Vollständige Version anzeigen : Warum zykl.Pitch mit versetzter Wirkung
Michael.Nord
18.07.2003, 21:55
Hallo zusammen,
warum ist der max.Blattanstellwinkel des zykl.Pitchs immer ca. 90 Grad vor der aerodynamisch wirkenden Stelle ?
Beispiel: wenn der Heli die Nase heben soll, so ist der max. Anstellwinkel der Rotorblätter beim zykl. Pitch nicht exakt über der Heli-Nase sondern bereits deutlich früher (so ca. 90 Grad ?) ?!
Mit der Kreiselwirkung soll es laut Dieter Schlüters Buch "Hubschrauber ferngesteuert" NICHTS zu tun haben, das kann es also nicht sein. Schlüter schreibt zwar, daß es einen Winkelvorlauf gibt, begründet ihn aber leider in seinem Buch nicht. ?( ;(
Zweite Frage dazu: ist dieser "Winkelvorlauf" zwischen max.zykl.Pitch und der aerodynamischen Wirkung immer gleichgroß oder von Modell und/oder Drehzahl abhängig ?
Danke, Michael
Das hat 100%ig mit der Kreiselpräzession zu tun.
(kann ich gar nich glauben,das das so in dem Buch steht, woher sollte es sonst auch kommen ?( )
Wenn der Heli die Nase heben soll, wird die Rotorebene 90° (plus-minus ein wenig durch Verluste)
vorher angesteuert, so das der heli zur Seite Steuern müsste.
Die Kreiselpräzession(wo die herkommt habe ich immer noch nich ganz rausgefunden)
wehrt sich aber dagegen, und lässt den Heli erst 90° später kippen.
Nimm mal ein Fahrradreifen bring ihn auf touren und kipp ihn mal in eine
Richtung und beobachte mal wohin er ausschlagen will.
Michael.Nord
19.07.2003, 08:12
naja, weiß nicht, Schlüter schreibt auf S.36 "...der aber absolut nichts mit den oftmals in diesem Zusammenhang diskutierten Kreiselkräften zu tun hat und fälschlicherweise immer wieder zur Erklärung der zykl. Blattverstellung herangezogen wird."
Außerdem müßte dann die unsymmterische Auftriebswirkung, die bei Vorwärtsflug auf der Seite des voreilenden Blatts zustandekommt, ebenfalls eine 90 Grad verzögerte Wirkung haben, den Heli also dazu verleiten, die Nase zu heben.
Es wird aber immer wieder berichtet, daß das voreilende Blatt den Heli seitlich umstoßen kann, also eine Wirkung auf die Rollachse hat. Das paßt doch dann nicht: wenn hier auch der Kreiseleffekt zuschlägt, dann hätte das voreilende Blatt eine Wirkung auf die Nickachse.
Hab leider noch keinen Heli, deshalb beschäftige ich mich z.Zt. leider ;( nur mit der Theorie, aber das wird sich bald ändern :P :) :rolleyes:
Hallo Michael,
mich hat das auch enttäucht, wie Schlüter in seinem Buch diesen Sachverhalt erklärt, oder besser gesagt, sich um die korrekte Erklärung rummogelt. Was er auf S. 36 meint, ist die Ähnlichkeit mit der Kopfkippsteuerung. Spätestens bei der Erklärung dieser (auf gleicher Seite oben), hätte er den 90° Winkelversatz zwischen angreifender Kraft und resultierender Bewegung, der bei jedem starren Rotationskörper auftritt, erklären müssen.
Ich hatte mir damals das Buch extra deswegen gekauft, um diese Zusammenhänge endlich mal aus berufenem Munde bestätigt zu bekommen - leider Fehlanzeige. Auch alle Modell-Heli-Piloten, die ich fragte, zuckten nur mit den Schultern. Erst in einem Gespräch mit dem Chef von Vario, wurde meine Vermutung bestätigt, daß die Rotor-Blatt-Ebene sich logischerweise genauso verhält, wie ein Kreisel (mit ein paar Besonderheiten, wegen der Schlaggelenke).
In diesem Beitrag von mir (http://www.rc-heli.net/forum/index.php?act=ST&f=40&t=16937&hl=&#entry101058) habe ich einmal einen Vergleich mit einem Hammerwerfer gemacht, um die Physik etwas zu veranschaulichen.
Ach so, wegen:
Außerdem müßte dann die unsymmterische Auftriebswirkung, die bei Vorwärtsflug auf der Seite des voreilenden Blatts zustandekommt, ebenfalls eine 90 Grad verzögerte Wirkung haben, den Heli also dazu verleiten, die Nase zu heben.
Es wird aber immer wieder berichtet, daß das voreilende Blatt den Heli seitlich umstoßen kann, also eine Wirkung auf die Rollachse hat. Das paßt doch dann nicht: wenn hier auch der Kreiseleffekt zuschlägt, dann hätte das voreilende Blatt eine Wirkung auf die Nickachse.
In der Tat hat die unsymmetrische Anströmung einen Aufbäum-Effekt zu Folge. Wer anderes behauptet, hat die Physik nicht verstanden. Wenn Du das Forum hier durchstöberst, wirst Du immer wieder auf Diskussionen stoßen, wie man das Aufbäumen minimieren könnte (Blattgeometrie, Schwerpunktlage, Paddelanstellung usw. usf.).
JMalberg
19.07.2003, 12:40
Hui, mal wieder eine Antwort mit Niveau!
Die angesprochenen Differentialgleichungen würden mich mal interessieren, da ich auch nix in der einschlägigen (Hobby-)Literatur fand. (Dann kann ich auch mal wieder den alten Bronstein-Semendjajew ausbuddeln.)
Hallo Jürgen,
danke für die Blumen, aber wegen der Differentialgleichungen muß ich Dich leider enttäuschen, bei dem Wetter geh' ich lieber fliegen und freu' mich daran, daß das in der Praxis funktioniert, mit der Physik :D :D
Vielleicht mal an einem stillen Winterabend, sofern ich das mit der Differentialrechnung wieder aus dem hinteren Gehirnwinkel vorkramen kann - ist alles schon sooo lang her...
Michael.Nord
19.07.2003, 20:38
Hallo Jürgen, hallo Neogeo,
danke für Eure Antworten. Nachdem der von mir beschriebene Effekt Euren Aussagen nach eindeutig durch die Kreiselpräzession zustande kommt und Schlüter's Aussage demzufolge mißverständlich formuliert ist, ist für mich die Heli-Theorie wieder in Ordnung und verständlich.
Die zweite Frage bleibt aber weiterhin offen:
wenn das voreilende Blatt 90 Grad versetzt für das Aufbäumen verantwortlich gemacht wird, warum wird dann in der Literatur immer wieder darüber berichtet, daß das voreilende Blatt und dessen Auftrieb auch auf die Rollachse wirkt und den Heli SEITLICH (!?) unter ungünstigen Umständen umstoßen kann:
entweder hier wirkt sich die Kreiselpräzession aus => Aufbäumen
oder
sie wirkt hier nicht => Rollachse mit "Umschmeiß"-Gefahr
Beides gleichzeitig widerspricht sich in sich !
Viele Grüße, Michael
Hallo,
Ich kann mir höchstens vorstellen, das
der Auftrieb auf der voreilenden Seite viel zu groß ist,
und vorallem auf der nacheilenden die Strömung komplett abreißt
sodaß die zyklischen Ausschläge praktisch keine aerodynamische Wirkung mehr haben.
Richtig, bei Strömungsabriß sieht es anders aus: dann haben wir keine aerodynamischen Kräfte mehr am Blatt und Auftriebsverlust auf einer Seite. Dies passiert am rücklaufenden Blatt, wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit in die Nähe der Blattgeschwindigkeit kommt (Stall). Der Heli kippt dann einfach weg. Hier gibts ein paar Infos (http://www.polizei.niedersachsen.de/dst/phoenix/technik/aerodynamik/aero4.html) zum Thema "Vorwärtsflug und vor- / rücklaufendes Blatt".
Zuerst kann man die unterschiedlichen Auftriebswerte der linken und rechten Rotorhälfte durch Beisteuern von Nick kompensieren. Dadurch erhöht man am rücklaufenden Blatt den Anstellwinkel gegenüber dem vorlaufenden. Ohne die Nick-Steuerung würde der Heli sich aufbäumen, wie weiter oben geschrieben. Im Extremfall reißt jedoch die Strömung am rücklaufenden Blatt ab.
Hi,
da muß ich Euch mit der Kritik an Papa Schlüter doch ein wenig dämpfen. Es sind nicht die eigentlichen Kreiselkräfte die das seltsame Verhalten eines Rotorblattes bewirken, sondern laut ROTOR seine Wirkung als Pendel. Daher auch die unterschiedlichen von 90° abweichenden Werte. Dabei ist aber wenn ichs richtig verstanden habe nicht so sehr die Reibung und Dämpfung, sondern vor allem die Lage das Schlaggelenkes schuld. Es ist eben ein Riesenunterschied, ob in der Mitte ein Schlaggelenk ist und das Blatt steif ist, oder ob man einen Koppf ohne Schlaggelenk mit weichen Blättern hat, wo das wirksame Schalggelenk fast auf halbem Durchmesser liegt.
Aber so genau hast das wohl auch der Schlüter nicht gewußt.
Ich hoffe ich habe jetzt keinen Unsinn geschwätzt.
Gruß Mümmel das Mümmel
Hi,
Dabei ist aber wenn ichs richtig verstanden habe nicht so sehr die Reibung und Dämpfung, sondern vor allem die Lage das Schlaggelenkes schuld
@Muemmel: da hast Du völlig recht, daß im wesentlichen der Winkel zwischen Krafteinleitung und resultierender Rotorbewegung vom Schlaggelenkabstand beeinflußt wird. Bei unseren Modellhelis mit einem zentralen Schlaggelenk in der Rotorwelle (die in den Gummiringen gelagerte Rotorblattwelle ist ja nix anderes als ein Schlaggelenk) haben wir eben eine Phasenverschiebung von 90°, bei den großen Hubschraubern, die ihr Schlaggelenk eben nicht mehr in der Rotormitte haben, ist dieser Winkel dann kleiner.
Ausnahme müßte da eigentlich der gute alte Teppichklopfer sein, die Bell UH-1, die hat nämlich auch nur ein gemeinsames Schlaggelenk für beide Blätter, weswegen sie auch dieses einmalig schöne Geräusch von sich gibt... ;) diese sollte also auch einen Winkel von nahezu 90° aufweisen...
Gruß Uli
Hallo,
Es sind nicht die eigentlichen Kreiselkräfte die das seltsame Verhalten eines Rotorblattes bewirken, sondern laut ROTOR seine Wirkung als Pendel
Wenn Du damit den prinzipiellen 90°-Phasenversatz erklären willst, liegst Du - bzw. ROTOR - falsch!
Richtig ist, daß durch die Lage der Schlaggelenke der Fehlwinkel *ab* 90° +/- variiert wird, also z.B. 85° oder 100°. Die Schwenk- und Schlaggelenke bewirken nichts anderes, als daß die Rotorscheibe ein nicht idealer, nicht starrer Rotationskörper wird. Beim idealen, starren Rotationskörper gelten 90°. Da beißt die Maus kein'n Faden ab. :) :)
PS: Das mit den 90° kann man leicht mit dem von "neogeo" angesprochenen Fahrradfelgen-Experiment ausprobieren.
Hi Stefan,
können wir unsere Diskussion mal wieder ein wenig weiterführen ... :)
also von mehr als 90° Phasenverschiebung habe ich ja noch nie gehört, wie kommt es denn dazu?
Wie Du schon sagst, 90° wenn alles quasi ideal ist, aber mit zunehmendem Schlaggelenkabstand wird der Winkel doch (nur?) kleiner...
Allerdings muß ich auch gestehen, daß ich die Schwenkbewegung der Blätter bislang nicht auf dem Plan habe, habe aber von einem Einfluß dieser Bewegung auf die Phasenverschiebung noch nichts gelesen oder gehört ... werde ich nochmal nachholen.
Gruß Uli
Hallo Uli,
wir haben ja schon mal an anderer Stelle darüber diskutiert. Mein Wissen ist lediglich ein allgemein Physikalisches. Es kann schon sein, daß die + Phasenverschiebung beim Kreisel rein akademisch ist. Ich weiß nur, daß bei einem rotierenden Strom-Spannungssystem ebenfalls 90°-Phasenwinkel auftreten - und zwar in pos., wie in neg. Richtung: Beim Zusammenschalten einer Wechselspannungsquelle und einem idealen Kondensator (C ) eilt der Strom 90° gegenüber der Spannung vor, nimmt man eine Spule (L), eilt er 90° nach. Alle Zwischenwinkel sind durch Kombinationen aus L, C und Widerständen (R ) erreichbar.
Da es in der Physik sehr oft Analogien gibt, habe ich geschlossen, daß das Kreiselsystem analoge Zustände einnehmen kann. Wie gesagt, rein rechnerisch gehe ich davon aus, in der Praxis ?( ?( ?( (Denk' Dir einfach mal einen negativen Abstand des Schlaggelenks zur Rotormitte...)
Mir persönlich reicht es aus, zu wissen, wie es idealisiert ist und warum (s. Hammerwerfer). Dann gibt es in der Praxis noch einige Zusatzbedingungen, die sich so und so auswirken. Normalerweise gebe ich mich dann aber zufrieden - man hat ja auch noch anderes zu tun :]
Hi Stefan,
ob nun plus oder minus 90° ist ja stenggenommen nur eine Frage der Sichtweise, was man sich anschaut, oder? Also, ob man die Reaktion als Bezug nimmt oder die Ursache...
meinte nur, es kann eigentlich nicht mehr Phasenverschiebung als 90° geben, ob nun + oder -. also der Betrag ist maximal 90°. Und wenn ich deine Antwort richtg deute, dann meinst du das auch so.
Aber ein negativer Schlaggelenkabstand ist schon sehr theoretisch 8) .... das ist mir jetzt auch egal, wie du schon sagst, man hat anderes zu tun.... :]
Gruß Uli
Michael Behrens
21.07.2003, 12:03
Hallo
Es hat wohl damit zu tuen, dass man nicht das Rotorblatt im einzelnen sehen muss, sondern die Blattspitzenebene anschauen sollte.Der Schubvektor steht immer mit großer Genauigkeit mittig und Senkrecht auf der Blattspitzenebene.Kippen des Schubvektors durch Neigung der Blattspitzenebene bewirkt dass ein Auswandern der Wirklinie des Schubes zum Schwerpunkt.
Die entstehenden Momente werden zur Kontrolle des Hubis benötigt.
Man muss also das Blatt ca. 90Grad vorher ansteuern, damit es ca 90 Grad später sein höhsten Punkt hat.
Da spielen meines Wissen kein Kreiselkräfte eine allzugroße Rolle.
Da spielen Schlaggelenke,Schwenkgelenke,Material der Blätter,usw.. ein egrößere Rolle.
Bei der Bell UH-1D sind es genau 90Grad.
Bei der BO 105 sind es 80 Grad.
MfG
Michael
Hallo Michael,
hast Recht mit allem was du sagst ...
aber es geht hier ja auch nicht um Kreiselkräfte, sondern um das Verhalten eines Kreisels ... und ein sich drehender Rotor ist schon ein Kreisel...
Kreiselkräfte sind für mich andere Dinge ... zum Beispiel die Kräfte, die ein Schwenkgelenk notwendig machen ... aber da beim Kreisel so viel irgendwie missverstanden wird und das alles bei mir auch schon ziemlich lange zurückliegt, sollte uns da vielleicht mal ein Physiker an die Hand nehmen... ;)
Gruß Uli
Kippen des Schubvektors durch Neigung der Blattspitzenebene bewirkt dass ein Auswandern der Wirklinie des Schubes zum Schwerpunkt.
Die minimale Verschiebung des Auftriebsmittelpunktes bei erhöhtem Anstellwinkel bewirkt allerhöchstens ein Moment auf den Blatthalter. (Falls ich Deinen grammatikalisch nicht ganz korrekten Satz richtig interpretiert habe.)
Man muss also das Blatt ca. 90Grad vorher ansteuern, damit es ca 90 Grad später sein höhsten Punkt hat.
Der Grund hierfür ist in der Massenträgheit zu suchen. Nach Newton beschleunigt eine Masse nach dem Gesetz
a = F / m , wegen F = m * a
Dies gilt für lineare Bewegung.
Nun ist es aber so, daß wir eine Masse haben, die sich auf einer erzwungenen Kreisbahn bewegt und unsere Kraft senkrecht zur Bahnebene angreift - und zwar immer an der gleichen Stelle. Jetzt müßte man die Größen in der Formel als Vektoren schreiben. Außerdem müssen wir differentiell kleine Zeitstückchen untersuchen, um den Bahnverlauf zu errechnen. Naja, dann sind wir wieder dabei, das auf den stillen Winterabend zu verschieben...
Kippen des Schubvektors durch Neigung der Blattspitzenebene bewirkt dass ein Auswandern der Wirklinie des Schubes zum Schwerpunkt.
Die minimale Verschiebung des Auftriebsmittelpunktes bei erhöhtem Anstellwinkel bewirkt allerhöchstens ein Moment auf den Blatthalter. (Falls ich Deinen grammatikalisch nicht ganz korrekten Satz richtig interpretiert habe.)
ich denke, er meinte die Momente, die um den Schwerpunkt entstehen, wenn man den senkrecht auf der Blattspitzenebene stehenden Schubvektor auslenkt, er also nicht mehr nur der Gewichtskraft entgegenwirkt ... und das wäre schon korrekt so...
ist denn nicht das ganze jahr über winter? :P
Gruß Uli
Nun gut, er wird schon recht haben :)
ist denn nicht das ganze jahr über winter?
Also, wenn Du Dir unbedingt das Hirn mit Formeln vollschlagen willst, dann googel doch mal mit dem String "kräftefreier kreisel". Dann findest Du Publikationen, wie
Theorie und Experimente zum mechanischen Kreisel (http://www.paehler.org/tim/archiv/extern/david/htmlexamen/1000titelblatt.html)
oder
Versuchsanleitung M 6 : Kreisel (http://www.imn.htwk-leipzig.de/~p1karb/praktikum/anleitung/m6.pdf)
relativ anschaulich ist dabei noch das hier:
Kräftefreier Kreisel, Präzession, Nutation (http://www.pi1.physik.uni-stuttgart.de/Vorlesungsversuche/V243.html)
Leider gehen diese allgemeinen, auf Lernzwecke hingerichteten Arbeiten nicht auf unseren Heli-Spezialfall ein. Unsere Rotorscheibe ist zwar weitestgehend ein kräftefreier Kreisel, da die Dehachse, der Schwerpunkt und der Aufhängungspunkt der Drehachse praktisch durch einen Punkt laufen, jedoch ist unser "Kreisel" a) nicht ungedämpft und b) nicht wirklich kräftefrei aufgehängt. Und dazu etwas im Netz zu finden, ist wahrscheinlich nicht so einfach. Ich schätze, man müßte ein paar Semester Luftfahrzeugkonstruktion studieren. Wahrscheinlich gibt es im Forum ein paar Profis, die sowas studiert haben, in der Groß-Heli-Konstruktion arbeiten und das erklären können. Solls ja geben, daß sich so einer auch hobbymäßig mit Hubis beschäftigt :rolleyes: .
Wie auch immer: daß der Kreisel der angreifenden Kraft um 90° versetzt ausweicht, steht fest - Punkt.
Hier noch ein Auszug (PDF-File, gezipt ca. 110 KB) aus einem -englischen- Fachbuch mit einer kurzen aber sehr guten Beschreibung von Helicopter Rotoren und deren Eigenarten:
Helicopter Basics (http://www.steingmbh.com/kl/misc/heli-basics.zip)
Ansonsten: Suchbegriff "Helicopter Gyroscopic Precession" in google o.ä. eintippen.
Servus.
Peter
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