Der Einblattrotor Test

[Tyno]

Das ganze funktioniert logischerweise nur bei einer Drehzahl

Nö, stimmt nicht. Das hamse uns schon einschlägig bewiesen in megalangen Threads. Aber wiederholen könnte ich die Argumente jetzt leider nicht.

[Kupfer]

Nö, stimmt nicht. Das hamse uns schon einschlägig bewiesen in megalangen Threads. Aber wiederholen könnte ich die Argumente jetzt leider nicht.

Na das überzeugt mich jetzt natürlich voll und ganz. Wenn das iwer in iwelchen "megalangen Threads" bewiesen hat, kanns nur so sein

[Tyno]

Mit "bewiesen" meinte ich "vorgerechnet". Das war schon nachvollziehbar, aber ich weiß nicht mehr, wie es gegangen ist.

[Kupfer]

Andi wird sich schon noch melden und der kann das sicher super erklären...

[dilg]

Um diese Unwucht zu vermeiden, kann ich die Kugel mit weniger Abstand schwerer machen (oder eben die andere leichter), so dass sie bei einer bestimmten Drehzahl dann die gleiche
Fliehkraft ausübt wie die leichtere und dafür weiter entfernte Kugel. Das ganze funktioniert logischerweise nur bei einer Drehzahl

Jürgen, erklär mir das bitte; Da gibts doch diese Formel für die Fliehkraft...

[Kupfer]

Das hast aber schön gegoogelt

Ist doch eh der Abstand und das Gewicht und die Drehgeschwindigkeit in der Formel, passt doch, oder?

[OT]
Schöne Grüße vom Peter, der ist gerade da. Hat gfragt ob du noch immer den alten Golf hast
Zeig ihm jetzt die Bilder von deinem neuen
[OT]

[acanthurus]

Hi..

die Massenunwucht ist drehzahlunabhängig, da das omega^2 in der Formel für beide Partizipanten (Blatt und gegengewicht) gleich ist und deshalb nur das statische Moment (m*r) für beide gleich sein muss.
Allerdings ist die Massenunwucht nur ein Teil der Miete. Ich bastel morgen wenn ich mal 5 Minuten finde mal ne kleine Skizze, um zu erläutern, was ich meine - im Moment bin ich mal wieder auf der Flucht.
@Jürgen:
"Einstellwinkelachse" ist vielleicht etwas unauber formuliert - es ist die Achse, um die dein Blatthalter dreht, wenn du den Anstellwinkel veränderst.

[dilg]

Ja, das googlen kann ich

Aber ich will auf was andres hinaus: Ich verstehe nicht, warum du meinst das wäre nur bei einer Drehzahl gültig.

Angenommen, du hast dein System, links eine Kugel in 10cm Rotationsabstand zu Welle und 2 kg, und rechts eine Kugel mit 20cm Abstand und 1kg.
(Jaja, sind keine SI-Einheiten.....)
F= m x Omega² x r

F_links=F_rechts = 2kg x Omega² x 10cm = 1 kilo x Omega² x 20cm
Dann kürzt sich Omega und damit die Drehzahl heraus....

[OT] Ja hab ich noch: Steht noch hier, und läuft: Braucht er zufällig a Auto?

[Kupfer]

Hi..

die Massenunwucht ist drehzahlunabhängig, da das omega^2 in der Formel für beide Partizipanten (Blatt und gegengewicht) gleich ist

Das war der Punkt der mir irgendwie nicht eingegangen ist, dachte bei der "weiter entfernten Kugel" nimmt die Fliehkraft überproportional zu.

Aber ich will auf was andres hinaus: Ich verstehe nicht, warum du meinst das wäre nur bei einer Drehzahl gültig.

Frag mich bitte nicht. Ich weiß es selbst nicht mehr wie ich auf so an Schwachsinn gekommen bin
Ich würde es ja gerne mit dem in unserer Gesellschaft üblichen und absolut legitimen erhöhten Alkoholgehalt im Blut an Wochenenden
entschuldigen, aber ich bin absolut nüchtern

[OT] Ja hab ich noch: Steht noch hier, und läuft: Braucht er zufällig a Auto?

Nein, der hat schon so viel Geld in die Instandhaltung von seinem Opel gesteckt, der hat ka Geld für a neues Auto

[Crizz]

Neben dem sonst schönen Projekt wird mal wieder viel theoretisiert - das muß aber auch so sein , denn sonst hätte die Empirik keine Daseinsberechtigung, und die beweist schließlich immer wieder den Irrtum der Theorie durch den Beweis in der Praxis

Das mit dem Omega mag zwar theoretisch richtig sein, in der Praxis sieht es aber anders aus, da das Rotorblatt keine rein statische Aerodynamik aufweist und Biegekräften unterliegt. Durch die Fertigungs- und Profilbedingten Aufbauten liegt der Schwerpunkt eines Blattes mitunter sehr unterschiedlich, weshalb u.a. auch neben dem statischen Wuchten von Rotorblatt-Sätzen auch ein dynamisches Wuchten erfolgt um diese Differenzen der Gewichtsverteilung zwischen den Blättern zu kompensieren.

Betrachtet man nu einen Single-Blade-Rotor liegt der Schwerpunkt des Gegengewichtes fest vorgegeben - und da müßte der statische Schwerpunkt des Rotorblattes laufen, und das tut er nicht, sondern erheblich weiter außen im Umlauf, woraus eine Unwucht resultiert

Und wenn man das beachtet läuft der Kopf auch nicht nur bei einer Drehzahl rund sondern über den gesamten nötigen Bereich

[bzfrank]

Man kann den Rotor bei Pitch 0 vibrationsfrei bekommen, nur was nutzts - sobald man Pitch gibt fängt die Fuhre an zu wackeln wie ein Hundschwanz bei Fütterung. Das ging schon in "Echt" nicht:

Aus: http://www.unicopter.com/B472.html

Aus dem Buch 'Pioneering with Igor Sikorsky':

"Some time during 1946, according to Michael Buivid, a single blade rotor was tried out quietly, and never made public, on a production R-4. This was, of course, the very original concept of Igor's, as being the optimum form of simplicity possible for a helicopter with a main lifting rotor. ....... The R-4 tests were both disappointing and inconclusive, and were therefore quietly forgotten. Actually, as Michael said, trying to match a single-bladed rotor, using the same total blade area at the same rotational speeds, was like comparing apples with oranges. As might be expected, vibration was the outstanding problem associated with trying to design an appropriate counterbalance to the single blade, both aerodynamically and centrifugally."

[acanthurus]

Nur weil ich so gern t(h)e(rr)orisiere

betrachtet man nu einen Single-Blade-Rotor liegt der Schwerpunkt des Gegengewichtes fest vorgegeben - und da müßte der statische Schwerpunkt des Rotorblattes laufen, und das tut er nicht, sondern erheblich weiter außen im Umlauf, woraus eine Unwucht resultiert

Das ist so falsch. Die separaten Schwerpunktlagen von Gegengewicht und Rotorblatt können und DÜRFEN nicht gleich sein, da das Gegengewicht i.d.R. deutlich schwerer ist. Wären dann auch noch die Schwerpunktlagen gleich, dann wäre die Unwucht so groß dass sie nicht nur ein paar Vibs erzeugen würde, sondern definitiv Trümmer.

Ich darf mal etwas ausholen...

Stufe 1: statische Wuchtung (Starrkörperannahme)
Was zunächst mal (für die einfache, statische, rein massendynamische Wuchtung) gleich sein muss ist das Massenmoment erster Ordnung, das statische Massenmoment, Masse * Schwerpuntksabstand. Das ist genau der körperabhängige Teil, der in der Fliehkraftformel steht. Da die Massen nicht gleich sind, können auch die Schwerpuntksabstände nicht gleich sein. Diese Aussage ist identisch mit der Aufgabe, den GESAMTschwerpunkt in die Rotordrehachse zu bekommen. Dort aufgehängt müsste das Rotorsystem sauber auspendeln - deshalb statische Wuchtung, weil man sie ohne Drehung durchführen kann - und deshalb auch drehzahlunabhängig ist.

Stufe 2: umlaufender Auftrieb
Da wir nur ein Blatt haben, lässt sich der umlaufende Auftrieb gar nicht verhindern. Man kann nur dafür sorgen, dass er keine Auswirkung auf den Restheli hat. Der Auftriebs setzt außermittig an und würde jetzt ein umlaufendes Roll/Kippmoment auf den Hubschrauber ausüben. Die dadurch entstehenden Vibrationen wären zwar deutlich geringer als die, welche man ohne statische Wuchtung hätte, aber immer noch groß genug um für ernste Schüttelei zu sorgen. Um dies zu verhindern gibt es prinzipiell 2 verschiedene Maßnahmen, die das "richtig" machen:
a) entweder man sorgt dafür, dass das imlaufende Roll/Kippmoment nicht auf die Zelle übertragen werden kann indem man dort einfach ein Schlaggelenk vorsieht... dann stellt sich das Rotorsystem von selbst etwas schräg und bildet ein Gleichgewicht aus umlaufendem Moment infolge einseitigen Auftriebs und der Gegenwirkung der Fliehkraft von Blatt und Gegengewicht - das funktioniert weitestgehend drehzahl- und schubunabhängig, schränkt aber die Steuerbarkeit des Hubschraubers ein (da kein freies Mastmoment, völlig weicher Kopf)
b) oder aber man erlaubt die Momentenübertragung am Mast und baut die schrägstellung von vornherein fest ein, so dass sich Fliehkraftoffset und einseitiger Auftrieb kompensieren. Das ist aber sehr stark drehzahl- und schubabhängig und wird deshalb IMMER außerhalb des Auslegungspunktes für Vibrationen sorgen.

KEINER der mir bekannten Versuche im RC-Heli-Bereich verwendet die Methode a) konsequent. Fast alle belassen es bei einer (gedämpften, aber nicht völlig frei schlagenden) "gewöhnlichen" Aufhängung des Rotorsystems und handeln sich damit ein drehzahlabhängiges, umlaufendes Roll/kippmoment ein. Und genau da kommen dann die Vibrationen her.

Leider ist es damit noch nicht so ganz erledigt, denn es gibt weitere Effekte

Stufe 3: Elastizität im Rotorsystem.

Und wenn man das beachtet läuft der Kopf auch nicht nur bei einer Drehzahl rund sondern über den gesamten nötigen Bereich

Gerade wegen der Rotorblattelastizität bleibt das leider Theorie, da der Verlauf der Biegelinie (und damit die Massenverteilung) sehr stark drehzahlabhängig ist... weniger Drehzahl führt (bei gleichem Schub,d,h, mehr Pitch) zu stärkerer Durchbiegung, damit verschiebt sich der Schwerpunkt nach oben und nach innen -> Wuchtung ansatzweise im Allerwertesten.

Stufe 4: Noch mehr Aerodynamik - Nickmomente
Das habe ich ja in einem vorigen Posting schon mal beschrieben. Das Blatt erzeugt nicht nur einen umlaufenden Auftrieb (dessen Wirkung man gemäß Stufe 2 kompensieren könnte), sondern ein (je nach Profil, "Vorlauf" und momentanem Pitchwert unterschiedliches) Nickmoment, d.h. eine Drehtendenz um die Rotorblattlängsachse (spannweitig). Um diese Achse haben wir zwar ein Drehgelenk (im Blatthalter), dennoch kann dieses Moment dadurch nicht genullt werden, da es einfach durch das Anlenkgestänge auf die Taumelscheibe übertragen wird - damit "rutscht" es auch an sämtlichen dämpfenden Maßnahmen im Rotorkopf vorbei.
Dieses aufs Blatt wirkende Nickmoment hängt von so vielen Parametern ab dass eine exakte Nullung nicht für einen weiten Bereich von Flugzuständen weggefummelt werden kann, jedoch ist es vergleichsweise klein. Auch bei einem gewöhnlichen Zweiblattrotor tritt dieses Moment (jedoch in schwächerem Umfang) auf, und außerhalb des Schwebefluges haben die beiden Rotorblätter unterschiedliche Nickmomente und sind deshalb ebenfalls nicht 100% kompensiert. Insofern kann diese Sache in tolerierbaren Grenzen auftreten.

Wo bleibt dann die in diesem Thread genannte dynamische Wuchtung?
Der Begriff "dynamische Wuchtung" beinhaltet alles, was dazu dient, in einem Rotationszustand für Ruhe zu sorgen und ist deshalb im Gegensatz zur statischen Wuchtung eher ein empirisches Ding. Die Stufen 2-4 sind dort also enthalten.
Für "normale" Rotationskörper, d.h. solche mit ausreichend Symmetrien/Periodizitäten (wie 2-3-n-Blatt-Propeller, Motorläufer etc.) spricht man darüberhinaus gerne von dynamischer Wuchtung, wenn für die Einzelkomponenten (Blätter) nicht nur das Moment erster Ordnung m*r, sondern auch das zweiter Ordnung m*r^2 gleich ist, das sog. Massenträgheitsmoment. Dieses ist genau genommen keine einfache Zahl, sondern ein Tensor 2. Stufe und besteht aus 6 Komponenten (keine Panik, der Schwerpunkt ist ein Vektor und besteht eigentlich aus 3 Komponenten), und eine saubere, drehzahl- und richtungsunabhängige Wuchtung ist nur dann gegeben, wenn ALLE diese 6 Komponenten identisch sind.
Das ist für einen Einblattrotor mit Gegengewicht VÖLLIG undenkbar (es sei denn das Gegengewicht besteht aus einem absolut identischen Rotorblatt), für eine empirische dynamische Wuchtung aber auch gar nicht erforderlich.

Die Betrachtung ist damit leider immer noch nicht vollständig, es gibt da noch weitere Sekundäreffekte (und zugehörige Gegenmaßnahmen), welche ich hier aber mal vorläufig weglasse... ist jetzt schon so umfangreich dass es höchstens 2 oder 3 Leute überhaupt ganz durchlesen werden.

Wenns mal wieder länger dauert, schnapp dir ne Karotte - ist gesünder.

@Crizz: Die Theorie weicht von der Praxis nur dann ab, wenn sie Vereinfachte Annahmen trifft. Und da tut sie eigentlich IMMER. Was man alles NICHT voraussetzen darf, das habe ich versucht zu beschreiben.

gruß
andi

[EOS 7]

Ahornsamen macht es vor...

[acanthurus]

Und wie immer sponsored by DARPA und Konsorten

[Kupfer]

Man kann den Rotor bei Pitch 0 vibrationsfrei bekommen, nur was nutzts - sobald man Pitch gibt fängt die Fuhre an zu wackeln wie ein Hundschwanz bei Fütterung.

Dafür fliegt der aber recht gut...
http://www.youtube.com/watch?v=0Z0NXVASgeE