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Wie funktioniert ein RC-Helicopter?
EinleitungDer Einstieg in die Modellfiergerei kann vielfältig sein. Mit
Modellhubschraubern zu beginnen macht das Ganze noch kompizierter. Es gibt einen
recht anschaulichen Vergleich, um die unterschiedlichen Flugeigenschaften
darzustellen:
- das Steuern eines Anfänger-Flugmodells ist in etwa vergleichbar mit einer
Murmel in einer Schale. Wird die Schale in einer Richtung geneigt, rollt die
Murmel in diese Richtung, läßt man dann los, rollt sie in die Mitte zurück.
Dieses Verhalten wird eigenstabil genannt.
- ein Kunstflugmodell wäre mit einer ebenen Platte zu vergleichen. Neigt man
die Platte, rollt die Kugel in die entsprechende Richtung. Liegt die Platte
wieder eben da, rollt die Glasmurmel weiter. Um die Kugel zu stoppen, muß die
Platte kurz in Gegenrichtung angehoben werden. Dies ist ein neutrales
Steuerverhalten.
- für den Modellhuschrauber nehmen wir wieder die Schale zu Hilfe. Nur
diesmal drehen wir sie um. Die Murmel liegt auf dem höchsten Punkt der Schale.
Um die Glaskugel am Herunterrollen zu hindern, muß die Schale ständig bewegt
werden. Auch ein Modell-Heli muß ständig korrigiert und gesteuert werden.
Dieses Flugverhalten nennt man instabil.
Somit verlangt ein
Modellhubschrauber zu jeder Zeit 100% Aufmerksamkeit. Das macht es einem
Anfänger so schwer.
GrundlagenWie der Name schon sagt, der Hubschrauber dreht (schraubt)
seinen Rotor durch die Luft. Ist die Drehgeschwindigkeit hoch genug, wird der
Helikopter angehoben (hub).Diesen Effekt können Sie selbst testen, indem Sie als
Beifahrer bei einer vernünftigen Geschwindigkeit, den Arm aus dem Fenster
halten, ohne sich und andere zu gefährden. Drehen Sie nun die Handfläche
leicht nach oben, wird der Arm durch die Luft nach oben gedrückt. Prinzipiell
funktioniert das genauso bei den Rotorblättern. Der Anstellwinkel der
Rotorblätter nennt man Pitch.
 Bild 1 zeigt die Seitenansicht eines Rotorblattes mit 0 Grad
Anstellwinkel. Bei einem vollsymmetrischen Profil (Ober- und Unterseite gleich)
entsteht kein Auftrieb.
 In Bild 2 ist dargestellt, was passiert, wenn das Rotorblatt einen
positiven Anstelllwinkel hat. Das Rotorblatt besitzt ein Profil, das auf der
Oberseite einen Unterdruck und an der Unterseite Überdruck erzeugt, genauso wie
ein Flächenprofil.
Da alle Rotorblätter immer gemeinsam (kollektiv) ihren Pitch
(Anstellwinkel) ändern, wird dies als Kollektivpitch bezeichnet.
Sicher haben Sie sich schon gefragt, zu was der kleine "Propeller" am Heck
gut ist. Dieser "Propeller" wird Heckrotor genannt und dient dem
Drehmomentausgleich. Ohne diesen Heckrotor würde der Helikopter bei drehendem
Rotor das Kreiseln anfangen. Die zweite Funktion des Heckrotors ist das Ändern
der Flugrichtung. Angesteuert wird der Heckrotor genauso wie der Hauptrotor
mittels Pitchänderung.
Prinzipiell werden auf dem Markt zwei verschiedene Varianten von
Modellhubschraubern angeboten. Solche mit "festen" Pitch und die mit
Kollektivpitch.
- fester Pitch: hier ist der Anstellwinkel der Rotorblätter fest
eingestellt. Um den Heli steigen oder sinken zu lassen, wird die Drehzahl des
Antriebsmotor erhöht oder gesenkt. Hierbei ändert sich ständig das Drehmoment.
Vorteil: einfache Mechanik, günstiges Modell, einfache
Fernsteuerung
Nachteil: schwierig zu steuern, für Anfänger absolut
ungeeignet
- Kollektivpitch: der Anstellwinkel der Rotorblätter ist mittels
Fernsteuerung einstellbar. Steigen und Sinken des Helikopters wird durch den
Anstellwinkel (Pitch) der Rotorblätter bestimmt. Die Drehzahl des Motors
bleibt hier konstant.
Vorteil: einfacher zu fliegen, keine
Drehmomentänderungen
Nachteil: kompliziertere Mechanik, teureres
Modell, aufwendigere Fernsteuerung Damit sich der Helikopter in
bestimmte Richtungen bewegt, muß der Rotor in die gewünschte Richtung geneigt
werden. Wenn sich der Heli z.B. nach vorne bewegen (nicken) soll,
wird der Pitch für die Rotorblätter am vorderen Punkt des Rotorkreises
verringert und am hinteren Punkt vergrößert . Der Rotorkreis neigt sich
sozusagen nach vorne. Da sich die Ansteuerung immer am gleichen Punkt
wiederholt, nennt man das zyklische Ansteuerung. Die Ansteuerung für die
Seitwärtsbewegungen (rollen) funktioniert ebenso, der Rotorkreis
wird nach links oder rechts geneigt.
Um die Steuerbewegungen an die Rotorblätter weiter zu geben, wird eine
Taumelscheibe verwendet. Diese Taumelscheibe überträgt die Bewegungen der
Rudermaschinen (Servos) an die Rotorblätter. Prinzipiell bewegt sich die
Taumelscheibe parallel zum Rotorkreis.
mechanischer AufbauModellhubschrauber werden im allgemeinen durch
Verbrennermotoren angetrieben. Diese 2-Takt Verbrennermotoren sind mittels einer
Fliehkraftkupplung mit einem ein- oder zweistufigem Getriebe verbunden. Das
Getriebe setzt die Drehzahl des Motors um ca. den Faktor 10 herunter, so dreht
der Rotor zwischen 1.200 und 1.800 U/min. Dieses Getriebe ist auch für den
Antrieb des Heckrotors zuständig. Je nach Ausführung dreht der Heckrotor ebenso
hoch wie der Antriebsmotor.
 Die Anlenkung der Taumelscheibe erfolgt mittels drei bzw. vier
Servos. Dies wird Drei- oder Vierpunktanlenkung (s. Bild 3) genannt. Für eine
Nickbewegung bei der 3-Punktanlenkung wird z.B. Punkt A gesenkt und Punkte B und
C angehoben. Bei einer Rollbewegung wird beispielsweise Punkt B angehoben, Punkt
C gesenkt und Punkt A nicht gesteuert. Zum Ändern des Pitchwinkels werden alle
Punkte gesenkt oder gehoben. Um die zyklische und kollektive Ansteuerung zu
realisieren, gibt es zwei unterschiedliche Mischmöglichkeiten.
- elektronische Mischung: es steuern drei oder vier Servos die
Taumelscheibe an. Die Mischung der zyklischen und kollektiven Steuerimpulse
werden in einer Computerfernsteuerung realisiert.
Vorteil:
einfacher mechanischer Aufbau, direkte Anlenkung, kaum Spiel
Nachteil: teure Computerfernsteuerung, durch elektronische Mischung
laufen Servos nicht syncron bei Pitch.
- mechanische Mischung: die Taumelscheibe wird über drei Servos
bewegt. Nick und Rollfunktion wird jeweils mit einem Servo direkt angesteuert.
Die Pitchfunktion wird realisiert indem das dritte Servo Nick- und Rollservo
gemeinsam über einen Schlitten bewegt.
Vorteil: günstige
Einstiegsfernsteuerung, Pitch wird nur durch ein Servos gesteuert
Nachteil: mechanischer Aufbau, mehr Spiel durch indirekte
Anlenkung Der Modellhubschrauber wird von fünf Servos
angesteuert. Das erste Servo steuert den Vergaser des Verbrennermotors an. Es
wird Gasservo genannt. Mit dem zweiten Servo wird Pitch gesteuert, und
heißt deswegen Pitchservo. Verwenden wir eine Computerfernsteuerung mit
elektronischer Mischung gibt es kein separates Pitchservo. Bei einer
3-Punkt-Anlenkung gibt es zwei Roll- und ein Nickservo. Zwei Roll- und zwei
Nickservos werden bei der 4-Punkt-Anlenkung benötigt. Für die Rollbewegungen ist
das Rollservo zuständig und für die Nickbewegungen das Nickservo.
Die Funktionen Pitch und Gas sind gekoppelt. Für das Drehen des
Hecks ist das Heckservo zuständig. Diese Drehbewegung wird durch
Pitchänderung des Heckrotors erzeugt.
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Letzte Aenderung: am 08.03.2016 © s.g. ..
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