ESP Welle mit 2. Bohrung

[echo.zulu]

Mannomann. Mit einem solchen kurzen Spruch kann man wirklich hohe Wellen verursachen. Grundsätzlich mag Chris ja Recht haben, dass man von der Schwerpunktlage in vertikaler Richtung nicht viel merkt was die Rollwendigkeit angeht. Aber grundsätzlich sollte es schon wichtig sein, ob die Rotorkreisebene und damit der Ursprung von Steuerkräften dicht oder weniger dicht am Massenschwerpunkt liegt. Eine Rollbewegung findet nun einmal um den Schwerpunkt statt. Wenn nun die Lage der Kräfteebene nicht mit dem Schwerpunkt übereinstimmt, so gibt es zusätzlich zu den Steuerkräften auch rückstellende Kräfte durch den Hebelarm zum Schwerpunkt. Die Physik kann ein Stabisystem auch nicht auf den Kopf stellen. Der Vorteil des Rigid-Systems ist aber, dass die Steuermomente nicht durch den mechanischen Kreisel der Paddelebene gedämpft werden. Aus diesem Grund kann ein Rigidsystem eine hohe Wendigkeit erreichen, ohne dabei Einbußen in der Stabilität in Kauf nehmen zu müssen.

Ich gehe deshalb fest davon aus, dass eine niedriger liegende Rotorebene Vorteile im Rollverhalten hat. Vielleicht kann Andi ja auch noch einmal darüber lesen und mich korrigieren, falls ich auf dem Holzweg sein sollte.

[yogi149]

O Mann, was kann man doch lostreten, mit einem kleinen Hinweis, das man solche Wellen überhaupt macht.

Aber 2 Fakten habe ich, der Rest mag für die meisten nicht merkbar sein:
1. Die Welle ist belastbarer, weil der Hebelarm zum Lager kürzer ist.
2. Es sieht wohl eindeutig besser aus, weil der Platz oberhalb der TS nicht mehr für eine verschiebbare Pitchbrücke gebraucht wird. Und deswegen überflüssig ist.

Bezüglich Rollrate, müsste man jetzt ja auch noch die Kreiselkräfte eines stehenden oder liegenden rotierenden Antriebs mit rein rechnen.
Also hilft die liegende Achse einer Turbine bei rechts oder links Rollen?
Und stört die stehende Achse eine dicken Aussenläufers, der mit seiner Glocke Präzessions erzeugt?

Beim Padelkopf konnte man den 30mm Unterschied im Schwerpunkt durch das flachere MP-Style Chassis laut Aussage der Piloten merken.

[acanthurus]

Hi..

Egbert hat mich per PN hierherzitiert, damit ich mal was zur Theorie der Rollrate/Schwerpunktabstand dazusenfe.. also bitteschön (nicht meine Schuld )
Zunächst muss man sich mal anschauen, wodurch die Rollrate eigentlich entsteht.

Es gibt 3 Aspekte zu betrachten:

1. Steuermomente (am Beispiel eines Rollmomentes)

Da gibt es zwei Anteile:

a) den sog. Schubanteil. Durch die Schrägstellung der Blattspitzenebene bei Rollausschlag wird auch der Schubvektor geneigt. Durch den Abstand des Schubvektor-Angriffspunktes vom Schwerpunkt entsteht ein Rollmoment. "kardanische" Rotorsysteme ala Jetranger steuern AUSSCHLIESSLICH so.

b) den freien Momentenanteil - auch mastmoment genannt. Dieser entsteht durch die Steifigkeit des Rotorsystems, d.h. das Neigen der Blattspitzenebene bewirkt DIREKT eine Drehtendenz um das Zentralstück. Da es sich aber um ein FREIES Moment handelt, ist diese Wirkung UNABHÄNGIG vom Schwerpunktsabstand der Rotorebene

Beim Modellheli ist der Anteil b) STARK dominant... zu gut 90%. Wäre Anteil a) wichtig, dann wäre das Rollverhalten in Rückenlage SIGNIFIKANT anders als in Normallage... und zwar erheblich LANGSAMER. Zudem würde bei GRÖSSEREM Abstand der Rotorebene die Rollrate STEIGEN (was die eigentliche Fragestellung auf den Kopf stellt). Also, anteil a) tritt deutlich in den Hintergrund.

Nach diesem Muster ist das durch die Rotorkreisscheibe aufgebrachte Rollmoment nicht wesentlich abhängig vom Schwerpunktsabstand, und falls überhaupt so dass die Rollrate vom Rotorschub selbst abhängt... und zwar in Rückenlage invers.

ABER das Rollmoment ist nur ein Teil der Wahrheit, man muss auch betrachten, auf was für einen Körper es wirkt.

deshalb

2. Massenträgheit am Beispiel des Rollträgheitsmomentes

Wirkt ein freies Moment auf einen körper, so erfährt dieser eine Winkelbeschleunigung. Je größer das Rotationsträgheitsmoment des Körpers, desto langsamer ist die Rollbeschleunigung. Ist die Massenverteilung eines Körpers weit außen konzentriert, so ist sein Trägheitsmoment größer. Und das ist der Fall, wenn der Rotor weit weg vom Schwerpunkt sitzt. Man erinnere sich an den SChreibtischstuhlversuch mit ausgestreckten und angezogenen Armen.
Aber ACHTUNG: Das Trägheitsmoment ist nur für die ÄNDERUNG der Rollrate verantwortlich, nicht für diemaximal erreichbare RollGESCHINDIGKEIT! D.h. ein kleiner Abstand Rotor-Schwerpunkt begünstigt ein schnelles EIN- und AUSLEITEN einer Rollfigur, aber nicht die maximale Rollrate (bei 30 am Stück geflogenen Rollen). Für die Rollrate kommt noch der 3. Punkt ins Spiel.

3. die Rolldämpfung

Die (in etwa) rollgeschwindigkeitsproportionale Dämpfung, welche die maximale Rollrate begrenzt, ist beim Hubschrauber eine fast lupenreine aerodynamische Dämpfung.
Sie entsteht dadruch, dass die durch die Rollbewegung erzeugte Relativgeschwindigket die Anströmrichtung am Rotorblattsegment dahingehend beeinflusst dass der Rotor der Rollbewegung "von allein" entgegenwirkt (lässt man den Stick los, hört die Rollbewegung sehr schnell auf).
Würde die Rotorebene genau auf Schwerpunkthöhe sitzen, so wäre die Rolldämpfung auf "rechter" und "linker" Hälfte der Rotorkreisscheibe gleich verteilt. Mit einem gewissen Abstand wird die Dämpfung unsymmetrisch... aber in der Summe einigermaßen konstant. Die Dämpfung hängt maßgeblich vom Abstand Blattspitze - schwerpunkt ab. Dieser wird zwar mit zunehmendem Abstand Rotor-Schwerpunkt auch größer, aber eben nicht sonderlich stark.

Fazit:

Mit zunehmendem Abstand der Blattspitzenebene vom Schwerpunkt wird durch den Restanteil a) aus Abschnitt 1 die Rollwirkung ein klitzekleinwenig "verungleichmässigt" (normal- und rückenlage), und die Rolldämpfung minimalst erhöht. Die Rollrate an sich wird dadurch im Mittel aber nicht merklich erhöht.
Eine Reduzierung des Trägheitsmomentes (Konzentration der Massen möglichst dicht am Schwerpunkt), siehe Abschnitt 2, wirkt sich jedoch positiv auf die Änderungsraten für wechselnde Roll- und Nickbewegungen aus (TicTocs und so´n Blödsinn).

Ich hoffe das wirft etwas Licht ins Dunkel. Jetzt hoffe ich dass ihr wenigstens so viel Zeit mit Lesen verbringt wie ich mit schreiben.

Noch einen kleinen Edit weil inwzischen noch ein Post dazukam: Das ganze "Kreiselgedöhns" des Rotors kann man guten Gewissens außer Acht lassen, das ist mit der ganzen Phasenwinkelgeschichte zwischen zyklischer Steuerung und Neigung der Rotorebene bereits vollständig verdaut ... es gelangt keine Präzessionswirkung am Rotormast an, eben WEIL der Hubschrauebr so eingestellt ist (notfalls mittels virtueller taumelscheibenverdrehung) dass Nick auch wirklich Nick ist...
Lediglich bei der aerodynamischen Dämpfung kommt das nicht ganz hin, allerdings fällt das bei den hier betrachteten GROSSEN Rollraten viel weniger ins Gewicht als bei kleineren Korrekturausschlägen.
"Kreiselgedöhns" der Antriebskomponenten (Motor, Turbine etc.) sind quasi ausschließlich Präzessionseffekte, und Präzessionsmomente sind FREIE Momente - hängen sofern nicht von Achs-Schwerpunkt-Abständen ab.

gruß
andi

[tracer]

Jetzt hoffe ich dass ihr wenigstens so viel Zeit mit Lesen verbringt wie ich mit schreiben.

Mindestens

Vielen Dank Wo ist hier der flattr-button?

[Basti 205]

Ich hoffe das wirft etwas Licht ins Dunkel.

Oh ja, ich bin wie immer geblendet, aber macht ja nix, einigen kann es nicht hell genug sein

[yogi149]

Hi Andi

THX

"Kreiselgedöhns" der Antriebskomponenten (Motor, Turbine etc.) sind quasi ausschließlich Präzessionseffekte, und Präzessionsmomente sind FREIE Momente - hängen sofern nicht von Achs-Schwerpunkt-Abständen ab.

Ich weiß, aber die Anordnung könnte dann trotzdem über Hilfe oder Anti-Hilfe entscheiden.

Eine stehende Motor-Achse könnte dann z.B. dem Heck helfen oder eben zusätzlich entgegenwirken. Dann müsste man über die Drehrichtung des Motors noch etwas rausholen können.

[acanthurus]

Stehend oder liegend macht natürlich einen unterschied, das ist klar. 2 gegenläufige Motoren, würd ich mal empfehlen

Im Ernst: einer der Vorteile von einstufigen Stirnradgetrieben ist, dass die präzessionswirkungen von Motor und Hauptrotorwelle/Zahnrad gegensinnig sind - wenn auch natürlich nicht gleich groß. Aber auch der HeRo macht (nicht wenig) Präzessionsmoment bei Roll- und Gierbewegungen.

Eine stehende Motorachse "hilft" oder stört das Heck quasi in keinster Weise (wenn die Systemdrehzahl konstant bleibt). Die Präzessionswirkung des Motors entfalltet sich auf Roll und Nick, die eines liegenden Motors (in Längsrichtung) auf Nick und Gier, und die des Heckrotors auf Roll und Gier.

[schöli]

Sehr schöne Ausführung, Andi

Ich denke, die Sache mit der gekürzten Rotorwelle bzw. dem tiefergelegten Rotorkopf hat haupsächlich 3 Gründe:

- Den ersten hast du ja gerade erklärt, nur der nutzt eigentlich nur beim 3D-Fliegen, da hier die starken Beschleunigungswechsel wichtig sind.

- Zweitens - und das ist mir und ein paar anderen schon aufgefallen - kann eine tiefergelegte Rotorebene helfen, das die Rotorwelle "mehr" aushält. Um das zu erklären möchte ich das Beispiel meines gestrechten Mini-Titan bringen. Mit den originalen Rotorwellen konnte ich gerade einen Flug machen, danach waren sie durch Unwucht beim Auslaufen krumm... mit nem tiefergelgten Kopf: kein Problem mehr.

- Drittens: ist nur optisch, ein tiefergelegter Kopf sieht einfach oftmals schöner aus

[TheManFromMoon]

Hallo Andi,

vielen Dank für deine Ausführungen, die ich sehr aufmerksam gelesen habe.

Im Prinzip bestätigt das ziemlich genau das was ich "unwissenschaftlich" von mir gegeben habe.

Vielen Dank für deine Zeit und Mühe!

-> Meine Fazit: Rotorwellen choppt man nur aus optischen Gründen. Daraus folgen keine weiteren nennenswerten Vor-/Nachteile.

Ganz im Gegenteil, ich finde es nicht schön und sogar irritierend wie tief beim 3D-NT die Blattebene sitzt. Dadurch hat man optisch eine höhere Ähnlichkeit zwischen oben und unten, was die Lageerkennung in brenzlichen Situationen schwieriger macht. Ich habe selber in den letzten Jahren 2-3 mal erlebt das ich beim 3D-NT kurzzeitig nicht mehr wusste wo oben und unten ist. Das hab ich mit keinem anderen Heli erlebt.

Wenn ich nen Tiefdecker will, würde ich Fläche fliegen

Viele Grüße,
Chris

[niggo]

Zwei Hinweise noch von meiner Seite:

1. Wie groß der vermeintliche Vorteil einer 13mm tiefer gelegten Bohrung in Bezug auf die Rollrate ist, sei dahin gestellt. Theoretisch ist der IMHO da, soweit ich im Physik-Unterricht richtig aufgepasst hatte. Ob man das praktisch spüren oder nutzen kann, muss jeder für sich selbst entscheiden. Hängt vielleicht auch von den Flugkünsten und dem Einsatzbereich ab. Ein 13 mm tiefer gelegtes Fahrwerk mag dem Durchschnittsautofahrer bei einem VW Golf im Stadtverkehr nicht auffallen - Michael Schumacher in seinem F1-Boliden auf der Rennstrecke schon.

2. Mein SJM 500 hat extra zwei verschieden hohe Bohrungen in der HRW: eine fürs Schweben und eine für 3D. Da merkt man den Unterschied auf Roll sehr deutlich (http://www.rchelifan.org/viewtopic.php? ... &start=75). Wer´s nicht glauben mag, kann gerne vorbei kommen und es ausprobieren (müsste dafür allerdings erst ein paar Reparaturen an der Kiste durchführen ).

[echo.zulu]

Hallo Andi. Hallo alle anderen.

Egbert hat mich per PN hierherzitiert, damit ich mal was zur Theorie der Rollrate/Schwerpunktabstand dazusenfe.. also bitteschön (nicht meine Schuld )

Von Herzitieren kann eigentlich keine Rede sein, denn dazu fehlt mir die Macht. Aber das ist auch gut so. Wenn schon, dann habe ich Dich gebeten Deine qualifizierte Meinung abzugeben. Ich kann auch nur den anderen beipflichten, dass Du es wieder geschafft hast das Mysterium Modellhubschrauber ein klein wenig zu entmystifizieren. Dafür gebührt Dir wieder einmal mein uneingeschränkter Dank. Es ist einfach toll wie viel Fachwissen doch in so einem Forum innewohnt. Ich freue mich immer wieder, wenn anfangs einfache Fragestellungen, die sich bei näherem Betrachten als doch nicht so einfach erweisen, mit ein paar fundierten Absätzen begreifbar werden. Hättest Du nicht schon einen Doktorhut, so würde ich ihn Dir hier verleihen.

Nochmals ganz vielen Dank. Ich hoffe, dass wir auch in Zukunft ein bisschen von Deinem Fachwissen profitieren können.

[acanthurus]

Hallo, Egbert und alle.

"Herzitieren" war sicherlich nicht bös gemeint. Aber ehrlichgesagt sehe ich es als "meine Aufgabe" an, speziell bei derartigen Fragestellungen mitzuwirken. Ich kann bei den praxisrelevanteren Fragen (Welches Setup für welchen Heli? Wie zapple ich diese und jene Figur korrekt) nicht viel beitragen. Insofern "Herzitieren" im Sinne von "tue deine dir selbst auferlegte Pflicht
Ich habe Spaß an solchen Themen, denn die bringen auch mich dazu, ab und zu mal die Birne einzuschalten.
insofern: keep asking (aber das mit dem Hut verrätste bitte keinem, das schreckt sonst ab)

Zum Thema nochmal:

Man sollte wie gesagt deutlich differenzieren, was man mit "Rollrate" eigentlich meint. Ich meine damit die (stationär) erreichbare Winkelgeschwindigkeit um die Längsachse bei einem zyklischen Rollausschlag. Ich meine NICHT das Rollmanöver "aus der Normalschwebe möglichst schnell in die Rückenschwebe", denn dieses besteht aus Winkelbeschleunigung, Drehphasen und Winkelentschleunigung (falls es dieses Wort gibt).

Rollrate: weitgehend unabhängig vom Abstand Rotorebene zu Schwerpunkt
Rollmanöver: (möglicherweise) merkliche Abhängigkeit von diesem Abstand - Messdaten habe ich dazu leider keine.

Die hier so hitzig formulierte geschichte mit "völliger Quatsch" und so hatte ich eingangs überlesen, sonst wäre ich darauf etwas detaillierter eingegangen.
Ich denke, es ist aber dennoch klar begründet worden warum ein "Mitteldecker-Heli" durch sein Mastmoment manövrierfähig bleibt und nicht zum Koax wird. Gäbe es nur den oben genannten Steueranteil a) (Schubanteil), dann wäre das Gerät nicht flugfähig. Es ist kein zufall, dass Uncle Frank´s Toys (Robinson-Hubschrauber) so einen immens langen Rotormast haben. Mit weniger Mastlänge wären sie schlechter steuerbar (vom Heckamputationsproblem mal ganz zu schweigen)

Fürs Modell ist der Schwerpunktsabstand der Rotorebene kein soooooooo superwichtiger Einzelparameter, sofern das Rotorsystem "steif" genug ist (oder alternativ, der Schlaggelenksabstand von der Rotorwelle, sofern existent, groß genug ist) - was es für ein kunstflugtaugliches Hubschraubermodell sowieso sein muss.

gruß
andi

[echo.zulu]

Hallo Andi.
Kann man daraus auch ableiten, dass es für einen sanften, scale-mäßigen Rundflug auch sinnvoller wäre mit einem weich aufgehängten Rotorkopf zu fliegen? Insbesondere mit dem Hintergrund, dass man in der Regel eher niedrigere Drehzahlen fliegen wird?

[Crizz]

DAS nenn ich jetzt mal fundierte Erklärungen - meinen besten Dank, so versteht man es auch - auch wenn man es 2 oder 3x lesen muß.

[-Didi-]

auch wenn man es 2 oder 3x lesen muß.

Ich musste öfters lesen und habe noch immer nicht alles verstanden!
MAcht aber nichts!

Danke für Dein Input!