4-Blatt Rotorkopf ohne elektr. Hilfe?

[chrischan57]

Naja, aber das Drehmoment resultiert ja aus der Masse und dem Widerstand am Kopf...

Chrischan

[Sky_]

Hallo,

bei Mehrblattköpfen ohne Flybarlesssystem, kommt es immer darauf an, welche Blattzahl geflogen wird.

Mehrblattköpfe mit ungerader Blattzahl fliegen sich immer viel stabiler, als Mehrblattköpfe mit gerader Zahl.

Dann noch die richtige Einstellung und ruhe ist.

LG,
Gottfried

[Alex K.]

Mehrblattköpfe haben einige zusätzliche Instabilitätsmechanismen - insbesondere in der Schwenkrichtung. Wenn man "ganz normale" Blattanschlüsse (einzelner Bolzen) in Kombination mit einer etwas torsionsweichen Aufhängung der Gesamtnabe betreibt, muss man für gute und vorhersagbare Dämpfung (nicht FEDERUNG, Weichheit) in Schwenkrichtung am Blatthalter sorgen, denn sonst wird man Bodenresonanzeffekte (infolge der sog. lead/lag whirl mode) bekommen... das hat z.B. bei der Osprey und dem ersten Prototypen der Bo-105, noch provisorisch mit gelenkigem Rotorkopf, zu Unfällen geführt).

d.h. die "Dämpfung" oder Federung in Rotordrehrichtung sollte anders ausgeführt sein als in Schlagrichtung? Oder meinst Du, dass man tatsächlich eine Art Dämpfung (im technischen Sinne wie z.B. Reibungsdämpfer) einbringen muss, um das System am möglichen Aufschaukeln zu hindern?

Zudem muss es einem klar sein, dass ein sehr schlagweicher Rotor mit zentralem Schlaggelenk Probleme bei gering- und negativschub (Ausleiten aus Steigflug, parabelflug oder Rückenlagen etc.) hat - die Reaktion auf zyklische Ausschläge lässt dort nach, und die Gefahr eines Tailstrikes besteht.

Meinst Du, dass bei Negativschub UND zyklischer Steuerung die Gefahr eines Tailstrikes besteht, oder allgemein bei Negativschub? Dem sollte ja eigentlich das "Blattlagerkreuz" Abhilfe schaffen... die Gummis sollten natürlich auch nicht zu weich sein...

Prinzipiell also JA, weicherer Mehrblattkopf, aber VORSICHT mit der Schwenkdämpfung, insbesondere bei scalemäßig weichem Landegestell.

Meinst Du jetzt tatsächlich Dämpfung oder doch Federung?

Das Thema wird interessant

Naja, aber das Drehmoment resultiert ja aus der Masse und dem Widerstand am Kopf...

Naja, die Masse spielt beim Drehmoment eigentlich keine Rolle, außer die Drehzahl ist nicht konstant

Gruß, Alex

[Basti 205]

Drehmoment resultiert ja aus der Masse

Das muss man aber nur beim hochlaufen berücksichtigen oder wenn man einen FP Heli fliegt

[chrischan57]

chrischan57 hat geschrieben:
Drehmoment resultiert ja aus der Masse
Das muss man aber nur beim hochlaufen berücksichtigen oder wenn man einen FP Heli fliegt

Du gehst davon aus das es keinerlei Drehzahlschwankungen gibt?

Chrischan

[chrischan57]

Is ja auch wurscht, fakt ist das die Masse des drehenden Systems auf jeden Fall mit reinspielt...

Chrischan

[Alex K.]

Naja, das Drehmoment ist das Trägheitsmoment mal Winkelbeschleunigung. Ohne Formelzeichen das hier zu erklären ist blöd. Kurz erklärt: dreht sich eine Masse mit konstanter Winkelgeschwindigkeit (d.h. die Drehzahl ist konstant), entsteht kein Moment. Ist die Drehzahl nicht mehr konstant, wird die Masse beschleunigt oder verzögert, dadurch entsteht ein Moment. Dieses Phänomen kann man sehr schön sehen wenn der Heli zu schnell hoch dreht, oder wenn der Regler keinen Softanlauf hat - dann dreht sich der Heli schlagartig weg.

Das Moment welches der Heckrotor ausgleich muss ist das Moment, welches durch den Widerstand des sich drehenden Rotorkopfes entsteht, hauptsächlich der Blätter. Mehr Blätter = höherer Widerstand = mehr Heckrotorwirkung. Man müsste also bei einem Mehrblattkopf entweder größere Heckblätter verwenden oder die Drehzahl des Heckrotors anheben - oder einen Fenestron verwenden

Gruß, Alex

[acanthurus]

Salute.

@Alex: Im Gegensatz zu 99.5% der Modellheli-Community meine ich wirklich Dämpfung (M=-k* d_beta/d_t) und nicht Federung (M=-k* beta), wenn ich von Dämpfung bei Rotorsystemen spreche.
Bei "großen" gelenkigen Rotoren wird für die Schwenkbewegung ein echter mechanischer Dämpfer (quasi stoßdämpferartig) eingesetzt.
Die Schwenkrichtung ist durch die "nackte Aerodynamik" kaum oder gar nicht gedämpft das führt ggf. schon beim normalen Zweiblattrotor zu Problemen, wenn die Blatthalter völlig freigängig schwenken können. Die Schlagrichtung ist aerodynamisch sehr stark gedämpft und bedarf normalerweise keiner mechanischen Dämpfung... weshalb die (von den Modellfliegern so getauften) "Dämpfungsgummis" eigentlich nur Federelemente sein können - sie brauchen in Schlagrichtung keine echt DÄMPFENDEN (=Energiedissipierenden) Eigenschaften. Unterschiedlich "Harte" Gummis entsprechen unterschiedlich kräftigen FEDERN (nicht DÄMPFERN) und dienen dazu, die EInleitung des Mastmomentes einzustellen und zu begrenzen - und damit auch die Vibrationen.
Schau mal in meinem "Buch" die Bilder A.1 und A.2 im Anhang A an.. da siehst du, wie viel Dämpfung (anhand der Hysterese) und wie viel Federung (Anhand der Steigung) wirklich in unseren "Dämpfungsgummis" steckt. Das ist eindeutig viel mehr "Feder" als "Dämpfer".

Bei Mehrblattsystemen kommt folgende wichtige Eigenschaft dazu:
Die Luftkräfte und das (vibrationserzeugende) Mastmoment treten periodisch auf, und zwar mit der sog. Blattpassagefrequenz z*n (n: Drehzahl, z: anzahl der Rotorblätter). Die Amplitude des periodischen moments ist aber bei mehreren Blättern proportional 1/z... d.h.
Viel Blätter, höhere Vibrationsfrequenz, aber mit deutlich geringerer Amplitude.
Mit einem Zweiblatt-Jetranger fliegst du bei 100 Knoten nur noch "Treppen". Mit ner EC155 (5-blatt-kopf) hast du auch bei 140 knoten noch einen sehr ruhigen Ritt. Das ist aufs Modell übertragbar - vorausgesetzt, Einstellungen, Spurlauf etc. passen.

Dass, was Gottfried da bez. geraden und ungeraden Blattanzahlen schreibt ist in der Tat auch noch bemerkenswert. Das resultiert (u.A.)aus der Tatsache dass gegenüberliegende Blätter beim auftreten der o.G. Lead-Lag-Whirlmode in die GLEICHE Richtung instabil aufschaukeln und somit doppelt so viel Ärger machen.
Zudem wird die Schwekbewegung typischerweise mit dem Doppelten der Grunddrehzahl angeregt und wirkt bei gegenüberliegenden Blättern (gerade Blattanzahl) ebenfalls auf ZWEI Blätter -> doppelte Dämpfung erforderlich.

zur "Masse" und dem Drehmoment:
Die Masse spielt ins Drehmoment eigentlich nur dadurch rein, dass sie gewicht mitbringt, welches den Gesamthubschrauber schwerer macht. Drehzahlschwankungen gleichen sich im Mitteln wieder aus, und mehr Blattgewicht (oder mehrere Blätter) glätten das noch besser - so wie ein großer Kondensator Stromschwankungen glättet.
Ansonsten sind schwerere Blätter meist eher beruhigend fürs Flugverhalten.

Entscheidend ist fürs Drehmoment die induzierte (Hub)Leistung (die ist weitgehend unabhängig von der Blattanzahl) sowie die parasitäre (Verlust)Leistung... diese steigt (bei Modellhelis) quasi IMMER an wenn wir die Blattanzahl erhöhen. Senken wir zum Ausgleich die Drehzahl ab, erhöhen wir im Reiseflug den erforderlichen Fortschrittsgrad - das kostet Topspeed und Spritzigkeit, und verstärkt beim "stabilosen" Heli das Aufbäumproblem.

gruß

andi
(ach, endlich mal wieder ein Theoriethread - austob - )

[Alex K.]

(ach, endlich mal wieder ein Theoriethread - austob - )

@Alex: Im Gegensatz zu 99.5% der Modellheli-Community meine ich wirklich Dämpfung (M=-k* d_beta/d_t) und nicht Federung (M=-k* beta), wenn ich von Dämpfung bei Rotorsystemen spreche.

Deshalb war doch dieser seltsame Smilie ( ) hinter meiner Frage

Bei "großen" gelenkigen Rotoren wird für die Schwenkbewegung ein echter mechanischer Dämpfer (quasi stoßdämpferartig) eingesetzt.
Die Schwenkrichtung ist durch die "nackte Aerodynamik" kaum oder gar nicht gedämpft das führt ggf. schon beim normalen Zweiblattrotor zu Problemen, wenn die Blatthalter völlig freigängig schwenken können.

Ist es aber bei Modellhelis nicht so, dass durch die hohen Drehzahlen und das niedrige Blattgewicht der Schlagwinkel eher kleiner ausfällt, demnach die Corioliskraft ebenfalls klein ist und das Schwenken nicht so stark zum Tragen kommt? Allerdings würde das dann zum Tragen kommen, wenn man aufgrund der gestiegenen Blattzahl die Drehzahl verringert, weil die Zentripetalkraft kleiner wird... allerdings sind die senkrechten Kräfte auf das einzelne Blatt auch wieder kleiner... somit dürfte es wieder auf's gleiche rauskommen... wenn man das System dann aber federnd in Gummis aufhängt, werden die Schlagwinkel wieder größer... und demnach auch die Schwenkbewegung... verrenne ich mich da jetzt in meinen Gedanken...?

Im Prinzip haben wir ja in den Modellhelis auch Schwenkdämpfer, die sogar einstellbar sind - je nachdem, wie stark man das Blatt im Blatthalter anzieht

Die Schlagrichtung ist aerodynamisch sehr stark gedämpft und bedarf normalerweise keiner mechanischen Dämpfung... weshalb die (von den Modellfliegern so getauften) "Dämpfungsgummis" eigentlich nur Federelemente sein können - sie brauchen in Schlagrichtung keine echt DÄMPFENDEN (=Energiedissipierenden) Eigenschaften. Unterschiedlich "Harte" Gummis entsprechen unterschiedlich kräftigen FEDERN (nicht DÄMPFERN) und dienen dazu, die EInleitung des Mastmomentes einzustellen und zu begrenzen - und damit auch die Vibrationen.
Schau mal in meinem "Buch" die Bilder A.1 und A.2 im Anhang A an.. da siehst du, wie viel Dämpfung (anhand der Hysterese) und wie viel Federung (Anhand der Steigung) wirklich in unseren "Dämpfungsgummis" steckt. Das ist eindeutig viel mehr "Feder" als "Dämpfer".

Ja, das mit den Gummis ist ziemlich klar. Ein Gummi KANN nur ein Federelement sein... Daher frage ich mich, warum macht man in einen Paddelkopf solche Gummis rein, in einen Mehrblattkopf aber nicht? Gibt es da so große Probleme mit der Schwenkbewegung?

Dass, was Gottfried da bez. geraden und ungeraden Blattanzahlen schreibt ist in der Tat auch noch bemerkenswert. Das resultiert (u.A.)aus der Tatsache dass gegenüberliegende Blätter beim auftreten der o.G. Lead-Lag-Whirlmode in die GLEICHE Richtung instabil aufschaukeln und somit doppelt so viel Ärger machen.

Was ist denn dieser Lead-Lag-Whirlmode genau? Und warum schaukeln sich gegenüberliegende Blätter nach die gleiche Seite auf? Das würde ja nur gehen, wenn die Kräfte in Hochrichtrung auftreten?

... und verstärkt beim "stabilosen" Heli das Aufbäumproblem.

Und was verursacht das Aufbäumen? Würde da rein theoretisch eine nachlaufende Blattanlenkung bei weich aufgehängtem Schlaggelenk etwas bringen?

Ich bin zwar in Aerodynamik und Hubschraubbär-Physik nicht so sattelfest, Theorie ist aber trotzdem was schönes

Gruß, Alex

[acanthurus]

Sorry an den Eingangs-Poster fürs Threadnapping...

Ist es aber bei Modellhelis nicht so, dass durch die hohen Drehzahlen und das niedrige Blattgewicht der Schlagwinkel eher kleiner ausfällt, demnach die Corioliskraft ebenfalls klein ist und das Schwenken nicht so stark zum Tragen kommt?

Gut beobachtet und mitgedacht. jedoch ist nur der mittlere Schlagwinkel, also der Konuswinkel, kleiner, und deshalb ist der Schwenk-Anteil mit der doppelten Frequenz stärker betont als der Anteil mit der Grundfrequenz (welcher bei Rotoren mit starkem Konuswinkel dominant wird). WARUM das so ist lässt sich leicht erklären, aber füllt hier mal zunächst unnötig Platz.
Ansonsten ist die Schlagamplitude eine direkte Folge der zyklischen EInsteuerung und lässt sich GANZ grob und primitiv so annähern: Im Standfall (schwebeflug) wird die Schlagamplitute nicht größer als der zyklische Steuerausschlag. (auch das lässt sich theoretisch ableiten, aber nicht ohne ne Skizze).
Das End vom Lied ist, dass wir uns genauso nen Kopf machen müssen über die Schwenkdämpfung wie das die "großen" machen müssen.

Im Prinzip haben wir ja in den Modellhelis auch Schwenkdämpfer, die sogar einstellbar sind - je nachdem, wie stark man das Blatt im Blatthalter anzieht

Wiederum gut beobachtet. Diese Tatsache, deren Nutzen und WICHTIGKEIT wird gerne mal unterschätzt.
Heutzutage, wo die Systemdrehzahlen immer höher geschraubt werden, und wir sehr weit auf der "ansteigenden" Seite der Verlustleistungskurve arbeiten, wird das Problem weniger auffällig, denn a) wegen der hohen Drehzahlen werden die tatsächlichen Fortschrittsgrade kleiner (die tatsächlich vorhandene, rein aerodynamische Schwenkdämpfung sinkt mit zunehmendem Fortschrittsgrad), b) wegen der großen Fliehkräfte. Diese erhöhen zwar die Dämpfung nicht, aber verkleinern die Schwenkamplitude an sich und damit auch das Anregungsproblem.

Ja, das mit den Gummis ist ziemlich klar. Ein Gummi KANN nur ein Federelement sein... Daher frage ich mich, warum macht man in einen Paddelkopf solche Gummis rein, in einen Mehrblattkopf aber nicht? Gibt es da so große Probleme mit der Schwenkbewegung?

Nö. Da gehts eigentlich zu 90% um die Aufnahme der Fliehkräfte. Beim Zweiblattler mit durchgehender Blattlagerwelle balancieren sich die Fliehkräfte grob gegenseitig, die weiche Aufhängung ist AUSSERHALB angebracht und bez. Fliehkräften quasi kräftefrei. Beim Mehrblatt muss das EINZELN getragen werden, und da dann eine O-Ring-gelagerte Einzelblattaufhängung zu machen, welche nicht gleich von 700N Fliehkraft geplättet wird ist nicht ganz trivial. Es gilt zu verhindern, dass die Fliehkraft das ganze a) sehr anfällig gegenüber verschiedenen Drehzahl-Setups macht und b) das System nicht ohnehin soweit versteift, dass man die weiche Lagerung gleich weglassen könnte. Fest angeschraubt ist das aber einfach zu machen.
Ganz clever könnte man meinen gut, mache ich halt die O-Ringe um die Hauptrotorwelle rum und setze dann weich gelagert ein komplettes Zentralstück drauf, welches in sich die Fliehkräfte balanciert... geht, das Problem ist aber dann, wie überträgt man sauber das Drehmoment. Hat man dieses Problem nicht, so funktioniert das wunderbar - und wurde deshalb bei Modelltragschraubern auch schon erfolgreich eingesetzt.

Was ist denn dieser Lead-Lag-Whirlmode genau? Und warum schaukeln sich gegenüberliegende Blätter nach die gleiche Seite auf? Das würde ja nur gehen, wenn die Kräfte in Hochrichtrung auftreten?

Ich versuche mal, eine geeignete Quelle mit nem hübschen Bild zu finden, das ist text-only nicht so easy darzustellen.. kurzgesagt, stelle dir ein Mehrblatt-Rotorsystem vor, bei dem die Blätter irgendwie in Schwenkrichtung ausgelenkt sind. Die SChwenkachsen haben einen gewissen Abstand zur Rotorachse (müssen sie ja, sonst könnte man kein Antriebsmoment übertragen). Damit sitzt der Gesamtschwerpunkt der Blätter nciht mehr auf der Rotorachse. Wir haben eine Unwucht. Beim Zweiblattrotor kann die Schwerpunktlage (Summe beider Blätter) im Prinzip nur entlang einer Linie innerhalb der Rotorebene, welche durch die Rotorachse läuft, wandern... also hin-und her schwingen. Beim Mehrblattrotor kann der summierte Blattschwerpunkt aber auf verschiedenen, recht komplexen Bahnen, ggf. auch auf Kreisbahnen, um die Blattachse herumwirbeln (deshalb "whirl"). Das kann soweit gehen dass der außermittige Schwerpunkt sich aufschaukelt, bis die ganze Fuhre abmontiert... d.h. die Wirkung (Verlagerung des Schwerpunktes infolge Schwenkbewegung) verursacht eine Rückwirkung auf die Ursache -> Resonanzkatastrophe. Der außermittige Schwerpunkt beeinflusst (bei gerader Blattanzahl) aber ZWEI Blätter (diese, welche möglichst senkrecht zu seiner momentanen Schwerpunktauslenkung liegen) gleich stark, und da haben wir dann den doppelten (nicht 100%ig quantitativ gemeint) Salat.

Und was verursacht das Aufbäumen? Würde da rein theoretisch eine nachlaufende Blattanlenkung bei weich aufgehängtem Schlaggelenk etwas bringen?

Das machen an sich ALLE Rotoren und ist eine Folge der asymmetrie der Anströmung. Vorlaufendes Blatt -> Drehgeschwindigkeit und Airspeed addieren sich -> mehr Auftrieb -> Schlagantwort folgt etwa 90° später -> Kreisscheibe kippt nach HINTEN -> ganzer Heli bäumt auf. Mit geeignetem zyklischen Ausschlag (drücken) kompensiert man die Auftriebs-Asymmetrie, bevor sie wirken kann.
An sich ist das nichts schlechtes, denn es bringt statische Stabilität. Ein (versehentlich) beschleunigter Heli agiert selbstständig dagegen (nickt auf und bremst somit wieder ab). Doch leider ist das meist dynamisch instabil, so dass das anfängt zu schaukeln.
Der Bell-Hiller-Mischer VERRINGERT die statische Stabilität und erhöht die dynamische stabilität, so dass der Heli freiwilliger in die Wunschrichtung fliegt, ohne sich dagegen zu wehren (=aufzubäumen).
Den "großen" fällt das gar nicht so sehr auf. Für sie bedeutet das nur, dass im Reiseflug der Stick weiter vorne steht als im Hover. Für uns, mit unseren federbelasteten Knüppelchen, wird es aber schon deutlich schieriger, die neue, passende "Knüppelmitte" zu finden und dabei ständig gegen die Knüppelfeder zu drücken.

gruß

andi

[FlyBill]

Sorry an den Eingangs-Poster fürs Threadnapping...

Nö nö .. is scho in Ordnung Wenn ihr wenigstens Deutsch sprechen würdet

[chrischan57]

Das ein System das weder beschleunigt noch verzögert in unserem Fall kein Moment durch die Masse hat ist klar. Das Moment entsteht durch den Widerstand am Blatt, dieser hängt ab vom Anstellwinkel...

Alles soweit klar...

Aber ist es tatsächlich so das 0 Drehzahländerung auftritt, auch beim z.B. Vollpitch geben... Addieren sich in dem Fall nicht doch die Kräfte?

Das meinte ich damit...

Chrischan

[bobo999]

Hi,


Die mir bekannten 4-Blatt-Köpfe für 450er haben alle starre Blattanlenkungen bzw. Blattlagerwellen, d.h. eine "Dämpfung" wie es bei den 2-Blatt-Paddelsystemen gibt fehlt hier ganz. Darauf führe ich die Schwierigkeiten durch Vibrationen und der Einsatz sehr weicher Blätter zurück, um das System wenigstens in irgendeiner Weise flexibel zu gestalten.

Gruß, Alex

der copterx 4 Blatt hat eine Dämpfung.In der 450er Klasse soll das so das beste sein was man kriegt.
http://www.youtube.com/watch?v=JtHagn239_4

[fireball]

Gibts da ne Bezugsquelle?

Edit - schon gefunden... eHirobo hat den Kopf im Shop...

[acanthurus]

Das Video ist gut. Es zeigt, dass der Heli merklich mehr Schräglage im Schwebeflug hat... ein deutliches Anzeichen für einen höheren Heckrotorschub, was gleichbedeutend mit mehr Antriebsdrehmoment am Hauptrotor ist, was wiederum gleichbedeutend mit eines höheren Leistungsbedarfs des Hauptrotors ist - mehr Blätter brauchen mehr Dampf.
Schön gemacht der beinahe freischlagende Blattanschluss. Hätte man jetzt die Schlagachse noch ein Stück nach aussen versetzt, wäre die Agilität noch höher.
Ich finde beim "stabilosen" Fliegen REICHLICH Expo sehr hilfreich. Um die Null-Lage herum benötigen diese Rotoren nur sehr wenig Ausschlag (etwa 1/3 dessen, was der Stabikopf braucht) zum stabilisieren, aber man benötigt insgesamt viel Steuerweg, wenns Vorwärts gehen soll.

@Flybill: habe mich bemüht, möglichst deutsch zu bleiben... aber an ein bissle englisch und sehr viel fachchinesisch kommt man leider nicht vorbei, wenn man sich das ernsthaft zu Gemüte führen will... und Alex ist diesbezüglich sehr hartnäckig, liest sogar seltsame Bücher und so...