Rotorkopfmechanik

[Piloto]

AW: Rotorkopfmechanik

Hallo Bruno,


Ist das wirklich so?

Beim Rotor - gegenüber einem herkömmlichen Kreisel - wird doch die Bewegung nicht den rotierenden Massen aufgezwungen wird, sondern kommte gerade von diesen selbst (Blattauftrieb). Die Massen (Rotorblätter) sind ja im Idealfall (z. B. auch CH53) auch kardanisch gelagert, so dass diese eine entsprechende Kreiselneigung gar nicht an den Rotormast übertragen könnten. Mir ist zwar bekannt, dass man die Vorgänge am Rotorkopf mit der Kreiseltheorie erklären kann, aber da wirds echt kompliziert.

Soweit ich die Theorie durchschaut habe, ist es für die Wendigkeit eines Helis von entscheidender Bedeutung, wie groß der Schlaggelenkabstand ist, und wo sich die Blattauftriebsresultierenden (über dem Rotorkopf) treffen. Damit ist der Konuswinkel von Bedeutung, der wiederum durch Blattmasse, Schwerpunktabstand und Drehzahl bestimmt wird...

Ich lasse mich aber gerne eines besseren belehren.

Grüße Klaus.

Hallo Klaus,

die Schlaggelenke der CH 35 sind relativ weit auseinander und ergeben durch die riesigen Zugkräfte einen halbstarren Kopf. Deshalb ist auch eine Rolle möglich. Das Rumpfgewicht wirkt genauso als Gegenkraft, wie wenn ich bei einem Kreisel versuche, die Schlagachse zu blockieren. Es erzeugt halt eine Phasenverschiebung.

Ich lotse dich vielleicht mal hierher:
zyklische Blattverstellung vs. Kreiselpräzession - Seite 10 - RC-Heli Community
Du kannst dir ja mal meine Versuche und meine jetzige Sichtweise über die Theorien anschauen. Viel Spaß

viele Grüße
Bruno

[wirbelwind]

AW: Rotorkopfmechanik

Hallo Bruno,

...die Schlaggelenke der CH 35 sind relativ weit auseinander und ergeben durch die riesigen Zugkräfte einen halbstarren Kopf. Deshalb ist auch eine Rolle möglich. Das Rumpfgewicht wirkt genauso als Gegenkraft, wie wenn ich bei einem Kreisel versuche, die Schlagachse zu blockieren. Es erzeugt halt eine Phasenverschiebung. ...

Ich habe deinen Linkbeitrag gelesen und finde ihn nicht schlecht, wobei ich nicht in allen Punkten zustimmen würde.. war hier aber nicht das Thema.
Reduzieren wir es auf zwei Punkte:

1) Was führt dazu, dass ein Heli agil (wendig) ist?
2) Oder konkret: Ist das Verhältnis von Fliehkraft zum Gewichtskraft von Bedeutung?

1) Also was bedeutet überhaupt starr? Wenn wir einen starren Rotorkopf haben, hat dieser keine sichtbaren Schlaggelenke, sondern die sind im Blatt integriert (virtuell) und dadurch systembedingt weiter aussen als die normalen. Durch weit aussenliegende Schlaggelenke kann ein hohes Mastmoment erzeugt werden, was letzlich zu schnellen Lageänderungen (Agilität) führt.
Ob man den wirklich in Schlag- und Schwenkrichtung voll kardanisch gelagerten Kopf der CH53 als halbstarr bezeichnen kann - ich weis nicht. Der Abstand des vorhanden Schlaggelenks liegt im Verhältnis zur Rotorblattlänge (x/L) relativ weit innen.
Die Rolle, die die CH53 fliegen kann, ist eine Fassrolle, die mit Pitch+Roll mit nahezu jedem Heli (vielleicht Ausnahme: JetRanger wegen nahezu zentrischen Schlaggelenk) zu fliegen ist.

2) Egal, ob du nun die Kreiseltheorie (die mir mit den notwendigen Dämpfungen usw. mathematisch zu unübersichtlich wird) oder die Schwingungstheorie verwendest, die maximale Kraft wird nicht durch die Masse (allein) erzeugt, sondern immer durch die Kombination Masse, Schwerpuntksabstand und Drehzahl. Also anders rum: Ein Blatt bei niedriger Kopfdrehzahl und weit innenliegenden Blattschwerpunkt mit vllt. hohem Blattgewicht, wird weniger Kraft erzeugen, als das gleiche Blatt bei weit außen liegenden Schwerpunkt und/oder mit hoher Drehzahl. [SIZE="1"](Beispiel mit Kreiselpräzession: Nimm einen 1 kg schweren Rundstab ß 10 mm und lass ihn um seine Achse rotieren. Richtungsänderungen führen zu kaum spürbarer Kreiselwirkung. Nimm eine Fahrradfelge mit aussen angeordneten Gewichten, so dass alles zusammen ebenfalls 1 kg wiegt. Du wirst die Lage dieses Systems bei Rotation nur mit hoher Kraft ändern können)[/SIZE]
Was ich damit sagen will, die im Post #23 genannten Verhältniswerte sind zwar sehr interessant (ich werde mir das merken!), sie sagen m. M. nach jedoch wenig aus, da man dazu auch die zugehörigen Schwerpunktverhältnisse und die Drehzahl kennen müsste.

Bitte nicht falsch verstehen, das ist kein Angriff oder eine Abwertung dessen, was du gesagt hast, sondern nur ein Versuch, es in mein Denkschema zu integrieren. Ich will nicht Recht haben, sondern dazu lernen.

Grüße Klaus.

[Piloto]

AW: Rotorkopfmechanik

Bitte nicht falsch verstehen, das ist kein Angriff oder eine Abwertung dessen, was du gesagt hast, sondern nur ein Versuch, es in mein Denkschema zu integrieren. Ich will nicht Recht haben, sondern dazu lernen.

Grüße Klaus.

So fasse ich es auch nicht auf Klaus. Du triffst es auf den Punkt mit dem Denkschema. Meines ist ganz einfach gestrickt. Wenn ich mir Gedanken mache gibt es für mich nur zwei ganz einfache Dinge: Masse und Kraft, wie beim Computer 1 und 0. Daraus leite ich alles ab.
Der gesamte Heli hat für mich unendlich viele Massepunkte. Um es durchzudenken, fasse ich wichtige Gruppen zusammen und gleiche es mit den mir bekannten Kräften ab, auch der Schwerkraft, mit allen Wirkungen und Wechselwirkungen. Ich stelle mir nur vor, was sich alles dreht und verwindet, biegt und warum bestimmte Massen sich von da nach dort bewegen. Da kommt eine riesen Datenmenge zusammen. Ich nehme keine Theorie, weil ich mir da wieder überlegen muß, was zur Theorie geführt hat.

Ich mache mir mal Gedanken, wie ich die Fragen beantworten kann, damit wir beide uns verstehen und natürlich auch andere.
Dieses WE aber nicht mehr, gibt noch was anderes als Helis

bis bald
Bruno

[nopost123]

AW: Rotorkopfmechanik

Hallo zusamen
Ohne eine Theorie aufzustellen möchte ich einmal eine Auflistung aus Praxiserfahrungen aufstellen um die ganze Sache zu verdeutlichen. Einige Punkte habt ihr ja schon benannt.
Zu einer höheren Flugstabilität führen folgende Maßnahmen:
- weit aussen liegender Blattschwerpunkt
- hohe Rotordrehzahl
- Massenschwerpunkt des Rotorblattes vor dem Auftriebsmittelpunkt
- geringe Dämpfung der Schlagachse
- geringe Dämpfung der Schwenkachse
- Hohe Rumpfmasse
- tiefer Schwerpunkt des Rumpfes
Dem gegenüber stehen folgende Parameter für eine hohe Wendighkeit:
- weit innen liegender Blattschwerpunkt
- Rücklage des Auftriebsmittelpunktes
- hohe Drehzahl
- Hohe Dämpfung der Schlagachse
- hochliegender Massenschwerpunkt des Rumpfes
- geringes Gewicht des Rumpfes

So werden unsere Helis gebaut. Je nach dem was wir wünschen optimiert man in die eine oder andere Richtung. Für 3D zählt Wendigkeit, für Scale Flugruhe.

mfG

Norbert

[Piloto]

AW: Rotorkopfmechanik

Danke Klaus für den Puzzlestein "Konuswinkel".

Ich hatte ja mal gelesen, daß bei der Konstruktion von großen Helicoptern diesem Verhältnis Rumpfmasse/Zentrifugalmasse Augenmerk geschenkt wird, ohne Angabe von Gründen.
Ich montierte von meiner BK 117 den 4-Blattkopf ab und flog ihn auf einem wesentlich leichteren Sky-Fox. Der gleiche Rotorkopf flog sich einfacher, bäumte sich weniger auf, war windunempfindlicher und machte generell einen stabileren Eindruck. Wendiger hatte ich aber nicht unbedingt das Gefühl.

Gruß
Bruno

[castors heli]

Ich montierte von meiner BK 117 den 4-Blattkopf ab und flog ihn auf einem wesentlich leichteren Sky-Fox. Der gleiche Rotorkopf flog sich einfacher, bäumte sich weniger auf, war windunempfindlicher und machte generell einen stabileren Eindruck. Wendiger hatte ich aber nicht unbedingt das Gefühl.

Gruß
Bruno

Du hast einen 4Kopfrotor auf einen normalen "Besenstiel" (sorry für das Wort) Heli montiert?

Das ist ein Punkt den ich auch interessant finde und habe mir selbst diese Frage auch schonmal gestellt.

Hab da zwar keine Ahnung, aber müsste da der Heli nicht doppelt so agil sein wie sonst? Oder ist damit dann auch weniger Pitch usw möglich. Und schafft das der Motor dann noch die Drehzahl zu halten?

[Piloto]

AW: Rotorkopfmechanik

Du hast einen 4Kopfrotor auf einen normalen "Besenstiel" (sorry für das Wort) Heli montiert?

Das ist ein Punkt den ich auch interessant finde und habe mir selbst diese Frage auch schonmal gestellt.

Hab da zwar keine Ahnung, aber müsste da der Heli nicht doppelt so agil sein wie sonst? Oder ist damit dann auch weniger Pitch usw möglich. Und schafft das der Motor dann noch die Drehzahl zu halten?

Ja, hab ich, zum ausprobieren.
Auf Pitch kam er agiler wegen des geringeren Gewichts. Auf Roll mit gleichen Ausschlägen und Drehzahl nicht unbedingt.
Der Mehrblattrotor benötigt aber gegenüber dem 2-Blatt mehr Antriebsleistung.

[wirbelwind]

AW: Rotorkopfmechanik

Hallo Bruno,

Ernst Wieland (er war - glaub ich - bei der Drehflügelabteilung von Dornier) hat mal für den ROTOR eine Artikelserie gemacht (weis momentan aber nicht den Jahrgang). Damals hatte er die Vorgänge vereinfacht anhand von Vektoren erklärt. Dabei wird der Einfluss des Schlaggelenkabstands und Konuswinkels verständlicher.

Was den Vergleich zum "Original" betrifft, denke ich, muss man sehr aufpassen, was man vergleichen kann. Die Physik ist zwar die gleiche, die Auslegungsparameter sind jedoch, angefangen von der Aerodynamik (Re-Zahl...) bis zur Rotorkreisbelastung oder dem Schub/Gewichts-Verhältnis, aber auch der möglichen Belastbarkeit der mechanischen Komponenten, sehr verschieden.

Grüße
Klaus.

[Piloto]

AW: Rotorkopfmechanik

Da steht was in Post No. 13, war 1/2001 in der Rotor.
Danach steht auch was interessantes. Die Fachleute streiten sich schon ewig .
Anfängerfrage... - Seite 2 - RC-Heli Community

Gruß
Bruno

[wirbelwind]

AW: Rotorkopfmechanik

Hallo Bruno,

dieses Fass wollte ich absichtlich nicht aufmachen...

Ich persönlich bin überzeugt, dass man die Vorgänge am Blatt bzw. Rotorkopf sowohl mit der Schwingungstheorie, als auch mit der Kreiseltheorie erklären kann.
Man darf nur nicht den Fehler machen, jeweils die in den Physik-Formelsammlungen abgedruckten einfachsten Fälle der beiden Theorien zugrunde zu legen. Die Darstellung mit Schwingungen ist halt m. M. nach verständlicher, da man hierfür Beispiele im "täglichen Leben" findet. Die Erklärung mit der Kreiseltheorie fußt letzlich auch auf der Massenträgheit und diese halt weniger "greifbar" und daher abstrakter. Mathematisch führen beide Weg zum Ziel..

Gruß Klaus.

[Piloto]

AW: Rotorkopfmechanik

Nö, da wird nix aufgemacht. Theorie heißt für mich, da sind kleine Unbekannte und danach suche ich nur aus Hobby

Aber jetzt mal eine schöne einfache Flugfigur für alle, 3-D bis Scale, UH1-D bis Bo 105:
Speedflug, senkrecht hochziehen, Pitch auf 0 Grad und der Heli schießt senkrecht nach oben. Jetzt will ich ihn auf die Nase stellen und drücke Nick nach vorne. 3-D Heli und BO 105 nicken brav nach vorne, Nase nach unten und über dem Boden wieder abfangen.
Heli mit freischlagendem Rotor schießt auch nach oben mit 0 Grad Pitch, aber die komplette zyklische Steuerung fällt in der Schwerelosigkeit aus, weil der Rotor nur noch bis zum Winkel der Taumelscheibe geneigt werden kann und danach zyklische Anströmung mehr für die Rotorblätter besteht. Ich habe vergessen, daß mein Copilot Schwerkraftpendel "Rumpf". der die Taumelscheibe auch ansteuert. eingeschlafen ist. Um ihn wieder aufzuwecken muß ich Pitch geben, und den Rumpf in einer Schleuderbewegung um den Rotor bewegen, bis die Nase wieder nach unten zeigt.

Was ich damit sagen will, in beiden Fällen wird die Nickgeschwindigkeit des Rotors immer nur vom Winkel zwischen Taumelscheibe und Rotorebene bestimmt. Wenn man mal die Einleitung der Schleuderbewegung abzieht, nicken beide Hubschrauber mit der selben Geschwindigkeit, bezogen auf den effektiven Winkel der Taumelscheibe. Ist alles nur eine Frage der Flugtechnik .

Der ßbergang von "starrer Rotor" zu "freier Rotor" erfolgt in meinem Kopf fließend. O-Ringe, Schlaggelenke oder flexible Blätter haben für mich den gleichen Stellenwert, einen Verlust der Steuerwirkung in Schwerelosigkeit durch Rückgang des Mastmoments, was zur Mitnahme der Taumelscheibe, die auf dem Rumpf sitzt, notwendig ist.

Grüße
Bruno

[wirbelwind]

AW: Rotorkopfmechanik

Hallo Bruno,

...aber die komplette zyklische Steuerung fällt in der Schwerelosigkeit aus, weil der Rotor nur noch bis zum Winkel der Taumelscheibe geneigt werden kann und danach zyklische Anströmung mehr für die Rotorblätter besteht.

ich verstehe leider nicht mehr ganz, was du damit meinst.

Grundsätzliche Betrachtung: Wie hebt das Rotorblatt den Heli? Das Rotorblatt hat durch den Profilauftrieb eine Kraftkomponente nach "oben". Da es mehr oder weniger gelenkig gelagert ist, würde es einfach nach oben klappen, gäbe es nicht die Fliehkraft, die es wiederum in die Waagrechte zu ziehen versucht. Was bleibt, ist eine - entsprechend dem Konuswinkel - nach "oben" gerichtete Kraft (und eine Längskraft) am Schlaggelenk.

Gelenkiger oder halbstarrer Rotor: Ich glaube, die UH-1D hat einen "see-saw"-Rotor, auch halbstarrer Rotor oder semiregid bezeichnet. Das heißt, das Schlaggelenk ist genau mittig für beide Rotorblätter, da diese miteinander verbunden sind (entspricht einem SkyFox-Rotor). Die oben beschriebene Kraft (die den Heli trägt) greift damit in der Rotorachse an. Um nun den Heli lenken zu können, muss dieser Schubvektor des gesamten Rotors geneigt werden. Dies geschieht, indem man die ganze Rotorebene neigt (sieht man sehr schön am Modell, wenn man im Stand "Roll" oder "Nick" macht.

Starrer Rotor: Das (virtuelle) Schlaggelenk sitzt weiter aussen. Am Schlaggelenk greift auch hier die Kraft des Rotorblattes an. Da es einen Abstand zur Rotorachse gibt, entseht folglich auch ein Moment (Moment = Kraft x Hebelarm). Das heißt, zusätzlich zum geneigten Schubvektor gibt es auch noch ein Moment, das auf die Rotorachse (und damit den Heli) wirkt. Die Folge ist natürlich eine wesentlich heftigere Bewegung des ganzen Helis in die gesteuerte Richtung.

Wird nun, entsprechend deinem Beispiel, kein Auftrieb erzeugt, so gibt es auch keinen Konuswinkel. Kein Konuswinkel bedeutet aber auch, dass ich beim gelenkigen Rotor keinen (stark) geneigten Schubvektor bekomme, also geringe Steuerfolgsamkeit. Das geht sogar so weit, dass solche Rotoren bei einem negativen Konuswinkel eine Umkehr der Steuerwirkung erfahren! Anders liegt es beim starren Rotor. Hier ist das Mastmoment entscheidend, wodurch der Rotor immer promt auf Steuereingaben folgt. Das war ja auch der entscheidende Schritt von MBB mit der Bo105, die eben den "Bo-Turn" fliegen konnten, der bis dahin nicht möglich war.

Ich hoffe, das war so halbwegs verständlich und die, die es (wirklich) besser wissen verzeihen mir die Vereinfachung.

Grüße,
Klaus.

[Piloto]

AW: Rotorkopfmechanik

Danke Klaus für die stark vereinfachte Sichtweise. Es gibt keinen einzigen Widerspruch von dem was du schreibst und zu dem was ich denke. Ich entwickle langsam ein Gefühl für den Denkweg der Leute, die es wirklich "besser" wissen.
Ich habe größte Hochachtung vor dir, daß du nach Kreisel und Schwingungstheorie die Sache berechnen kannst. Ich könnte es nicht, sehe aber einen, physikalisch gesehen, zwingenden Zusammenhang. Das gibt mir wieder den Beweis, daß meine einfache Denkweise zumindest für das Verstehen funktioniert.

Ich bin vielleicht ein guter Billardspieler, aber du kannst noch zusätzlich genau berechnen, warum diese oder jene Kugel in irgendeinem Loch landet.
Es ist eine Freude, mit dir zu diskutieren und wir sehen uns bestimmt einmal an wärmeren Tagen. Würde mich freuen.

Herzlichen Dank
Bruno

[wirbelwind]

AW: Rotorkopfmechanik

Hallo Bruno,

Ich habe größte Hochachtung vor dir, daß du nach Kreisel und Schwingungstheorie die Sache berechnen kannst.

[SIZE="5"]STOP!!
[/SIZE]
Das wäre mit fremden Federn geschmückt! Die Erklärung anhand der Schwingungstheorie kann ich noch gut verfolgen, aber - die Kreiseltheorie - wird schon irgendwie unübersichtlich. Da hatte ich bisher noch keine Muse dafür
Aber ja, mir macht es auch Spass, mit dir darüber zu diskutieren.

Grüße
Klaus.

[Piloto]

AW: Rotorkopfmechanik

Ich bin durch Zufall auf folgendes gestoßen, das ich mal für Interessierte hier einbringen möchte:

B?en / Turbulenzen - Flightforum.ch

Erstaunlicherweise finde ich meine Basisdenkweise, aufgrund von realen Beweisen und Flugerfahrung, auch bei Großhelipiloten.
Offensichtlich ecke nicht nur ich mit gängigen Theorien an. Bemerkenswert ist der Satz mit den sich manchmal selbst widersprechenden Theoriebüchern.
Hier findet sich auch ein Hinweis auf die große Kreiselmasse eines Rotors, die ja irgendwie geneigt werden muß.

Gruß
Bruno