Erstflug

Als Zusammenfassung dieses ersten Flugversuches kann gesagt werden, das Modell fliegt. Es fliegt schnell und reagiert präzise auf die Rudervorgaben. Das Handling macht einen brauchbaren Eindruck.

Nachfolgend wird das Vorgehen für ein systematisches Einstellen und Beurteilen der Flugeigenschaften beschrieben. Aufgrund der vorherrschenden Segelflugbedingungen und der zu geringen Kapazität des Senderakkus mussten diese Einstellungsarbeiten auf mehrere Flugtage verteilt werden.

Vorgehen beim Einfliegen

Das Vorgehen zum optimalen Einstellen des Modells folgt der Empfehlung von Tobias Lämmlein. Er hat für sich eine Methodik ausgearbeitet, welche er zum Prüfen und Vergleichen von verschiedenen F3J-Modelle benutzt. Dazu hat er eine Vorlage seiner Testkriterien ins Netz gestellt, welche ich hier als Referenz herangezogen habe.

Reichweitentest der RC-Anlage

Bevor das Modell in die Luft geht, wird die Reichweite der Signalübertragung der RC-Anlage überprüft. Aktuell wird noch eine 35 MHz-RC-Anlage eingesetzt. Der Sender wird mit nach oben gerichteter, eingeschobener Antenne auf den Boden gestellt. Mit eingeschalteter Anlage wurde eine Distanz von mehr als 100 m zwischen Modell und Sender gebracht, ohne dass die Ruder zu zittern begannen. Damit wurde sichergestellt, dass anschliessend mit ausgezogener Antenne innerhalb der Sichtdistanz geflogen werden kann.

Flugverhalten

Das Flugverhalten wird mit nachfolgenden Kriterien detailliert beschrieben. Grundsätzlich ist ein gutmütiges Flugverhalten anzustreben, damit sich der Pilot voll auf seine Aufgabe bzw. auch die Umgebung konzentrieren kann. Beim vorliegenden Modell wurde bei der Auslegung und Simulation eine relativ geringe Stabilität vorgegeben, welches diesem hehren Ziel nicht zwingend entgegen kommt.

Startverhalten

Das Modell lässt sich unterhalb der Flügel sehr gut greifen. Der bewusst weggelassene Hochstarthacken lässt den Rumpf wie ein Speer in der Hand liegen, der entsprechend mit viel Schub abgegeben werden kann. Die ersten Versuche mit einem noch etwas zu weit hinten liegenden Schwerpunkt hat aufgezeigt, dass dieser dynamische Start selbst mit “Thermik”-Stellung angebracht ist. Beim ersten Start stieg das Modell bei nach oben weg und musste sofort mit Tiefenruder korrigiert werden. - die daraufhin erfolgte, nicht so sanfte Landung, prüfte gleich die Robustheit des Systems und hinterliess keine Schäden. So konnte der Schwerpunkt durch Zuladung von 50 g Blei nach vorne verschoben werden und anschliessend der zweite Start erfolgen. Das Modell machte keine Anstalten mehr zum Aufbäumen und nahm zügig Fahrt auf.

Aus der Auslegung ist bereits ersichtlich, dass für den Start ohne gesetzten Wölbklappen eine Fluggeschwindigkeit von mindestens 10 m/s notwendig ist. Das Setzen der Thermikstellung lässt eine Reduktion der Geschwindigkeit um ca. 1.5 m/s zu, was für den Handstart durchaus hilfreich erscheint. Mit zunehmendem Gegenwind, kann hier der körperlich Einsatz entsprechend verringert werden.

Geradeausflug

Das Modell fliegt wie an einer Schnur gezogen, mit hoher Grundgeschwindigkeit und ohne unbeabsichtigte Richtungsänderung auf Kurs. Die ausgelegte Modell-Silhouette ist in diesem Entwurf auf minimalen Widerstand ausgelegt. Damit ist das Modell bereits nach kurzer Strecke kaum mehr erkennbar beim direkten Wegflug von der Startstelle. Auch die seitliche Betrachtung zeigt eine schnurgerade Bahn, jedoch zu Anfang der Einstellung noch nach unten geneigt. Hierzu ist es notwendig die Schwerpunkteinstellung zuerst richtig zu erfliegen.

Eigenstabilität

Ohne Rudereinfluss verharrt das Modell (wie gewünscht) träge auf dem eingeschlagenen Kurs und bestätigt damit eine ausreichende und nicht übertriebene Flugstabilität um alle Achsen. Nach erfolgter Richtungskorrektur bleibt das Modell auf dem neu vorgegeben Kurs.

Die vorgegeben V-Vorm der Flügel von je 3° pro Seite verleiht dem Modell genügend Eigenstabilität, dass die eingeschlagene horizontale Fluglage nach dem Abgeben des Modells beibehalten wird.

Fluggeschwindigkeit

Wie bereits beim Start gesehen, ist es wichtig, die richtige, zumindest eine genügend hohe Fluggeschwindigkeit zu erreichen. Danach wird beobachtet, wie sich das Modell auf der eingenommenen Flugbahn bewegt. Ziel dabei ist es eine gleichbleibende Geschwindigkeit zu erreichen. Auch hierzu wurde ersichtlich, dass die Schwerpunktlage/EWD - Einstellung zuerst stimmen muss.

In den ersten Tests musste durch Korrektur der Höhen-Trimmung bzw. Erhöhung der EWD korrigiert werden, um eine kontinuierliche Fluggeschwindigkeit im Horizontalflug zu erreichen. Das ist aber definitiv nicht das Ziel, da hierbei unnötig Leistung verschenkt wird. Also soll der Schwerpunkt durch Veränderung des Trimmbleis in der Nase an die vorgegebene EWD angepasst werden.

Ausreichende Ruderwirkung ist eine wichtige Voraussetzung für einen sicheren und zuverlässigen Flugbetrieb. Daher ist es wichtig, eine vernünftige Grundgeschwindigkeit vorausgesetzt, dass die Bewegung des Modells um alle drei Achsen zuverlässig und unverzögert eingeleitet werden können. Dazu werden zuerst grosse Ausschläge eingestellt, welche mittels einem Schalter aktivierten Dual-Rate reduziert werden können.

Während der Einstellarbeiten geht es darum eine Einstellung zu finden, welche die Ruder in allen Flugachsen gleichmässig aussteuert. Gegebenenfalls kann auch Expo dazu programmiert werden, welches z.B. weniger Bewegung um den Nullpunkt und damit ein weniger empfindliches Verhalten bewirkt.

In den ersten Flügen zeigte sich das Modell um die Längs- und Querachse sehr agil, während die Bewegungen um die Hochachse eher noch zu wenig Reaktion wahrnehmbar war. Daher wurden diese Ausschläge auf der gesetzten Schalterstellung für das Seitenruder durch grössere und geringere für Quer und -Höhenruder eingestellt. Diese Anpassungen erfolgen separat für die jeweilige Flugphase (Normal, Thermik und Speed), da die Fluggeschwindigkeit einen erheblichen Einfluss auf die wahrgenommene Beweglichkeit besitzt. Die Speed-Stellungen wurden bisher aufgrund der vorherrschenden Bedingungen noch gar nicht eingestellt.

Flitschen-Start

Aufgrund der flauen Bedingungen (kein Wind) wurde der Flitschenhaken herausgedreht, der Erdanker eingeschraubt und das Modell an der Schlaufe einer 20 m Nylonschnur mit einem 7 m langen Scale-Gummi auf ca. 2-bis 3-fache Dehnung aufgezogen. Das Modell wurde dazu vor dem Leitwerk gehalten. Entsprechend beschleunigt es nach dem Loslassen rasant und geht schnurgerade nach vorne. Nach kurzem ziehen am Höhenruder steigt es auf geschätzte 60 - 80 m.

Die Energiebetrachtung hierzu setzt auf den angegebenen Eckwerten des verwendeten Gummis ein. Aktuell wird ein Scale-Gummi von EMC-Vega eingesetzt mit den folgenden Zugkräften: Je nach Dehnung (Entspricht (s₁ - s₀) / s₀ bzw. Verhältnis der gedehnten zur ungedehnten Gummilänge)

F₁ = 150 N @ 200% Dehnung

F₂ = 200 N @ 300% Dehnung

F₃ = 240 N @ 400% Dehnung

F₄ = 280 N @ 500% Dehnung

Setzt man nun die Werte für den 7 m langen Gummi ein, so ergeben sich folgende Energien: bei 200% Dehnung von 1050 Nm, bzw. 2100 Nm bei 300% Dehnung.

Setzt man nun die oben ermittelten Werte bei einem Modellgewicht von 1.6 kg ein, so ergeben sich folgende Startgeschwindigkeiten: bei 200% Dehnung von v = 36 m/s, bzw. 51 m/s bei 300% Dehnung.

Daraus lassen sich nun die zu erreichenden Starthöhen ermitteln: bei 200% Dehnung von h = 67 m, bzw. 133 m bei 300% Dehnung.

Kreisflugeigenschaften

Beim Kreisflug sind verschiedene Kriterien von Interesse. Abweichend zu den Kriterien von Stefan steht bei dieser Auslegung nicht 90% Kreisflug als primäres Ziel, sondern der Streckenflug. Trotzdem interessiert eine hohe Eigenstabilität während des Kurvenfluges. Nach der Einleitung der Kurve durch das Querruder soll die vorgegebene Richtung, ohne zu schieben oder nach innen zu kippen und ohne grosse Ruderkorrektur mit dem Seiten bzw. Höhenruder beibehalten werden.

Der Korrekturaufwand zum Stützen mit den Querrudern ist minimal. Versucht man den eingeleiteten Kreis durch mehr Seitenruder enger zu machen, so taucht das Modell mit der Nase nach unten und muss mit etwas Höhenkorrektur auf Kurs gehalten werden. Ebenso erhöht sich mit diesem Vorgehen die Querlage und muss mit Gegensteuer auf dem Querruder stabilisiert werden. Offensichtlich stimmen hier sowohl die Querruder-Differenzierung, wie auch der Mix von Höhen-und Seitenruder noch nicht optimal.

Bei den schnellen Wenden am Hang nimmt das Modell in den ersten Tests die Nase etwas nach oben und wendet fast an Ort. Leider verliert es dabei jedoch an Fahrt. Dafür kann einen Höhengewinn erzielt werden, welcher jedoch durch langsamere Kurvenausgangs-Geschwindigkeit durch ein gezieltes Anstechen wieder erhöht werden muss. In diesem Bereich konnten nach Anpassung der initialen Einstellung schon deutlich verbessert werden. Dazu müssen für die jeweiligen Flugphasen die richtigen Ausschläge für Quer-und Seitenleitwerk gefunden werden. Ebenso wird hier noch die Snap-Flap-Einstellung getestet.

Die Wendigkeit und der Kreiswechsel zeigen die hervorragende Agilität des Modells, - eine entsprechende Mindestfluggeschwindigkeit vorausgesetzt. Das Rollverhalten kann noch nicht abschliessend beurteilt werden. Die Rollen kommen bei undifferenzierten Querrudereinstellungen schnurgerade. Jetzt müssen aber noch die Speed-Test abgewartet werden um hierzu nähere Angaben zu machen.

Landen

Das Landen ohne gesetzte Klappen erfolgt bei relativ hoher Fluggeschwidigkeit. Entsprechend hilft hier die Landung gegen den Wind, um die Flugstabilität in dieser Phase bei entsprechend geringerer Fluggeschwindigkeit aufrecht zu erhalten.

Die Wirkung der Wölbklappen in der Landestellung soll zuerst in ausreichender Flughöhe getestet werden. Ziel ist eine stabile Fluglage bei deutlich reduzierter Fluggeschwindigkeit und voller Ruderkontrolle zu erreichen. Die Bremswirkung der voll gesetzten Wölbklappen ist hervorragend, wobei die Beimischung des Tiefenruder in der Voreinstellung der Landephase mit voll ausgefahrenen Wölbklappen noch zu gering war, womit ein geringfügiges Aufbäumen des Modells festgellt werden konnte. Mit gezielter Steuerung des Höhenleitwerks konnte dies zwar ausgeglichen werden, aber der Steurungsbereich war am Anschlag. Hierzu musste der Ruderweg des Höhenleitwerks erhöht und die Tiefenmischung in der Landephase erhöht werden.

Schwerpunkt erfliegen

Wie in den bereits angesprochenen Beurteilungskriterien ist der richtige Schwerpunkt in Kombination mit der gewünschten EWD-Einstellug eine wichtige Voraussetzung. Die Berechnung und die Einstellarbeiten in der Werkstatt sind wichtige Erkenntnisse.

Um gute Flugeigenschaften hinzubekommen, müssen aber der Schwerpunkt und die dazupassende EWD erflogen werden. In einem iterativen Vorgehen wird dabei Trimmblei aus der Rumpfnase entfernt, bis das Modell ohne zu pumpen eine kontinuierliche Flugbahn einnimmt und dabei ein sehr schwammiges Verhalten auf den Rudern zeigt. Dies entspricht dem, am weitesten zurückliegenden Schwerpunkt, bei dem das Modell noch steuerbar ist. Dann wird wieder ca. 10 g Blei hinzugeben. Damit lässt sich eine erste grobe Einstellung des Schwerpunktes erreichen.

Zur Ermittlung der richtigen Kombination zwischen Schwerpunkt und EWD hilft die dynamische Methode zur Ermittlung der Stabilitätslage. Das Modell wird in der Normalstellung in ausreichender Höhe parallel zum Hang ca. 30 ..45° nach unten angestochen. Nach etwas Fahrtaufnahme lässt man den Höhenruderknüppel los und beobachtet den Abfangbogen.

1. Nimmt das Modell die Nase nach oben und fängt an zu pumpen liegt der Schwerpunkt zu weit vorne → entfernen von Blei.
2. Bleibt das Modell auf der eingeschlagenen Bahn, ohne nach oben oder unten auszuscheren, so ist der Schwerpunkt an der hinterst möglichen Position.
3. Das Modell unterschneidet also ist der Schwerpunkt bereits zu weit hinten und durch Zugabe von Blei in die Nase korrigiert werden.

Passt der Schwerpunkt für die Normalfluglage, so wird im Anschluss die EWD für die Thermik- und die Speed-Stellung durch entsprechenden Trimm am Höhenruder im analogen Ansatz eingestellt, so dass ein leichter Abfangbogen erzielt werden kann. Damit ist sowohl ein dynamisches Flugverhalten, bei optimaler Leistung und ausreichender Stabilität sichergestellt.

Überzieheigenschaften

Der Abriss kündigt sich mit Vorwarnung an. Im Kurvenflug kippt das Modell bei zu geringer Geschwindigkeit über den inneren Flügel ab. Analog erfolgt ein Abkippen nach vorne beim Aushungern des Modells auf eine eine zu geringe Geschwindigkeit kleiner 8 m/s. Bei diesen langsamen Geschwindigkeiten ist das Modell ganz schwammig auf allen Rudern und verlangt förmlich nach Geschwindigkeitszunahme.

Nach dem Abkippen erfolgt die volle Steuerbarkeit bereits nach wenigen Metern Fahrtaufnahme. Mann sollte also langsame Fluggeschwindigkeiten in Bodennähe tunlichst vermeiden.

Flugphasen und Wölbklappenstellungen

Bereits in der Simulation wurden die drei Flughasen Thermik, Normal oder Strecke und Speed ermittelt, zuzüglich der Lande-Einstellung. Bereits erwähnt wurde die Thermikstellung, welche eine langsamere Fluggeschwindigkeit durch ein stärker gewölbtes Profil sicherstellen soll. Wie stark nun diese Wölbung ausfallen muss ist zunächst nicht bekannt. Aus der Simulation erfolgten erste Vorschläge für Thermik und Strecke. Dazu wurden die entsprechenden Flughasen programmiert und zusätzlich ein Trimmregler als Geber darübergelegt. Entsprechend können nun die Einstellungen bei verschiedenen Windverhältnissen getestet und geg. angepasst werden.

Erhöhung der Flächenbelastung durch Ballastierung

Aus der Simulation wurde bereits ersichtlich dass die Flugleistung bei entsprechender Ballastierung des Modells, vorausgesetzt der Notwendige Auftrieb existiert, eine deutliche Zunahme erfährt. leider waren die Bedingungen während der ersten Flugversuche noch nicht so gut, dass eine Vollballastierung hätte getestet werden können. In der Zwischenzeit konnte aber bereits 2 bzw. 4 Ballaststangen in den Flächenverbinder eingebracht werden. Damit verbunden erhöht sich die Flugstabilität deutlich und ebenso der Durchzug.

Dementsprechend wurde die Wendigkeit nur wenig eingeschränkt, wobei der Kurvenradius ohne Fahrtverlust doch schon grösser geworden sind. Abschliessend lässt sich hierzu aber noch keine Aussage machen, da hier gemessene Referenzflüge notwendig sind. Diese Aufgabe erfolgt in der weiteren Flugerprobung und Beurteilung der Flugleistung.

Robustheit

Das Modell muss sich im praktischen Einsatz nicht nur in der Luft beweisen. Im Gegenteil, Modelle werden meist am Boden kaputt gemacht. Entsprechend interessiert hier die Robustheit beziehungsweise die Handhabung. Das Modell macht bis jetzt auch in der Glas-Ausführung einen robusten Eindruck, weder Druckstellen, Quetschungen, noch Weissbrüche sind zu erkennen. Das Aufsetzen von Leitwerk und Flügel erfolgt einwandfrei auch nach mehr als 100 Steckzyklen und auch die Kratzspuren auf der Flügelunterseite sind nicht unerwartet gekommen.

Beim Verstauen des Rumpfes mit aufgesetzten Leitwerken, hatte ich eine Herauslösung des V-Verbinders aus der Rumpfverankerung provoziert. Eine erneute Fixierung mit Uhu Endfest hat bisher alle nachfolgenden Flugversuche und Landungen unbeschadet überstanden.

In der Luft reichte die Festigkeit und ebenso die Steifigkeit der Auslegung den eingeleiteten Flugmanövern. Hier kann man sicher noch mehr belasten, wobei bisher weder eine Flächenbiegung, noch ein Ruderflattern festgestellt werden konnte.

Als erkannte Fehler bzw. Problemzone ist die Fixierung des V-Leitwerkshebels anzusehen. Diese soll mit deutlich mehr Kohle-Rovings im Rumpf einzementiert werden. Die Ruderscharniere sollen im nächsten Flügel aus Aramidgewebe getestet werden, das die Silikonscharnier doch sehr weich erscheinen.

Zwischenbilanz

Hat sich nun der Aufwand gelohnt, ein Hangflugmodell in dieser aufwendigen Methode selber zu bauen? - Ja, aber.... hierzu muss man wahrscheinlich die Motivation verstehen.

Aus der Perspektive ein leistungsfähiges Modell für vernünftiges Geld zu bekommen, gibt es sicher bessere Ansätze. Für entsprechendes Geld und auch bei kürzerer Wartezeit sind bei allen bekannten Herstellern hervorragend aufgebaute und auch ausgereifte Konstruktionen zu erwerben, welche zwischenzeitlich schon mehrere Updates erfahren haben.

Bei der Realisierung dieses Projektes wurden ganz andere Ziele verfolgt. Viele irrelevante Themen wurden sondiert und dokumentiert und bilden heute einen guten Fundus - z.B. wie will ich es sicher nicht mehr machen will.

Das Einarbeiten in die Profilmodifikation zeigt deutlich den Unterschied zwischen Mathematiker und Pragmatiker. Ab einer gewissen Abstraktionsstufe ist es nur noch eine Frage der Zeit bis man sich von den komplexen Berechnungsmodellen geschlagen gibt. Ich gehe daher auch nicht davon aus, dass der von mir abgewandelte Profilstrack wirklich etwas mit Profilentwurf zu tun hat, aber dieser Exkurs war wichtig in der Analyse der bereits existierenden Profile.

Die Konstruktion und die Erstellung von Freiformflächen im CAD waren primär von hoher Disziplin und mehreren Iterationen geprägt. Die Freude über die gestaltete Form verleiteten mich auch gleich zur Herstellung von gefrästen Positiv-Modellen. Der Entscheid diese durch einen Dienstleister zu erstellen verlängerte die Umsetzungphase um mehr als ein Jahr, welches zur Bereitstellung der notwendigen Finanzierung aufgewendet wurde.

Der Formenbau und das anschliessende Laminieren der Einzelteile waren jedesmal Phasen der Anspannung und grosser Erwartungen, welche nicht selten enttäuscht wurden. Mangelnde Bauerfahrung, Verwendung falscher Materialien oder ungenügende Vorbereitung brachten schon einmal Ernüchterung bei der Entformung der Resultate. Trotzdem würde ich hier von einer sehr erfreulichen, positiven Erfahrung sprechen, welche durch iterative Verbesserungen noch weiter gesteigert werden kann.

Das Ausrüsten und die Detailgestaltung ermöglichten weitere Versuchsplattformen neue Methoden zu testen.

Die Beurteilung des Flugverhalten stellt das vorerst letzte Kapitel dieses Projektes dar und verlangt zuerst nach Erfahrungen mit Telemetrie und Flugdatenauswertung. Hierzu fehlt mir aber Momentan die Technik und das notwendige Interesse, mir dies anzueignen. Stattdessen werde ich den Sommer über nutzen weitere Flugversuche zu tätigen. Dabei sollen auch Messflüge zur Beurteilung der Flugleistung erfolgen.