Belastungen der Anlenkung

[stubb0rn]

Servus

Wie der Titel schon vermuten lässt bin ich auf der Suche nach Angeaben, wie groß die Belastungen auf die Taumelscheibe(-nanlenkung) und den Rotorkopf sind bei mäßigem bis hartem 3D Flug.
Wäre super wenn da Jemand Zahlen hätte.

Gruß
Patrick

[stubb0rn]

Was ich vergessen hab ist es geht mir (hauptsächlich) um die 450er Klasse.

[faxxe]

Ich denke, als Basis kann man das max Drehmoment der ansteuernden Servos nehmen.

-Heimo

[Husi]

Moin Patrick,

deine Frage kann ich dir zwar auch nicht beantworten. Aber ich kann dir sagen, was ich gemacht habe um die Anlenkung stabiler / steifer zu bekommen. Hilfreich ist natürlich auch die Info, ob es sich bei dir um ein Paddel-Kopf handelt, oder ein FBL System. Im Letzteren sind die Kräfte von / zur Taumelscheibe höher.
Wie Heimo würde ich zunächst mal von dem ausgehen was ich habe.
Max. Haltemoment der Servos in Nm, geteilt durch den Abstand (Einhängepunkt - Servoachse) gleich die max. Last in dem Gestänge zur Taumelscheibe. Denn wird die Last höher, geben die Servos nach...

Also hier zu meinen Verstärkungen:
Ich hatte bei den Anlenkungen Angst vorm "knicken". Darum die Gestänge (beim 450er Heli) aus 2mm Nirosta-Stahl gebaut. Hier versagt jetzt wohl zuerst das Gewinde in der Kugelpfanne. Nebenbei hat das von mir geschnittene M1,6er Gewinde eine kleinere Steigung als das original gewalzte Gewinde. Somit lässt sich der Blattspurlauf viel feiner einstellen.

TS_Gestänge_bauen.JPG (65.25 KiB) 2084 mal betrachtet

Da das Flugverhalten immer noch "schwammig" war, habe ich weiter gesucht und fest gestellt, das sich die Servo-Arme tordieren. (Mittlerweile gibt es für diese Servos stabilere Arme) Darum habe ich sie (damals) mit einem dünnen Alu-Blech steifer gemacht.

TS_Gestänge_1.jpg (84.17 KiB) 2085 mal betrachtet

Was hast du genau vor?


Viele Grüße
Mirko

[stubb0rn]

Danke euch für die Antworten.
Ich bin dabei einen Heli zu konstruieren und nachdem ich das Konzept weitestgehend fertig hab will ich das Ganze mal durchrechnen ob es hält oder mir beim ersten Anlauf um die Ohren fliegt.

Gruß
Patrick

[Husi]

Ich bin dabei einen Heli zu konstruieren und nachdem ich das Konzept weitestgehend fertig hab will ich das Ganze mal durchrechnen ob es hält oder mir beim ersten Anlauf um die Ohren fliegt.

Moin Patrick,

was heißt bei dir "das Ganze mal durchrechnen" ?
Mit welcher Basis, mit welchen Vorraussetzungen willst du was rechnen?
Eigentlich müßtes du beim Rotor anfangen um deine Lasten "ein zu sammeln" und von dort aus alles weitere zu dimensionieren. Kannst du das? Wenn nein, ist eh alles ein in dem trüben fischen. (Meine Meinung)

Bitte beschreibe doch deinen Lösungs- / Rechen-Ansatz evtl. auch mit Bildern. Ich bin neugierig.

Viele Grüße
Mirko

[Sniping-Jack]

So geht das nicht.

Was die Last der Gestänge betrifft, so ist die normale Standardauslegung absolut ausreichend. Sie zu verstärken macht keinen Sinn.
Bevor man das tut, kann an an anderer Stelle weit mehr erreichen.

Wenn wir nach der mechanischen Schwachstelle suchen, so ist dies zwar teuer, aber simpel: Ein Rotorblatt packen und so lange auf
Negativ drehen, bis irghendwas nachgibt. Der Heli muss natürlich an sein, damit das Servo gegenhalten kann. Und dann schaumermal,
was zuerst die Grätsche macht......oder donnich?

Nein, natürlich nicht, weil alles Käse! Also lasst uns mal sehen, wieso:
Nicht die Stell- und auch nicht die Haltekraft allein ist ausschlaggebend, sondern vieles mehr. Beispiel Paddelkopf: Hier müssen die Servos selten drücken, sondern im Gegenteil: Sie müssen Position HALTEN, weil man bei Paddelkopf und daher meist vorlaufenden Blättern den Effekt hat, dass die Blätter gar nicht in der Mitte bleiben wollen, sondern zu einer der beiden Endlagen wollen. Und zwar mit Schmackes! Je stärker der Vorlauf, desto stärker dieses Bestreben. Bei FBL hingegen sieht es so aus: FBL-Blätter reagieren deutlich neutraler, es sind recht geringe Stellkräfte erforderlich.
ABER: Die Positionsänderungen der Regelung erfordern vergleichsweise starke, schnelle und standfeste Servos. Da geht es nicht um Maximalkraft allein, sondern um ein hohes Stellmoment bereits nach Millisekunden. Und dies wiederum erfordern eine gut dimensionierte und ebenso standfeste Stromversorgung, die auch unter Last aller beteiligten Servos nicht zusammenbricht. Das ist 10x wichtiger als überdimensionierte Steuerstangen. Es gab und gibt keinen Hinweis darauf, dass die Hersteller bei normalem Setup ihre Steuergestänge zu schwach dimensionieren.

Wer hingegen irgendeinen Mörderheli bastelt, sollte genau wissen was er tut und nicht genötigt sein, dies hier zur Diskussion zu stellen.

[Sniping-Jack]

Nachtrag zu Schwachpunkt Servoarme: Absolut richtig, wenn man es genau haben will, müssen diese aus Alu sein oder sonst einem hochfesten Material. Die Standard-Nylonhebel sind zumindest bei FBL indiskutabel. Was noch geht sind Nylonscheiben und mit Kontermutter auf der Gegenseite der Kugel, damit diese nicht kippen kann. Das ist dann schon eine deutliche Verbesserung und preislich unschlagbar.

Die Methode bei eingeschaltetem Heli die Blätter auf Negativ zu drehen ist übrigens auch nicht soo banane. Mit etwas Gefühl ist es eine gute Methode, etwaige Schwachpunkte wie Spiel oder eben Nachgiebigkeiten aufzuspüren.

Was ich eher nicht empfehlen kann: Gerollte Gewinde durch geschnittene zu ersetzen. Ausser man macht es wie Mirko und wählt eine Stufe dickere Stangen. Am Besten sind immer noch gerollte rechts/links-gewinde. Damit wird jeder Blattspurlauf perfekt. Auch das ist eine signifikante Verbesserung, ohne die ich quasi "nicht mehr aus dem Haus" gehe.

[acanthurus]

DIe Berechnung von Steuerstangenkräften aus dem Rotorsystem heraus ist alles andere als trivial, das ist mit Hausmitteln für den Laien meiner Meinung nach 3 Stufen zu hoch.
Selbst bei den "manntragenden", wo dem eine ungleich höhere Wichtigkeit zukommt, ist das eine oftmals nicht absolut genau zu definierende Größe (man lese mal nach über das Thema Hydraulic lock bzw. Jack Stall)
Und wonach sollte man sonst dimensionieren wollen? Blockkraft der Servos? Stellkraft der Servos innerhalb einer Stellgeschwindigkeitsvorgabe? WELCHE Vorgabe dann?
Alles nur Luft- und Schätznummern.

Ich habe kürzlich einen Schaden an einer Stoßstange gehabt, von der TS zum FBL-Blatthalter beim Protos. Ich fliege zahmen Kunstflug bei kleinen Drehzahlen (<2200), das System ist gut abgestimmt und prima ausgewuchtet (wer beim Sonderstammtisch dabei war ist vielleicht die unauffälligkeit des Helis aufgefallen )dennoch war die Stange beim Hochlaufen direkt am Gewindeauslauf gebrochen gewesen. Schadensbild: klassischer Ermüdungsbruch an Kerbwirkungsstelle.
Die Dinger werden im Normalbetrieb nicht auf Knickung versagen. Sie werden auch keinen nennenswerten Verformungen aus Biegeknickung heraus etc. erleben - insofern ist ein bauchiges, knickoptimiertes Gestänge schön anzuschaun, den schwächsten Querschnitt wird man damit aber vermutlich nicht aufbessern - speziell weil wir generell eher von Ermüdungsversagen ausgehen sollten.
Gute Qualität des Gewindes, das wär wichtig, speziell am Auslauf. Wie Jack schon schreibt, (sauber) gerollt statt geschnitten bringt schon mal was, ansonsten lieber mit dem Gesamtdurchmesser und dem Gewinde ne Stufe rauf (sofern man passende Köpfe findet).
Die Anforderungen an die Kräfte steigen stetig, dank unvermindertem Zappelwillen bei absurden Drehzahlen, und es wäre höchste Zeit, die Rotorsysteme diesbezüglich mal konstruktiv zu überarbeiten... DFC-Unfug weg, dafür mal über PMGs und/oder Ausgleichsflächen beim Hauptrotor nachdenken, "Vorlauf" optimieren und, als Konsequenz aus den damit öfter vorkommenden Vorzeichenwechseln der Stangenkräfte, auf Spielfreiheit konstruieren. Da sehe ich schon noch Verbesserungspotential.

gruß
andi

[the-fallen]

Ich finde, der Andi sollte einen eigenen Rotorkopf entwickeln und anbieten (kickstarter?)! (Ernst gemeint)

[acanthurus]

Och nöö, und dann zuschauen wie andere Leute damit rumzappeln, als hätte ihnen jemand einen Karpfen in die Hose geschoben?

[Husi]

Die Dinger werden im Normalbetrieb nicht auf Knickung versagen. Sie werden auch keinen nennenswerten Verformungen aus Biegeknickung heraus etc. erleben - insofern ist ein bauchiges, knickoptimiertes Gestänge schön anzuschaun, den schwächsten Querschnitt wird man damit aber vermutlich nicht aufbessern - speziell weil wir generell eher von Ermüdungsversagen ausgehen sollten.

Ok, dann streiche ich den einen Gedanken aus meinem Kopf, dann bleibt nur noch der Zweite (sich den großen optisch etwas zu nähern) übrig. -> Das ist jedoch bei Patrick kein Argument, hier diesen Gedanken also komplett streichen.

Vorbild.jpg (36.54 KiB) 1937 mal betrachtet

Gute Qualität des Gewindes, das wär wichtig, speziell am Auslauf. Wie Jack schon schreibt, (sauber) gerollt statt geschnitten bringt schon mal was, ansonsten lieber mit dem Gesamtdurchmesser und dem Gewinde ne Stufe rauf (sofern man passende Köpfe findet).

Na ja, je nach Hersteller, unterscheiden sich die Qualitäten "etwas"...

Gewinde-Vergleich.jpg (93.25 KiB) 1936 mal betrachtet

Das ich bei meinem ersten Dreiblatt-Kopf die schwarzen Steuerstangen nicht verwenden wollte, ist klar - Oder?
In dem Bild ist mein (nicht verbauter Prototyp) zu sehen. Bei den "richtigen" Steuerstangen bin ich mit dem Gewindeschneider Nr. 2 (Mittelschneider) nicht mehr ganz nach Innen gegangen und mit dem dritten (Fertigschneider) noch weniger zur Stangenmitte. Somit vergrößere ich zur Mitte hin den Kerndurchmesser etwas ...

Viele Grüße
Mirko

[acanthurus]

DAs ist prinzipiell schon die richtige Vorgehensweise beim schneiden. Hängt natürlich auch vom Anschliff des Schneideisens ab. Das Problem ist halt der Endabbruch des letzten Spanes. Der ist eben prädestiniert als Ermüdungsriss-Anfang. Ggf. ist es sogar günstiger, da am Auslauf noch mit einer kleine Rundfeile eine (winzige!!!!) Hinterschneidung dranzumachen.
Steuerstangen (manntragend, wie in deinem Bild gezeigt Bo 105 oder BK117) sind natürlich hohl und dünnwandig - da ist die bauchige Form natürlich sinnvoll, zumal die eine ganz andere Größenordnung an Kräften haben.
Prinzipiell muss man sich auch fragen ob ein reguläres metrisches Gewinde überhaupt die richtige Wahl für die direkte Verschraubung eines Plastikkugelkopfes ist - aber im Selbstbau hat man da wenig Wahl.
Ich hab damals bei meinem doch relativ großen Preuss T22 (mit Stabikopf, versteht sich) 2,5mm-Stangen verwendet, welche ich konisch auf 2mm runtergeschliffen hatte. Dort kam dann ein 2mm-Gewinde drauf (in 3 Stufen geschnitten, jeweils mit ca. 1mm Längenabstufung). Das hielt (und hält bis heute), hat ca. 200 h (nicht Flüge, nein, Stunden) überstanden.

gruß
andi

[stubb0rn]

Ok ich glaub ich muss mal etwas Klarheit in die Geschichte bringen

Als ich Anlenkung geschrieben habe war das vill. etwas irreführend, da ich weniger an den Steuerstangen, als vielmehr am Rotorkopf selbst und der Taumelscheibe interessiert bin.

Vielleicht noch ein Wort zu meinem Konzept und meinem Hintergrund:
Der Heli soll ein Koax werden wo beide Rotorebenen mit collective pitch angesteuert werden. Das Ganze fliegt (hoffentlich einmal) mit 325mm Blättern.
Ich selbst bin Luft- und Raumfahrtstudent, denke also dass ich zumindest die nötigen Quellen an der Hand habe wenn ich mit der Berechnung selber nicht weiterkomme. Nur kann ich halt schlecht zum Prof. oder so rennen ohne zu wissen was da eigtl. an Kräften wirkt.
Lehrstuhl für Modellflug haben wir leider nicht

Gruß
Patrick

[Sniping-Jack]

Aha. Ein professioneller Irreführer also.

Bei einem pitchgesteuerten Koax hast du dann zwar mehr Anlenkungen, aber an sich sind die Gestänge auch nicht länger als sonst.
Mehr ja, aber nicht sonderlich länger. Ansonsten ändert sich nichts: Du MUSST bei den Blättern beginnen, da deren Vorlauf bestimmt,
welche Kräfte zu erwarten sind. Erst wenn du das kennst, kannst du dich durch den restlichen Kakao hangeln.
Ich persönlich würde mir was einfallen lassen, die Kräfte mit Sensoren irgendwie aufzuzeichnen. Z.B. indem du einen Versuchsaufbau
startest mit einer Pitchhülse statt einer Taumelscheibe. Also nur rauf/runter, ganz ohne Kippen. Aber vergiss dann bitte nicht, auch
die dynamischen Kräfte bei den hohen Beschleunigungen der Servos auftreten. Die statischen Kräfte sind wahrscheinlich eher harmlos.

Doch wenn es darum geht, die Kräfte zu berechnen, hältst du dich besser an Andi.