Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

[Joe]

Meine Damen und Herren, liebe........ Heliflieger.

ich hatte im Winter Langeweile genug um ein bisschen rumzuspinnen, ob es denn möglich wäre möglichst einfach und auch günstig einen normal ansteuerbaren Koaxial-Heli zusammen zu stöpseln. Und wies im echten Leben oft so läuft, wird aus einer doofen Idee irgendwann Ernst, eines führt zum anderen und jetzt sind die ersten Teile bestellt.

Ich dachte mir vielleicht hätte der ein oder andere auch Interesse an so einem Heli und ich schreibe hier einen kleinen Baubericht.

Daher wird's in unregelmäßigen Abständen an dieser Stelle Infos geben warum, wieso und vor allem wie der Heli entstehen darf.

[Joe]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

Die Idee:

Mich interessieren schon länger die Hubschrauber der russischen Firma Kamov mit den gegenläufigen Doppelrotoren. Ich finde das Konzept technisch interessant und das Flugbild der Maschinen recht ansprechend.

Nachdem ich meinen alten zerstörten T-Rex 450 mit einer neuen Mechanik aufgebaut hatte, lagen noch einige Teile herum und ich dachte mir, es müsste doch gehen mit wenig Konstruktions- und Fertigungsaufwand aus bestehenden 450er (Ersatz-) Teilen einen "richtigen" Koaxialheli zu bauen.

Auf der Suche nach bestehenden Lösungen kommt man an der Firma CAD Modelltechnik Jung (Geniale Teile: www.CAD-Modelltechnik-Jung.de) kaum vorbei, die Koax-Mechaniken für Verbrenner- und Turbinenantriebe anbietet. Da ich aber preislich wesentlich niedriger rauskommen, und auch von der Größe her in der 450er Klasse und elektrisch angetrieben bleiben will, ist das nichts für mich. Das interessante an dem Jung-Heli ist die genaue Umsetzung der originalen KA50/52 Mechanik mit der mechanischen Giersteuerung.

Technikinfos für Einsteiger: Koaxial-Helis haben zwei übereinanderliegende, gegenläufige Rotoren. Dadurch wird bei gleicher Drehzahl das Rotordrehmoment, das auf den Rumpf wirkt, vollständig aufgehoben. Es läuft hierzu eine innere Welle für den oberen Rotor durch eine Hohlwelle für den unteren Rotor. Roll- und Nicksteuerung erfolgen wie bei "normalen" Helis über je eine Taumelscheibe, wobei die obere Ebene über Zwischengestänge direkt mit der unteren verbunden ist. Die Giersteuerung ist recht aufwändig: Bei dem KA50/52 ist die innere Welle auch hohl und es läuft ein Gestänge hindurch, was über der obersten Ebene liegende Mischerhebel ansteuert. Dadurch kann der Blattwinkel der oberen Ebene relativ zur unteren Ebene verstellt werden, wodurch unterschiedliche Auftriebsmomente erzeugt werden => Der Heli dreht um die Hochachse.

Nachdem ich angefangen hatte zu konstruieren, war ich damit auch schnell wieder in einer Sackgasse. Die geometrische Auslegung dieser Art der Ansteuerung ist ein bisschen komplex: es müssen 5 Ebenen in Einklang gebracht werden mit insgesamt ca. 12 Variablen: nicht unmöglich, aber ich bin halt a fauler Hund... (bei Gelegenheit lad ich mal ein Bild dazu hoch)

Viel schlimmer aber ist die fertigungstechnische Unmöglichkeit: Man hätte durch eine Welle mit Außendurchmesser ca. 5...8 mm auf eine Länge von knapp 250 mm ein Loch mit mind. 3 mm schießen müssen. Machbar wäre es vielleicht sogar, aber dazu muss man erst eine Firma finden die das kann, und dann wäre es wahrscheinlich sehr sehr teuer. Dieses Problem wird auch von CAD Jung beschrieben, wobei dort eine viel größere und dickere Welle (= bisschen einfacher) zum Einsatz kommt.

Also hab ich mir gedacht, was bei den kleinen Spielzeug Koax Helis funktioniert, muß doch auch für größere gehen: Zwei Motoren, die synchron angesteuert werden, und bei Gierbefehl diese Synchronität kurzzeitig aufgehoben wird.

Zuerst hab ich unsere Elektriker in der Arbeit ausgequetscht, aber da wir nur mit "Stärkststrombereich (110 - 500 kV) Bereich unterwegs sind, sind auch deren Elektronik-Kenntnisse eher rudimentär. Nach einiger Suche und Frust im I-Net hatte ich hier eine Anfrage gestellt (Koaxial Elektronik für größere Helis - RC-Heli Community) und der Harald hatte die zündende Idee (siehe Thread). Dafür nochmal ergebensten Dank.

So.. etz mag ich nimmer, den nächsten Teil der Story gibt demnächst!

[Harald 365]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

Hallo Joe, werde Dein Bericht verfolgen ....bin mal auf Deine Umsetzung gespannt ....wünsche Dir viel Spaß beim bauen.

[Joe]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

Mann is hier mieses Wetter..... schreib ich halt noch ein bisschen!

Nachdem wie im letzten Beitrag geschrieben so eine Regelelektronik für Koax-Steuerung gefunden wurde hab ich mich daran gemacht die Konstruktion zu überarbeiten, bzw. ein Konzept für die Anordnung der Motoren zu finden. Es gibt dabei diverse Möglichkeiten wie beide Motoren nebeneinander, einen vor, einen nach dem Rotormast, einen links, einen rechts vorm Mast, stehend, liegend mit Getriebe,.....

Am Ende hat sich vom Materialeinsatz, Gewichtsverteilung und Bauraum die Variante mit je einem Motor vor und nach dem Rotormast als die günstigste herausgestellt. Dabei ist ein Motor stehend und einer hängend montiert. Die beiden Antriebszahnräder sind dabei soweit auseinander aufgehangen damit die Motoren dazwischen passen.

Ich würde gerne ein Bild dazu zeigen, aber irgendwie kann ich nichts hochladen... die Funktion wird nicht angeboten bei mir!!

[Harald 365]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

He Joe, geht erst ab einer bestimmten Beitragszahl ....nimm für die Zeit
einfach einen Bilderserver zur ßberbrückung.

[Joe]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

Na, dann warten wir eben mit den Bildern!

Wo war ich? Achja... Anordnung der Motoren. Nach den Motoren war der Rotormast mit den Wellen dran, eigentlich recht einfach: Innen für den oberen Rotor eine Welle mit 5 mm Durchmesser. Groß gerechnet hab ich das nicht.... einerseits sind dafür problemlos Lager beschaffbar und wenn unten am Freilauf eine Schraube M2 die Kraft übertragen kann, dann hält die 5er Welle die Torsion locker aus, und Querkräfte kommen keine, weil der Heli natürlich sauber laufen wird und niemals seitlich Bodenkontakt haben wird. Never ever! Die freie Länge entspricht auch etwa dem eines normalen 450ers....

Die Aussenwelle für den unteren Rotor hat Aussendurchmesser 10 und innen 6...7 mm.

Das Ganze ist mehrfach gelagert: Die Aussenwelle zweifach im Gehäuse mit Standard Nadelhülsen und die Innenwelle zweifach in der Aussenwelle und zusätzlich nochmal am untersten Punkt (auch Nadelhülsen), da das Motorritzel relativ weit unten sitzt und so das seitliche Moment der Kraftübertragung besser abgefangen werden kann.

Die Frage nach der Zahl der Rotorblätter wurde auch rechtzeitig geklärt: Anfangs dachte ich einfach Standardteile vom 450er Rex zu verwenden. Aaaber dann meinte meine Frau so im Vorbeigehen das es abisl doof und windig aussieht.... Und als anständiger Angetrauter hab ich den versteckten Befehl sofort erkannt und mich nach Dreiblattköpfen umgesehen. In der Bucht bin ich dann auf einen CopterX 3-Blatt-Kopf zum anständigen Preis gestoßen ( => http://www.osmot.de/media/catalog/pr...50er-rigid.jpg) der sogleich doppelt bestellt wurde. Für den oberen Rotor kann ich den Kopf, Momentenabstützung und Taumelscheibe komplett verwenden, für unten die Blatthalter und Teile der Momentenabstützung.....

[Harald 365]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

He Joe, mit einer 10er Aussenwelle wirst bei dem Zentrallstück ( Dreiblatt Kopf )
Probleme bekommen. Nicht umsonst habe ich Dir die Teile vom Walkera LM 3
empf ...da geht das mit den Dreiblattköpfen

[TheKiter]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

Interessant, aber wieso baut man so etwas? Da noch keine Bilder verfügbar sind: ist das dann ein CP-Heli? Werden dann BEIDE Rotorebenen angesteuert für Pitch, Nick und Roll?
Ausser, dass das technisch sicher sehr anspruchsvoll ist, habe ich den Sinn noch nicht verstanden. Ich muss ja auch ZWEI Motoren mit Energie versorgen, geht das über getrennte Akkus?
Gruß
Frank

[Harald 365]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

GM Frank, ich antworte mal ( vielleicht auch für Joe )

Warum baut man sowas ?....weil man es kann...weil es sowas nicht zu kaufen gibt...
weil es Modellbau heist....weil man Spaß dran hat

zur Funktionsweise mal ein kleines Video von meinem 600er

http://www.youtube.com/watch?v=AhsVGvhpy0A

Die beiden BL´s werden von einem Akku gespeist, reicht auch, da der Auftrieb
mit 6 Blätter schon mächtig ist

Bilder überlasse ich jetzt aber Joe

[Joe]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

Hallo Harald,

der untere Rotor bekommt einen neuen, angepassten Kopf! Es werden nur die Blatthalter vom CopterX-Teil verwendet. Beim oberen Kopf ist zwischen Blatthalter und Rotorkopf eine recht dicke Scheibe eingesetzt... mit der Gestaltung des unteren Kopfes und der dazugehörigen Scheibe hab ich wieder den gleichen Abstand zwischen Rotorachse und Blattbefestigung erreicht.

@Frank: Harald hat die Antwort schon vorweggenommen. Einen richtigen weltbewegenden Sinn hats nicht....Aber ich bin alt genug um zu wissen das man nicht danach fragen soll ob es Sinn macht, sondern ob es Spass macht!

Erst war die Idee aus Langeweile geboren, dann wars ne Art Beschäftigungstherapie und irgendwann kam der Punkt wo ich gesehen hab, das es realistisch möglich ist es umzusetzen......

PS: Bisher hab ich mit zwei Akkus geplant, aber es wird wohl wirklich mit einem auch schon reichen. Der Rahmen ist jetzt so ausgelegt das ich seitlich 2 Akkus anbringen kann oder vorne einen, und trotzdem der Schwerpunkt zentral liegt. Mit zwei Akkus könnte man wahrscheinlich die Flugzeit erheblich verlängern...

PPS: Systemgewicht liegt jetzt bei 1500 gr mit 2 Akkus, 1300 gr mit einem Akku und knapp über 700 gr nur die Mechanik mit Motoren (also ohne Akkus und Rotorblätter)

[Joe]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

Nächster Schritt: Die Taumelscheibe(n)

Für den oberen Rotor war schnell klar das die gekaufte der CopterX Mechanik einfach verwendet werden kann. Nur den langen Kugelbolzen gegen einen kurzen getauscht. Hat keinen technischen Effekt, sieht aber sauberer aus.

Die untere Taumelscheibe muß ich sowieso neu konstruieren und bauen lassen, damit sie mit der Welle und dem Rotorkopf wieder zusammenpasst. Und dafür hab im mir eine kardanische Funktionsweise in den Kopf gesetzt. In der Theorie sollte das weniger Reibung als die herkömmliche Bauweise haben (Welle läuft in Kugelhülse läuft in Mitnehmerscheibe) und damit weniger Verschleiß, weniger Kraftverlust, schnellere Reaktion, bessere Performance.... In der Praxis halte ich das für ziemlichen Käse, den der normale Modellbauer (also etwa 99,9 %) niemals erkennen oder überhaupt je bemerken würde.

Der einzige Grund ist, dass mir die Optik gut gefällt! Von der Fertigung her macht es preislich keinen Unterschied (oder doch: ich brauche 4 Kleinstlager zu je 0,25 Cent!). Sie ist jetzt wohl ein bisschen schwerer (ca. 20 gr) als in der konventionellen Bauweise, aber dafür stimmen auch die Winkel und Längen wieder, um zusammen mit der oberen TS und den Gestängen für beide Ebenen gleiche Anstellwinkel zu erreichen. Am CAD gemessen hab ich über den gesamten Verstellbereich ein Delta von maximal 0,1°. Da werd ich mich schwertun das genauso einzustellen oder überhaupt zu messen nachher!

[Joe]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

so.. jetz war n paar Tage das Internet aus hier. Das große rosa T hatte nen Knoten in der Leitung.

Beim letzten mal hatte ich die Taumelscheibe und davor den Rotor... damit ist der Rotormast eigentlich komplett, die Blattanstellwinkel passen zueinander. Was fehlt wichtiges? Achja.. der Antrieb!

Als Antrieb verwende ich die Standard Rex 450 Hauptzahnräder. Für die kleinere Welle kann ich direkt auch die Freilaufhülse und Anbauteile aus dem Standard verwenden. Für die äußere Welle (d=10 mm) muß das Zahnrad innen leicht aufgebohrt werden und neue Löcher zur Befestigung einer Freilaufaufnahme. Die wird entsprechend der Originalteile einfach skaliert und ein passendes Freilauflager eingesetzt.

Bei den Motoren war ich bisher unentschlossen, ob ich die normalen BL450 mit Standardreglern (35A) nehme oder die BL460 Dominator mit 45A Regler mit bisschen mehr Dampf. Aber da ich beim normalen Rex mit Standardmotor und 2 Blättern schon ordentlich Leistung habe (= für mich voll ausreichend) werden die hier für 2x3 normal lange Blätter wohl auch reichen! Ausserdem spart das glatt nen hunderter.....

[Joe]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

sooo.... das wars im großen und ganzen mit den wichtigen Teilen!

Jetzt fehlt nur der Rahmen um alles zu verbinden. Da hatte ich die Wahl alles konventionell (laaaangweilig) aufzubauen mit Aluflanschen und CFK Seitenteilen, oooder ich versuch mal was anderes. Toll wäre es, den Rahmen aus einem Stück zu machen um optimale Stabilität, Ausrichtung und Gewicht zu erreichen. Das hab ich auch sogleich gemacht, und an zwei Firmen Anfragen gestellt zum aus dem Vollen fräsen und zum Laser-Sintern. Im Prinzip ist das alles eine geile Sache, aber die Ernüchterung erfolgte recht schnell....

Preis Laser Sintern aus Al-Legierung: 2500 Euro
Preis Fräsen aus Al-Legierung: 3500 Euro

Das es teurer wird dachte ich mir, aber das ist fast schon obszön!
Zum Vergleich hab ich mir noch ein Angebot machen lassen für 3D-Druck aus faserverstärktem Kunststoff: 250 Euro... Der Preis ist zwar vertretbar für eine Einzelanfertigung, aber ich glaube nicht das die Stabilität / Bearbeitbarkeit so gut ist, die Lagerung richtig zu gewährleisten, bzw. einen Crash oder eine harte Landung unbeschadet zu überstehen.

Dann hatte ein Kumpel in der Arbeit die Idee zumindest das offene Design und die Stabilität zu erhalten: konventionelle Flansche zur Aufnahme der Lager und Motoren, und aus Aluminium gelaserte Seitenteile!

Da hab ich im I-net abisl gesucht, und die Seite von Cutworks fand ich für meine Bedürfnisse passen. Also fix die Teile als dxf hochgeladen und es wird sofort der Preis angezeigt. Der war so angenehm, das ich gleich ein paar Teile mehr darauf eingerichtet hab! z.B. die Aufnahmen der Elektronikteile waren bisher aus CFK geplant, aber in Alu haben sie gerade 2 Gramm mehr Gewicht und können für ein paar Euro direkt ausgelasert werden!

Die meisten Kleinteile hab ich mittlerweile auch bestellt (und bekommen)... die Laserteile haben ca. 4 Wochen Lieferzeit und für die Dreh- und Frästeile mache ich im Moment die Zeichnungen.....

oi! jetze gehen die Bilder!!

So denn: im Anhang ein Bild zu einem der ersten Posts mit der Komplexität der Auslegung der mechanischen Steuerung und eines mit einer Ansicht der bisherigen Konstruktion ==> BEACHTE: Der Rahmen ist bisher reine Funktionalität! Er hält die Teile zusammen, nimmt Akku(s) auf und sorgt somit auch für den Schwerpunkt. (Aber mir gefällt er auch optisch.....)

[Harald 365]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

He Joe, fein fein....und endlich Bilder

Selber machen / sich einfallen lassen ist immer OK ....mit den Teilen vom Walkera 3LM ( 450er Größe ) hättest Dir zwar leichter getan...aber OK.

Das Zahnrad, der äußeren Welle, oben, wenn´s vom Platz her reicht...mal was
anderes

Nun zu Deiner Ansteuerung und den TS
Die Ansteuergestänge kannst auch in einem durchziehen....also untere TS ->
zur unteren Blatthalterebene...von dort weiter zur oberen TS und dann zu den
oberen Blatthaltern.

So wie bei Dir in der Zeichnung brauchst bei der unteren TS drei Löcher/Gewinde mehr....der Steuerwinkel an der oberen RTK-Ebene ist geringer als bei der
unteren

Sollte aber noch im Rahmen sein, hatte ich beim 450er Koax auch.

Bin mal auf weitere Bilder gespannt

[Joe]

AW: Baubericht: CP-Koax Heli Eigenkonstruktion

Hallo Harald,

ich bin nicht so der Typ der sichs beim konstruieren zu leicht macht... da jagt ein Wunsch den anderen und da geht immer noch mehr Beim Heli hat bisher nur der Preis gezügelt...

Das mit der Ansteuerung hab ich anfangs so Pi mal Daumen gemacht und gleich fast richtig getroffen! Ich hab in der unteren Taumelscheibe doppelte Kugelköpfe (könnte ich zur Not auch selber drehen). Die Winkel und Längen passen aber sehr gut zusammen! Mit wenig Anpassung hab ich konstruktionsseitig über den Verstellbereich von -5° bis +12° (was eh zu viel sein wird) eine maximale Abweichung von 0,1° zwischen beiden Ebenen. Passd ois gschmeidig zam!