Der PICCOLO
Flap-Flaps
Report
Der Miniaturheli von Ikarus

Das Manuskript für diesen Bildbericht hat Tom geschrieben und freundlicherweise für Flyheli zur Verfügung gestellt.

Flap Flaps sind im Sprachgebrauch meiner Freundin die Dinger am Piccolo, die sich drehen um ihn in die Lüfte zu bewegen.

Die Vorgeschichte

 wpeA1.jpg (6574 Byte) Über diese Flap Flaps, im folgenden Blätter genannt, ist in letzter Zeit viel geschrieben worden. Speziell im englische Forum von Ikarus las man davon, dass einige Piloten die Blätter schmaler geschnitten haben und danach alles viel besser geworden sei. Man las aber auch, dass nach der „Beschneidung“ die Blätter gar nichts mehr taugten.
 

Also was denn nun?

Konrad Mayer (der Piccolo Gott) hat in einer e-mail mal sehr treffend formuliert, dass doch alle Berichte über Veränderungen an den Blättern, bzw. die Verwendung der Wunderrwaffe CFK sehr subjektiv seien.

Da ich auch dieser Meinung bin und zudem vor einiger Zeit selber mal Rotorblätter für meinen Piccolo gemacht habe (natürlich aus CFK), wollte ich versuchen, etwas mehr Objektivität in die Vergleiche unterschiedlicher Blätter zu bringen. Der ursprüngliche Beweggrund für mein erstes Paar CFK-Blätter war allerdings nicht der Wunsch nach Optimierung, sondern ein an einem Stuhlbein zerschelltes Original Rotorblatt.

Neulich hat es mich dann wieder gepackt und ich habe weitere Blätter gebastelt. Zwischenzeitlich hatte Konrad zwei Paar meiner Blätter in seinen Fittichen und hat ihnen gute Flugmanieren beigebracht. Jetzt wollte ich wissen, ob man den Erfolg messen kann.

Der Prüfstand

Ich wollte gleichzeitig die Hubkraft des Rotors, die aufgenommene elektrische Leistung und die Drehzahl messen. Dabei sollte der Heckrotor wahlweise aktiv oder inaktiv sein, um indirekt auch dessen Leistungsbedarf zu messen.

Hier ein kleines Bild, dass neben meiner Rumpelkammer (Bezeichnung kommt von der selben Quelle, wie die Flap Flaps).

zum Vergrößern anklicken

Ich habe mit mäßigem Erfolg versucht, den Prüfstand aus dem Foto freizuschneiden. So kann man die Einzelheiten etwas besser erkennen. Der Heli ist mit Gummiringen locker auf einer Grundplatte befestigt. die sich über ein zweifach gelagertes Messingrohr auf einer Waage abstützt. Das Messingrohr ist fliegend gelagert, man kann also den Heli mitsamt Grundplatte und Messingrohr aus dem Prüfstand herausfliegen. Wieder hineinfliegen ist mir noch nicht gelungen.

Die Waage wird mit Gewichten vorbelastet, so dass die gemessene Gewichtsabnahme bei laufendem Rotor der Hubkraft entspricht. Während der Messung betreibe ich den Heli mit einem 7-zelligen NiCd Akku (250mAh Panasonic). Am Akku wird ein Voltmeter parallel und ein Amperemeter in Reihe geschaltet, so dass ich die Gesamtleistung (Hauptrotor-, Heckrotormotor und Piccoboard) messen kann. Das Drehzahlmessgerät ist an einer der beiden Hilfstangen befestigt, die die Heckbewegungen des Piccolo begrenzen.

Mit Hilfe dieses Prüfstandes habe ich bereits einige Messungen durchgeführt, weitere Ideen für Rotorblätter stehen noch in der Warteschlange.

Hier ein Beispiel für eine solche Messreihe.

U[V]

I[A]

m [g]

mo[g]

mhub[g]

n [1/min]

P [W]

9,4

0,50

188,00

236,00

48,00

573,00

4,7

9,09

1,00

140,00

236,00

96,00

732,00

9,09

8,82

1,50

97,00

236,00

139,00

850,00

13,23

8,68

2,00

63,00

236,00

173,00

936,00

17,36

8,29

2,50

40,00

236,00

196,00

1009,00

20,725

8,08

3,00

10,00

236,00

226,00

1071,00

24,24

7,84

3,20

0,00

236,00

236,00

1106,00

25,088

 1. Leistungsbedarf des Heckrotors

 In dem untenstehenden Diagramm ist die Hubkraft über der Drehzahl für eines der getesteten Blattpaare dargestellt. Mein Heli wiegt 233g in der gezeigten Ausführung. Damit benötige ich mit diesen Blättern eine Schwebedrehzahl von ns = 1100 1/min.

Durch vergleichende Messung der Leistung mit und ohne angeschlossenen Heckrotor kann man auf den Leistungsbedarf des Heckrotors schließen. In diesem Fall beträgt die Heckrotorleistung 3,5W bei Schwebedrehzahl. Je nach hervorgerufenem Drehmoment der verwendeten Blätter schwankt dieser Wert natürlich ein wenig, die Unterschiede sind allerdings nicht bedeutend. Schön zu erkennen ist hier auch der potentielle Zusammenhang zwischen Leistungsbedarf und Drehzahl. Für sämtliche Angaben über die erforderliche elektrische Leistung muss erwähnt werden, dass sie natürlich nur für die von mir verwendeten Komponenten (Motor, Mechanik, Piccoboard....) gelten. Speziell mein Motor hat schon die eine oder andere Umdrehung hinter sich und daher wohl nicht mehr den optimalen Wirkungsgrad. In der Tat hatte ich Angst, dass der Motor die Messreihen nicht durchhält und ich einen neuen einbauen müsste. Damit wäre natürlich die Vergleichbarkeit der Messungen stark beeinträchtigt gewesen.

2. Struktur der Blattoberfläche

Es wurde schon viel über die Notwendigkeit der Turbulatoren auf den Rotorblättern gemutmaßt. Deshalb habe ich mal versucht, den Effekt unterschiedlicher Oberflächen zu messen. Dazu habe ich ein CFK Blattpaar gebaut, dessen Oberseite die Struktur des Gewebes aufwies. und die Leistungskurve aufgenommen. Dann habe ich das gleiche Paar mit einer Folie beklebt, so dass ich eine annähernd so glatte Oberfläche errecht habe, wie die der Blätter, die ich mit einer zweiteiligen Form gebaut habe. Zusätzlich habe ich auch zwei glatte Paare als Vergleich eingefügt. Hierbei muss allerdings beachtet werden, dass ich kein Blattpaar zur Verfügung hatte, dass exakt die gleiche Geometrie, Schwerpunktlage, Anstellwinkel und damit die gleiche Schwebedrehzahl wie das Paar mit der rauen Oberfläche hatte.

Die Bezeichnungen im Diagramm bedeuten im einzelnen:

Direkt verglichen werden können also nur die Kurven „ rau“ und „rau+Folie“. Dabei fällt auf, dass es Sinn macht, eine möglichst glatte Oberfläche anzustreben. Die Turbulatoren sind, besonders wenn man die Nase der Blätter möglichst spitz macht, nicht sinnvoll. Bei geringeren Schwebedrehzahlen, also bei größerem Anstellwinkel und/oder größerer Flügeltiefe hingegen ergeben sich im Vergleich zu glatten CFK Blättern bessere Werte für die Ikarus Blätter mit Turbulator. Dieser Vergleich ist aber streng genommen nicht ganz gültig da die CFK-Blätter etwas schwerer als die Ikarus Blätter waren und eine geringfügig andere Outline aufwiesen.

Viel entscheidender für den Leistungsbedarf als die Oberfläche der Blätter scheint aber die Drehzahl, die zum Schweben nötig wird, zu sein. Diese Frage ist deshalb so entscheidend, weil eine Erhöhung der Schwebedrehzahl i.A. eine Verbesserung der Flugeigenschaften mit sich bringt. Der Heli fliegt ruhiger, vor allem bei Wind, und der gefürchtete Aufbäumeffekt wird verringert.

Umsonst gibt es natürlich nichts, also stellt sich die Frage, wie viel an Leistung ich für den Flugkomfort bezahlen muss.

Die Schwebedrehzahl

In den folgenden Diagrammen ist für ein CFK Blatt der Einfluss des Anstellwinkels auf die Schwebedrehzahl und auf die benötigte Schwebeleistung dargestellt. Als Referenzkurve dient wieder das Ikarus Blatt.

Deutlich zu erkennen ist, der geringe Einfluss der Turbulatoren. Im unteren Drehzahlbereich, also unterhalb der Schwebedrehzahl liefern die Ikarus Blätter zwar etwas höheren Auftrieb, in dem interessanten Bereich ist der Effekt aber nicht mehr zu beobachten. Deutlich wird aber auch, dass eine Drehzahlerhöhung mit Leistungsbedarf erkauft werden muss. Bis zu einer Schwebedrehzahl von etwa 1100 1 /min fällt der höhere Leistungsbedarf kaum ins Gewicht, doch eine weitere Drehzahlerhöhung wirkt sich dann deutlicher auf die benötigte Leistung aus. Die praktischen Erfahrungen haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Schwebedrehzahl um 50 1/min bis 100 1/min (ausgehend von 1000 1/min) eine beträchtliche Verbesserung der Flugeigenschaften bewirkt. Deshalb werde ich bei meinen nächsten Blättern diesen Bereich anstreben.

Kugelgelagerter Motor

Viele ambitionierte Piccolaner haben in letzter Zeit ihre Motoren auf Kugellagerung umgerüstet, um den Wirkungsgrad zu erhöhen und ein angenehmeres Laufgeräusch zu erhalten. Also musste ich das natürlich auch ausprobieren. Hier der Vergleich:

In meinem Fall konnte ich eine Verringerung der Leistungsaufnahme von knapp 2 Watt messen. Wahrscheinlich bringt es mehr, den neuen Motor von WES einzubauen, aber die Kugellagerung hat was. Klingt auch angenehmer.

Zusammenfassend kann man feststellen, dass der Hauptvorteil der CFK Blätter in den verbesserten Flugeigenschaften des Piccolo bei Wind und dem geringeren Aufbäumverhalten liegt. Dies liegt zum einen an der höheren Drehzahl, zum anderen an dem weiter außen liegenden Schwerpunkt und der höheren Steifigkeit. Eine Erhöhung der Flugzeit aufgrund geringeren Energieverbrauchs kann man nicht erwarten. Die genannten Vorteile entziehen sich also doch einer messtechnischen Erfassung und es bleibt festzustellen, dass es eben doch eine Wunderwaffe CFK gibt, die alles besser macht.