nach außen zu immer elastischer wird. Dadurch alleine kommt es zu einem graduellen Steifigkeitsverlauf, der einer Konzentration der Biegelasten entgegenwirkt. Zum Beispiel hat der Helicycle Hubschrauber (1-sitzig, Turbinen getrieben, 2-Blattrotor) einen 4-fach abgestuften Blattträger.

2) Ein Konusgelenk (engl. coning hinge) pro Rotorblatt, so wie es zB. die Robinson-Familie der Hubscrauber hat. Das ist sicher die professionellste Lösung ohne übermäßige Komplexität. ([url=http://www.google.at/imgres?imgurl=http://blog.aopa.org/helicopter/wp-content/uploads/2010/10/Robinson-rotor-hub.jpg&imgrefurl=http://blog.aopa.org/helicopter/%3Fp%3D420&usg=__G2oWzqBO7FGBqd1RKmCC3r8d7lc=&h=793&w=1502&sz=83&hl=de&start=0&zoom=1&tbnid=LqXR4PnbyXHO7M:&tbnh=105&tbnw=198&prev=/images%3Fq%3Drobinson%2Br22%2Bconing%2Bhinge%26um%3D1%26hl%3Dde%26sa%3DN%26biw%3D1495%26bih%3D929%26tbs%3Disch:1&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=1145&vpy=99&dur=124&hovh=163&hovw=309&tx=223&ty=110&ei=pwgmTZ29Bs6Bswba3sjhDA&oei=pwgmTZ29Bs6Bswba3sjhDA&esq=1&page=1&ndsp=32&ved=1t:429,r:5,s:0]Bild zum Coning Hinge[/url])

(Im o.a. Bild sieht man einen R22-Rotorkopf mit je einem Coning Hinge pro Blatt und dem gewönlichen Teetering Hinge (= Schlaggelenk).

-- Chris.

Jay

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14

Friday, January 7th 2011, 7:31am

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Hallo,

mall ne kurze Frage, was ist ein Konuswinkel..? Bin kein Techniker daher die Frage.

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Friday, January 7th 2011, 8:02am

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Ob's auf deutsch auch tatsächlich "Konuswinkel" heißt, weiß ich nicht. Auf Englisch heißt es jedenfalls "Coning Angle".

Stell dir vor, der Rotor dreht sich. Wenn kein Auftrieb erzeugt wird, bilden die Rotorblätter eine Ebene. Das heißt, die Blattspitzen drehen sich in genau der selben Ebene wie die Blattaufhängung.

Trägt der Rotor jedoch eine Last, biegen sich die Blätter durch und die Blattspitzen kreisen in anderen Ebene als die Blattwurzel. Diesen Durchbiegungswinkel nennt man Coning Winkel (welches ich -- wahrscheinlich falsch -- als Konuswinkel übersetzt habe).

Da ein Bild mehr sagt als 1000 Worte, hier zwei Bilder, welche die Sache klar stellen sollten:

[url=http://www.google.at/imgres?imgurl=http://farm3.static.flickr.com/2596/3819747756_7749cd9f3d_z.jpg%3Fzz%3D1&imgrefurl=http://www.flickr.com/photos/brad_steels_gallery/3819747756/&usg=__QGU7HTTaOpPpCHBPscV35Cz-9XQ=&h=640&w=480&sz=57&hl=de&start=0&zoom=1&tbnid=Dnx8xjMuaM8oWM:&tbnh=166&tbnw=125&prev=/images%3Fq%3Dconing%2Bangle%26hl%3Dde%26biw%3D1495%26bih%3D929%26gbv%3D2%26tbs%3Disch:1&itbs=1&iact=hc&vpx=367&vpy=500&dur=6788&hovh=259&hovw=194&tx=145&ty=129&ei=HbkmTYWGOoKA4Qb-xcWEAg&oei=HbkmTYWGOoKA4Qb-xcWEAg&esq=1&page=1&ndsp=25&ved=1t:429,r:13,s:0]Extremer Coning Winkel in Momentaufnahme[/url]

[url=http://www.google.at/imgres?imgurl=http://www.rnk.co.uk/himan/images/HiResOverheads/coning.gif&imgrefurl=http://www.rnk.co.uk/himan/Overheads.htm&usg=__P1ILhapO248STEFiGu1GK8Z3g3g=&h=298&w=420&sz=6&hl=de&start=0&zoom=1&tbnid=YEmmvzARJn7RmM:&tbnh=145&tbnw=204&prev=/images%3Fq%3Dconing%2Bangle%26hl%3Dde%26biw%3D1495%26bih%3D929%26gbv%3D2%26tbs%3Disch:1&itbs=1&iact=hc&vpx=569&vpy=193&dur=1718&hovh=189&hovw=267&tx=151&ty=104&ei=HbkmTYWGOoKA4Qb-xcWEAg&oei=HbkmTYWGOoKA4Qb-xcWEAg&esq=1&page=1&ndsp=25&ved=1t:429,r:2,s:0]Darstellung der geometrischen Situation.[/url]

-- Chris.

Jay

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Friday, January 7th 2011, 8:12am

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Hallo Chris,

danke für die erklaerung. Nicht falsch ferstehen, ich wusste wirklich nich was Konuswinkel ist. Es ging mir bei der Frage nicht darum ob "Konuswinkel" der richtige Ausdruck ist. Meiner Meinung nach ist Konuswinkel die beste Übersetzung von coning Angle. Nochmals, vielen Dank!

Jay

Wolle

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17

Friday, January 7th 2011, 8:57am

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Hier <!-- m --><a class="postlink" href="http://tinyurl.com/24yc5rc">http://tinyurl.com/24yc5rc</a><!-- m --> findet man vielleicht eine verständlichere Übersetzung mit "Biegewinkel"
Gruß
Wolle

Dr.Gyro

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Friday, January 7th 2011, 9:40am

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

:D :D :D

hab hier andere erfahrungen gemacht
die konuswinkeländerung im flug ist vernachlässigungswürdig
eine höhere beladung bewirkt eine sofortige änderung des konuswinkels
meine bescheidene meinung zu diesem thema
bin gerade dabei meine hubbar zur fräsen

troed

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Friday, January 7th 2011, 11:05am

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

.............. Autogyro testet gerade streng geheim ein Rotordesign mit horizontalem Coning um die Rotorblätter bruchfester zu machen. Ein "Erlkönig" fliegt bereits und soll angeblich auch bei Flugbetrieb im "Envelope" (Briefumschlag ???) keine Risse mehr aufweisen ............ ;) :lol: :lol: :lol:
troed has attached the following image:
  • SecretRotorDesign.jpg
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Friday, January 7th 2011, 12:43pm

Re: Ermüdungsrisse beim MT03/MTOSport/Calidus Rotor

Quoted from ""Dr.Gyro""

hab hier andere erfahrungen gemacht
die konuswinkeländerung im flug ist vernachlässigungswürdig
eine höhere beladung bewirkt eine sofortige änderung des konuswinkels
meine bescheidene meinung zu diesem thema
bin gerade dabei meine hubbar zur fräsen


Sigi, wenn du meinen Post genau liest, dann erkläre ich auch, warum das so ist. Du fliegst eben -- vorsichtiger und sinnvollerweise -- keine so abrupten lastverändernden Manöver, bei denen die Rotordrehzahl nicht immer und praktisch ohne Verzögerung dem Belastungszustand folgt.

-- Chris.

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