Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

[ClaRa]

Hallo liebe Heligemeinde,
ich habe zu o.g. Thema die Hilfe und auch Google gefragt.
Immer wenn von den wirkenden Kräften im Rotorkopf etwas geschrieben steht, wird nur die Zugkraft des Rotorblattes angesprochen.
Wie diese berechnet wird ist zig mal beschrieben.
Mich beschäftigt seit einiger Zeit die Frage danach, was eigentlich im Rotorkopf passiert, wenn ich z.B. voll nach rechts steuere. Der gesamte Rumpf mit Akkus, etc. wird doch dann in einer bestimmten Zeit, mit entsprechender Beschleunigung "herumgewuchtet".
Ziel ist - wie schon bei vielen anderen auch - ein Mehrblattkopf. Da dieser gedämpft sein soll ist da noch viel Raum für Kreativität.
Ich will mich aber nicht damit zufrieden geben das ich mir einfach sage: "Wird schon halten".
Die einfachste Herangehensweise ist natürlich ein vorhandenes System, welches hält, zu nehmen und die entsprechenden Querschnitte zu übernehmen.
Werden so etwa Rotorköpfe (natürlich RC-Heli, keine Echten) entwickelt? Wohl kaum.
Andererseits ist es natürlich einfach z.B. die vorhandenen Lager zu betrachten.
Von diesen sind die relevanten Daten bekannt und wenn die halten, muß eben alles andere entsprechend ausgelegt werden und hät dann auch.
Gleiches bei der Blattlagerwelle. Im Zwei-Blatt-System ist die durchgehend und ausreichend stabil.
Also kann ich daraus Rückschlüsse für das Zentralstück ziehen.
Finde ich irgendwie blöd.
Vieleicht seid Ihr schlauer als ich und könnt mir was dazu schreiben um etwas Licht ins Dunkel zu bringen.
Gruß
Claus

[Harald 365]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Hallo Claus, Du hast die Zugkraft, die auf den RTK kommt, schon angesprochen....
nun nehmen wir einen 10 Kilo Scale Heli.

Setze einfach mal die Zugkraft gegen das Gewicht das Heli´s

Sollte Deine Frage eigentlich beantworten

[andre77]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Hi,

also groben Ansatz könntest Du Berechnen wieviel Kraft nötig ist um zB 4kg von 0 auf 1 rpm (Drehrate Flip) in... sagen wir 1 Sekunde, oder doch eher weniger, zu beschleunigen.
Diese Kräfte muss der Kopf aufnehmen, allerdings ist das sicherlich nicht die ganze Wahrheit und super vereinfacht. Da kommen Schlagbewegungen und dynamische Veränderungen an den Blättern dazu... weis der Geier was noch.
Also, ich würd mal sagen, ohne Maschbau-Studion oder ähnliches wird das nicht mal so eben gehen

Viele Grüsse

Andre

[ClaRa]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Hi,
Diese Kräfte muss der Kopf aufnehmen, allerdings ist das sicherlich nicht die ganze Wahrheit und super vereinfacht.

Genau das ist der Punkt, der mich nicht besonders zufrieden stellt.
Studium habe ich übrigens vor 25 Jahren abgebrochen.

[Unrealos]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Unsere Modellbauhubschrauber sind "meistens" als halbstarre Rotoren gebaut. (Align, Sab, Henseleit, Mikado etc.)
Gelenkig, gedämpft gelagert in Schwenkrichtung und gelenkig natürlich auch für die Blattwinkelverstellung. Die Schlagbewegung wird aber durch die Kopfdämpfung und das flexible Rotorblatt realisiert. Dadurch wird das Rotorblatt & die Blattlagerwelle neben der Zugkraft besonders auf Biegung beansprucht.

Schlagbewegungen treten zum Beispiel im Vorwärtsflug auf, wenn das vorlaufende Blatt eine höhere Anströmgeschwindigkeit erfährt als das rücklaufende Blatt. Das vorlaufende Blatt schlägt dann nach oben aus und verkleinert dadurch seinen Anstellwinkel. Das rücklaufende Blatt schlägt nach unten aus und vergrößert seinen Anstellwinkel. Dadurch herrscht an beiden Rotorblättern gleicher Auftrieb und der Hubschrauber rollt nicht um die Längsachse. Das ganze passiert ohne FBL System oder aktives steuern des Piloten.

Kommandierst du jetzt beispielsweise auch noch eine Nickrate per Fernsteuerung, wird absichtlich eine Schlagbewegung erzeugt und das Blatt wird noch weiter ausgelenkt bzw. das Biegemoment steigt weiter.

Wie man das ganze berechnet ist sehr komplex. Du bräuchtest unzählige Beiwerte zum Rotorblatt und zur Dynamik der Zelle. Ich weiss es nicht, aber ich würde denken, dass die Modellbauhersteller nur empirische Werte heranziehen. Es würde Unmengen an Geld verschlingen diese Beiwerte zu bestimmen. Sie bauen und lassen von Pro Fliegern testen. Wenn es hält, wird es kleiner dimensioniert. So könnte man sich herantasten. Für Dich als Privatperson natürlich Nonsens. Deine Idee sich an vorhandenen Produkten zu orientieren wird meiner Meinung nach der richtige Weg sein.

[andre77]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Hi,

jo, ich denke das stimmt.
Ich wage mal zu behaupten es das keiner wirklich ausrechnen kann und sagen, wenn Du bei Deinem 600er mit 2000 rpm die Welle X/Y von 8 auf 6mm änderst dann geht es gerade noch gut und bei 5,5mm zerreist es den sicher beim Flip....

Viele Grüsse

Andre

[Johnny]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Von den Größenordnungen bei Modellen hab ich leider keine Ahnung, bei der manntragenden BK 117 kriegst allerdings ein Drehmoment von 9810Nm bei 3° zyklischem Pitch (was mir verdammt viel erscheint )

[ClaRa]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Danke für die Antworten.

Wie man das ganze berechnet ist sehr komplex. Du bräuchtest unzählige Beiwerte zum Rotorblatt und zur Dynamik der Zelle. Ich weiss es nicht, aber ich würde denken, dass die Modellbauhersteller nur empirische Werte heranziehen. Es würde Unmengen an Geld verschlingen diese Beiwerte zu bestimmen. Sie bauen und lassen von Pro Fliegern testen. Wenn es hält, wird es kleiner dimensioniert. So könnte man sich herantasten. Für Dich als Privatperson natürlich Nonsens. Deine Idee sich an vorhandenen Produkten zu orientieren wird meiner Meinung nach der richtige Weg sein.

Wenn ich das so lese, scheint es wohl (für mich) keinen brauchbaren Weg zu geben, die Kräfte einigemaßen genau zu definieren. Auch wenn man sich tief in die Materie reindenkt ist alles, was ich rechnen würde immernoch nur grob abgeschätzt.
Ich werde also auf das zurückgreifen, was funktioniert und mir daraus die Werte herleiten.
Gruß
Claus

[Muki19]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Ich denke mal das wird nix anderes wie Hebelwirkung auf den Kopf sein wird. Durch die Fliehkraft am Rotorblatt bleibt das Blatt auch bei harten zyklischen Bewegungen steif wie ein Brett da es durch die Fliehkraft gespannt wird.

Wenn du dämpfer verwendest wird ja die Bewegung des Rotorblattes auf den heli gedämpft und verzögert und hält Vibrationen fern die vom Blatt kommen.

Das ist also sicherlich nix anderes wie wenn du den heli an den Blätter anfassen tust und ihn wie wild hin und her bewegst, nur das die Blätter im flug natürlich steif bleiben wie ein Brett. Die härte der Dämfung entscheidet dann wie viel der Bewegung übertragen wird ein teil wird ja durch die Verformung der Gummies abgebaut.

ansonsten hilf die das vielleicht noch...


Die Rotorblätter müssen sicherlich mehr Kräfte aushalten als dein kopf.

Diese Coriolis-Kraft und die Luftwiderstandskraft wird sicherlich vom Schwenkgelenk aufgenommen, anderst wäre es sicherlich wenn du wie bei Vario 2 Schrauben hast, aber deren Kopf ist ja aus Kunststoff gegossen und nicht steif wie ein Brett.

[Muki19]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Wenn du den Heli auf den Boden kleben würdest würden die Kräfte bei zykl. Pitch natürlich extrem auf das Zentralstück einwirken, aber das ist ja quasi im Flug nicht der fall der heli wird ja unter der Einwirkung dieser Kräfte bewegt und hat demnach auch kaum wiederstand. es ist sicherlich nur dieses Moment der Trägheit was überwunden werden muss. Hier wird aber sicherlich die meiste kraft auf die Blattwurzel wirken.

Glaube nicht das es jemals jemand geschaft hat ein Zentralstück im Flug zuverbiegen, sowas würde mit Sicherheit nur beim Crash passieren...

[Moritz]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Hi,

das Zentralstück im Flug zu verbiegen ist möglich.

Mfg

[Muki19]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Hi,

das Zentralstück im Flug zu verbiegen ist möglich.

Mfg

Meinst du? Aber dann doch nur wenn es zu schwach ausgelegt ist.

[andre77]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Hi,

Ihr seit witzig
Was ist denn zu schwach?
Was bedeutet 'im Flug verbiegen'?

Je nach Heli (gerade die älteren die noch nicht so heillos über dimensioniert waren wegen dem 3D Gebolze) ist es sicher möglich durch sehr harte Manäver was zu verbiegen. Ob oder was dann nach gibt, ist je nach Manöver und je nach Auslegung des Helis unterschiedlich.

Kurz: Man kann so Fragen nicht allgemeingültig beantworten.
Sicher ist, Du bekommst den Heli in der Luft klein, im zweifel einfach übermotorisieren, und Voll rein langen

Aber was das für ein Sinn macht erschließt sich mir nicht.

Viele Grüsse

Andre

[TomBa]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Das vorlaufende Blatt schlägt dann nach oben aus und verkleinert dadurch seinen Anstellwinkel . Das rücklaufende Blatt schlägt nach unten aus und vergrößert seinen Anstellwinkel . Dadurch herrscht an beiden Rotorblättern gleicher Auftrieb und der Hubschrauber rollt nicht um die Längsachse.

Der Heli würde bei verschieden großem Auftrieb am vor- bzw. rücklaufenden Blatt nicht rollen sondern nicken (Drehung um die Querachse).

[Unrealos]

AW: Kräfte am Rotorkopf bei zyklischer Verstellung

Der Heli würde bei verschieden großem Auftrieb am vor- bzw. rücklaufenden Blatt nicht rollen sondern nicken (Drehung um die Querachse).

Falsch. Du denkst bestimmt, wegen des ~90° Phasenversatzes zwischen Kraft zur Wirkung.
Wenn das Rotorblatt orthogonal zur Längsachse ausgerichtet ist, erfährt es die größte/kleinste Auftriebskraft im Vorwärtsflug. ~90° später ist das Rotorblatt dann max. ausgelenkt resultierend durch diese Kraft (Schlagbewegung)
Das erzeugt ein Nickmoment. Das passiert bei unseren Modellhubschraubern, wird aber vom FBL ausgesteuert.

Hätten wir steife Rotorblätter, gibt es keine Schlagbewegung die ungleiche Auftriebe ausgleichen könnte. Es würde ein Rollmoment erzeugt werden.
Habe extra nochmal nachgeschaut. Habe am kommenden Donnerstag Prüfung :-)