Rotorkopf Eigenbau

[kanngarnix]

Beim Grübeln über den Aufbau eines "Retro-Helis" auf Basis einer alten BO105 von Schlüter oder Konsorten bin ich jetzt beim Studium der Mechanik angelangt.
Alle bisher gefundenen Helis aus Ebay oder so haben Kunststoff-Rotorköpfe mit Kollektivpitch usw. , von FBL gar nicht zu reden ...

Meine Vorstellung war ursprünglich der alter Bell/Hiller- Kopf von Wik, der aus Alu mit den drehbaren Blatthaltern.

Jetzt gehen meine Gedanken da hin, einen Rotorkopf aus Alu selber aufzubauen. Die Taumelscheibenlagerung werde ich wohl kaufen müssen, ich weiß nicht ob ich die nötige
Präzision auf meiner Minidrehbank im Griff habe.

- Ein Rotorkopf (natürlich mit Paddeln) aus festem Alu statt Plastikscheiß

- Eine Verstellbarkeit für die Anteile der Bell - und der Hiller- Steueranteile

- Und wenn ich ohne Kollektiv fliegen will, soll sich der Kopf verhalten wie ein alter "Drehzahl"-Kopf (siehe Schlüter usw.)

Vielleicht könnte man das dann an eine (gebrauchte ?) 700-er Maschine anbauen, und einen Scale-Rumpf drumrum schrauben.
Gefunden hab ich bisher sowas nicht im Web.


Für jeden Gedanken dankbar, Reiner

[kanngarnix]

Vielleicht noch ein Detailgedanke :

Hier der Rotorkopf von meinem Blade-Heli (Klasse weiß ich nicht, Abstand Heck-Haupt ca. 33 cm, Rotorkreis rund 45cm).
image.png
Taumelscheibe geht direkt auf die Anstellwinkel der Paddelstange, deren (aerodynamisch erzeugte) Neigung mit 90° in Rotorebene versetzt auf die Blatthalter des Hauptrotors.
Kollektiv wird einfach draufgemischt.

Ob das jetzt ein Bell/Hiller oder ein reines Hiller - System ist, kapier' ich ohne Kopfschmerzen nicht ohne Weiteres.
Jedenfalls fliegt der Heli trotz seiner geringen Masse sehr, sehr gemütlich und stabil.
Also, warum nicht auch beim großen Modell so ein Steuersystem ?

(Oder anders gefragt : was soll ich mit den vielen Hebel hier ? ( Pitchkompensator, oder, was bringt der,
wenn's auch ohne geht ? ))
image.png

[Thomas L.]

Kollektiv wird einfach draufgemischt.

verstehe jetzt noch nicht wie das geht. Bitte um Erklärung.

Grüßle Thomas

[kanngarnix]

Diese Antwort aber jetzt schon unter dem Vorbehalt, daß ich falsch liege :

Die Servos beim Simpel-Modellheli können die Rotorblätter nicht direkt steuern. Deswegen wird "vorgesteuert" (vergleiche PneumatikVentil).
Die Servos steuern im Rotorkreiszyklus die Anstellwinkel der Paddelstangen, die zyklisch bewirken, daß sich die Paddelebene neigt.
Diese Neigung wird abgegriffen, und damit (quasi mit der Kraft der Auf/abTriebe der Paddel) werden dann die Rotorblätter verstellt.

Ohne jetzt präzise formulieren zu können (das bedürfte exakterer Analyse), findet dabei eine 90°-Verschiebung der Neigung zur Kraftwirkung statt,
die bei jedem Kreisel auftritt.

Schön und gut. Ist das jetzt nur Hiller, oder schaut da auch Bell um die Ecke ??

Und schlimmer : wozu dann der komplizierte Pitchkompensator, wenns so auch geht ?

[Thomas L.]

wird die Paddelebene mit der Taumelscheibe verschoben?, dann hast du Kollektiv Pitch, aber keine Bell/Hiller Mischung , das bedeutet relativ träges Ansprechverhalten.

Grüßle Thomas

[echo.zulu]

Bei beiden Bildern handelt es sich um einen Rotor nach dem Bell-Hiller Prinzip. Beim oberen Bild wird die Paddelebene wurde vertikal verschoben für die Steuerung von Kollektiv-Pitch. Das ist dann quasi ein oben montierter Pitchkompensator. Auf dem unteren Bild ist zwischen Taumelscheibe und Rotorkopf der Pitchkompensator zu sehen. Dieser entmischt den kollektiven Pitchanteil aus der Taumelscheibe. Damit kommt dann oben an der Paddelstange nur noch das zyklische Signal an. Ein Hiller-Rotor ist nur für die zyklischen Ausschläge verantwortlich. Deshalb darf dort kein kollektives Signal ankommen.

Zunächst einmal stark vereinfacht etwas allgemeines zur zyklischen Steuerung eines Rotors. Es soll durch die zyklische Steuerung der Rumpf des Helis in eine Richtung geneigt werden. Dazu kann entweder eine direkte Krafteinleitung des Hauptrotors in den Rumpf dienen. Das ist das sogenannte Mastmoment welches durch die auf Umlauf unterschiedliche Auftriebskraft des Hauptrotors erzeugt wird. Unsere Modellhelis werden fast ausschließlich über diese Variante gesteuert. Dem gegenüber ist die zyklische Steuerung auf Grund der Neigung des Hauptrotors gegenüber dem Rumpf und der damit verbundenen Verschiebung des Auftriebsmittelpunkts gegenüber dem Schwerpunkt. Dazu ist so ein Rotor kardanisch gegenüber der Rotorwelle gelagert. So ist ein klassischer Bell-Rotorkopf aufgebaut (z.B. Bell 47, Bell 206 JetRanger oder auch die Bell 222). So ein kardanisch aufgehängter Rotor ist von der Steuerung her viel träger als unsere Modell-Helis. Die Wendigkeit ist stark eingeschränkt. Im Gegensatz dazu sind die Rotorköpfe bei der Bo-105 oder auch BK-117 und EC-135 fast starr. Die zyklische Steuerung erfolgt hier vornehmlich über das Mastmoment.

Bis hier her ist es noch egal ob der betrachtete Rotorkopf nach dem Bell-Prinzip, dem Hiller-Prinzip oder direkt angesteuert wird.

Dann noch mal kurz zur Unterscheidung der verschiedenen zyklischen Ansteuerungen:

Hiller-Rotor:
Hier ist eine Stange mit Steuerflügeln an den Enden vorhanden. Diese Stange ist auf einer Wippe gegenüber der Rotorwelle kippbar gelagert und kann zusätzlich in sich verdreht werden. Damit werden die Steuerflügel an den Enden gegenüber der Luft angestellt. Die Paddelebene neigt sich gegenüber der Rotorfläche. Diese Neigung steuert nun über Hebel die Hauptrotorblätter zyklisch an. Es gibt keine direkte Verbindung zwischen Taumelscheibe und den Rotorblättern. Beim Hillerprinzip erfolgt die zyklische Steuerung ausschließlich über die Paddelebene. Die Paddelebene neigt sich und verstellt darüber den Hauptrotor. Der Hiller-Rotor ist vom Steuerverhalten sehr träge und man muss schon gegensteuern bevor sich überhaupt eine Neigung des Hauptrotors ergeben hat.

Bell-Rotor:
Hier gibt es auch eine auf einer Wippe gelagerte Stange. An deren Enden sind aber keine Steuerflügel, sondern lediglich Gewichte vorhanden. Am Anlenkpunkt der Rotorblätter befindet sich ein Mischhebel. Der Mischhebel dreht sich um den Anlenkpunkt. Am einen Ende des Mischhebels ist das Steuergestänge zur Taumelscheibe angeschlossen und überträgt so das zyklische Signal von der Taumelscheibe zu den Rotorblättern. Durch die zyklische Ansteuerung der Hauptrotorblätter neigt sich der Hauptrotor. Das andere Ende des Mischhebels ist mit der Bell-Wippe verbunden. Die Bell-Wippe stellt einen mechanischen Kreisel dar. Dieser will die Lage im Raum beibehalten und wirkt so gegen die die Neigung des Hauptrotors. Damit stellt die Bell-Stange eine zyklische Dämpfung des Hauptrotors dar. Die zyklische Ansteuerung des Rotors erfolgt direkt von der Taumelscheibe. Die Bell-Stange dient ausschließlich zur Stabilisierung. Auch der Bell-Rotor weist eine deutliche Trägheit auf, ist aber reaktionsschneller als der Hiller-Rotor.

Rigid-Rotor:
Hier gibt es weder eine Bell-Stange noch einen Hilfsrotor nach Hiller. Die Rotorblätter werden direkt von der Taumelscheibe angesteuert. Alle aktuellen Modell-Helis verwenden dieses Prinzip. Je härter die Dämpfung im Zentralstück des Rotors ist, um so direkter ist die Steuerung, die wie oben geschrieben fast ausschließlich über das Mastmoment erfolgt. Ein Rigid-Rotor ist im Schwebeflug sehr gut und direkt steuerbar. Beim Vorwärts- oder Seitwärtsflug kommen aber die schlechten Eigenschaften immer mehr zum tragen. Beispielsweise neigen solche Rotoren mit zunehmender Fahrt dazu sich aufzubäumen und wegzurollen. Dieses müsste man durch entsprechende zyklische Ausschläge kompensieren. Hier helfen uns die FBL-Systeme ungemein, weil sie diese schlechten Eigenschaften ausbügeln.

Dieter Schlüter hat damals bei seinem Rotorkopfentwurf die Ansteuerung nach Bell und die nach Hiller kombiniert und so den Bell-Hiller Rotorkopf erfunden. Meines Wissens gibt es dieses Prinzip auch nur bei Modell-Helis und nicht bei manntragenden.

Hier noch mal ein Link zu einer umfangreichen Galerie verschiedener Rotorköpfe von manntragenden Helis.

Ganz allgemein kann man sagen, dass ein Rotorkopf nach dem Bell-Hiller Prinzip sowohl über eine gute und direkte Steuerfolgsamkeit wie auch eine gute Stabilität gegenüber äußeren Einflüssen aufweist. Es bringt nichts, wenn ein Rotor stabil bei Windstille auf der Stelle schwebt aber so träge reagiert, dass es ewig dauert, bis ein Steuerimpuls vom Heli umgesetzt wird. Ein Heli muss ja ständig gesteuert werden um auf der Stelle zu bleiben. Hier ist ein direkt ansprechendes System viel besser beherrschbar, als ein System, welches träge reagiert.

Nachteil dieses Bauprinzips ist aber auch die Abhängigkeit von der Drehzahl. Die Steuerfolgsamkeit nimmt mit steigender Drehzahl zu. Hier bietet ein FBL-System den Vorteil, dass man auch mit niedriger Drehzahl eine hohe Wendigkeit und Steuerfolgsamkeit erhält.

Ganz schlimm wird die Situation, wenn man auf Kollektivpitch verzichtet und das Steigen/Sinken ausschließlich über die Drehzahl steuern will. Hier ist die zyklische Steuerfolgsamkeit auch noch von der Drehzahl abhängig. Die Folge ist ein System, welches nur schlecht beherrschbar ist. Zwar ist die Nostalgie so ein System zu fliegen durchaus toll, erfordert intensive Auseinandersetzung mit der Materie. Mal eben so viel wie möglich wegzulassen was seit Jahren bewährt ist führt nicht unbedingt zum Erfolg.

Deshalb noch einmal meine ausdrückliche Empfehlung etwas aktuelles zu bauen und damit Spaß zu haben. Wäre die alte Technik so gut, dann würden wir ja alle noch Heli-Babys oder Cobras fliegen.

Hier noch mal kurz ein paar Bilder eines meiner Oldies:

[Schraubehubbrauber]

echo.zulu

Danke dass du dein Wissen hier teilst. Beiträge dieser Art vermisse ich hier total.

Meist geht's hier nur um Farbe, Optik oder andere Belanglosigkeiten :-(

[Erzgebirger]

echo.zulu

Vielen Dank für die tolle Erklärung

[kanngarnix]

Hallo Egbert,

wegen Beiträgen wie dem deinen lohnt die Kommunikation in einem Forum.
Vielen Dank für deine Mühe, dein Fachwissen so gut verständlich und ausführlich mitzuteilen !

<Zitat>
Zwar ist die Nostalgie so ein System zu fliegen durchaus toll, erfordert intensive Auseinandersetzung mit der Materie. Mal eben so viel wie möglich wegzulassen was seit Jahren bewährt ist führt nicht unbedingt zum Erfolg.
</Zitat>

Fragen zu meiner Motivation beantworte ich normalerweise nicht, bei dir aber (wegen oben..) schon.
Es geht mir nicht darum, einen optimal fliegenden Heli zu bauen. Wollte ich das, würde ich versuchen, mit ein oder zwei Controllern und guten Beschleunigungssensoren eine eletronische Flugunterstützung bauen (kaufen ist langweilig, wir machen ja "Modellbau", nicht "Modellkauf"..).

Es geht hier ums Tüfteln. "re-inventing the wheel" wird stark unterschätzt, das macht einen Riesenspaß.
(Anderes Beispiel : ich versuche, eine Dampfmaschine zu bauen, ohne eine klassische nachzubauen ;-)
Und je mehr ich lerne, desto größer wird mein Respekt vor Leuten wie Schlüter !

Ich formuliere nochmal zur Sicherheit in eigenen Worten :

Der oberste Rotorkopf (Blade) :

Die Taumelscheibe ist nicht mit den Rotorblattanlenkungen verbunden.
Die Taumelscheibe steuert zyklisch die Anstellwinkel der Hilfspaddel.
Die Hilfspaddelanstellung kippt aerodynamsich die Hilfspaddelkreisebene.
Dieser Kippwinkel wird zur Ansteuerung der Rotorblätter benutzt (90° versetzt.).

Der Kollektivanteil wird von der Steuerung auf die Servos für Nick/Roll (oder ggf. auch auf 3 oder 4 Servos) aufgemischt.
Das bewirkt, daß der Kollektivanteil die ganze Hilfsrotorebene anheben/senken möchte, was funktioniert, weil diese auf der Rotorwelle verschiebbar ist.

-> Ist das jetzt nach deiner Definition oben ein reiner Hiller-Rotor ?

<Zitat>
("Es gibt keine direkte Verbindung zwischen Taumelscheibe und den Rotorblättern. Beim Hillerprinzip erfolgt die zyklische Steuerung ausschließlich über die Paddelebene.")
</Zitat>

[WFEGb]

Hallo Reiner,

- Ein Rotorkopf (natürlich mit Paddeln) aus festem Alu statt Plastikscheiß...

vielleicht dann auch mal einen Blick auf den ersten JetRanger-Kopf von Kavan (Konstruktion eigentlich Biesterfeld) werfen. Der hatte immerhin kollektive (und direkte zyklische) Blattverstellung und (ganz in Deinem Sinne) kleine Paddeln aus Alu... in den ersten Versionen nicht ansteuerbar. Bei dem alten JetRanger gab es dann auch eine Steuerbrücke zwischen dem Kollektivservo und dem Heckservo, bei dem man dem wechselnden Drehmoment bei richtiger Mischung etwas entgegenwirken konnte. (Ganz ohne elektronischen Kreiselscheiß 😏.)

Was ich bei Deiner Absicht noch nicht so richtig verstehe (letztlich ist das natürlich unwichtig): Möchtest Du mit Deiner Form der Nostalgie Dein Hubschrauberfliegen lernen oder verbessern, oder möchtest Du nostalgisch erkunden, ob man heutzutage mit historischen Geräten besser umgehen kann als früher und die Frage "Wie war das eigentlich damals?" aus Sicht von heute für Dich beleuchten?

Im ersten Fall: Glaube einigen Erfahrenen und lerne erst einmal mit Aktuellem bis es nach Deinen Wünschen klappt, wenn Du nicht Hubschrauber-Masochist bist. (Mindestens solltest Du Dir einen Simulator gönnen...) Im zweiten Fall: Respekt und Bewunderung für Dein Vorhaben!
In beiden Fällen werde ich hochinteressiert Deine Threads verfolgen!

Allen einen guten Rutsch ins 2024 und im neuen Jahr immer genug Luft unter den Rotorblättern (wer hat diesen guten Spruch eigentlich geprägt?).

Beste Grüße,
Werner

PS: Hast Du Dir auch schon Gedanken gemacht, wie Du an die "guten alten" Holzblätter kommst? Weiß wahrscheinlich kaum noch jemand: Harald Zimmermann, der die Firma für Schalldämpfer und (heute auch) Abgasanlagen für Turbinen gegründet hat, hatte damals sehr gute Holzblätter mit Metalleinlagen in der Nasenleiste gebaut... oder ist das auch schon wieder zu neuzeitlich?

[echo.zulu]

Moin Reiner.

Ist das jetzt nach deiner Definition oben ein reiner Hiller-Rotor ?

Korrekt. Ich hatte nicht genau nachgesehen. Der Ursprüngliche MSH Hornet hatte noch eine reine Hiller-Steuerung. Diesen hat sich wohl der Blade zum Vorbild genommen. Beim Hornet II gab es dann ein Bell-Hiller Upgrade-Kit. Also Du hast Recht, es ist ein reiner Hiller-Kopf.

Ich habe dann noch mal in meinen alten Dateien gekramt und ein paar Bilder meines umgebauten MSH Hornet II gefunden.

Meiner flog nicht sonderlich gut, weshalb ich dann relativ intensive Umbaumaßnahmen vorgenommen habe. Um ihn wendiger zu bekommen habe ich damals (vor ca. 18 Jahren) ein neues Zentralstück mit durchgehender Blattlagerwelle gebaut. Beim Original waren die Blatthalter nur auf den Schrauben gelagert, was einen nicht reproduzierbaren Spurlauf versursacht hatte. Das war mit dem neuen Zentralstück wesentlich verbessert.

Hornet2b.jpg

Hornet2a.jpg

Als nächstes war die ungenaue zyklische Steuerung. Das wurde hervorgerufen durch die klapperige Original-Taumelscheibe, Diese hatte kein Schwenklager und auch das eigentliche Kugellager war mit Spiel behaftet. Folglich hatte ich als erstes selbst ein Schwenklager aus Delrin und einer Ankenkkugel hergestellt. Das brachte schon eine gewisse Verbesserung. Dann habe ich es gewagt eine eigene Taumelscheibe anzufertigen. Hier war dann eine weitere Modifikation die Anlenkkugeln am Außenring um 90° versetzt anzuordnen. Damit hatte ich eine geringere Untersetzung der zyklischen Ausschläge und somit noch mehr Wendigkeit. Als Folge war der Heli endlich so präzise steuerbar, wie ich es mir erträumt hatte.

Ein weiteres Problem war der Heckrotor. Dieser ließ sich nur sehr hakelig steuern, weil die Blatthalter auf einem M2 Gewinde gelagert waren und dieses Gewinde auch die Verstellung bewirken sollte. Das führte zu einer extremen Schwergängigkeit bei drehendem System. Anfangs hat man sich damit beholfen die Blattgriffe vor jedem Flug in WD40 zu ertränken. Das brachte ein bisschen bessere Steuerbarkeit, war aber natürlich keine wirkliche Lösung. Erst die Anfertigung von kugelgelagerten Blattgriffen und eines kugelgelagerten Anlenkhebels führte zu einem gut steuerbaren Heck. Insgesamt gesehen habe ich den Heli dann trotzdem nur selten geflogen, weil die Basis eben zu weich und klapperig war. Da hätte man gleich einen neuen Heli bauen können. Aber für mich war es trotzdem lohnenswert, weil ich viel über die Flugmechanik eines Helis gelernt habe. Der Durchbruch kam dann mit dem alten T-Rex 450 CDE, der aus der Schachtel heraus schon recht gut funktionierte. Trotz allem bekam dieser dann doch noch ein paar Modifikationen. Aber das ist eine andere Geschichte,

Hornet2c.jpg

Hornet2d.jpg

[WFEGb]

Oh ja....

Um ihn wendiger zu bekommen habe ich damals (vor ca. 18 Jahren) ein neues Zentralstück mit durchgehender Blattlagerwelle gebaut.

die ersten Rotorköpfe hatten mit den getrennten Blattlagerwellen ja auch eine V-Stellung, um die zyklischen Schlagkräfte der rotierenden Blätter auf den Rotorkopf zu minimieren. Es wurde wohl auch mal mit Schlaggelenken an Modellen experimentiert, die wohl negative Wirkungen auf das Steuerverhalten hatten....

Beste Grüße,
Werner

[Thomas L.]

wie der Rotorkopf 1.Bild funktioniert ist für mich am Bild nicht ersichtlich, - habe ich bisher leider nicht begriffen. Kann das bitte jemand erklären ?

Grüßle Thomas

[echo.zulu]

Wo hakt es denn bei Dir Thomas? Schau Dir mal im Vergleich mein erstes Foto oben an. Da siehst Du über dem Alu Zentralstück ein schwarzes Kunststoffteil, welches die Paddelwippe trägt. Dieses wird von den ovalen Anlenkgestängen komplett vertikal verschoben und bewirkt damit die Kollektivpitch Steuerung. Steuert man sie hingegen zyklisch an, bewirken sie ein Verdrehen des Paddelrahmens und somit die zyklische Ansteuerung nach Hiller. Bei meinem Kopf gibt es dann noch Mischhebel um die Bell-Steuerung zu machen. Das ist beim Bild von Reiner nicht vorhanden, weshalb sein Kopf auch nur mit zwei Gestängen an der Taumelscheibe angeschlossen ist. Die Langlöcher in den Gestängen dienen als Taumelscheibenmitnehmer in dem sie sich an den Blattgriffen abstützen und so den Innenring mitnehmen.

Ich hoffe das hilft Dir beim Verständnis. Sonst kannst Du gerne nachfragen.

[Thomas L.]

es ist nur der Rotorkopf auf dem 1.Bild. Wie die anderen funktionieren ist mir klar !
Wird bei Bild 1 die Paddelebene mit der Taumelscheibe, auf und ab, verschoben ?

Grüßle Thomas