Modellflug allgemein

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Hier entstehen Artikel zum Thema Modellflug.

Inhaltsverzeichnis

Negatives Wenderollmoment

auch negatives Wendemoment genannt, oder einfach nur Wenderollmoment (ohne Vorzeichen), oder Gierrollmoment

Um ein Flugzeug in seiner Längsbewegung um die Längsachse zu steuern, besitzt es Querruderklappen, die Außen an der Flügelendleiste angebracht sind und gegensinnig ausschlagen (s.Bild 1).

Bild 1

Bild 1: Längsbewegung und Rollen um die Längsachse.


Geht das rechte Querruder nach Oben so muss gleichzeitig das Linke nach Unten ausschlagen um eine Rollbewegung nach Rechts um die Laengsachse zu erzeugen. Am Flügel entstehen durch den Klappenausschlag Auf- und Abwärtsbewegungen, die aus der Umlenkung der Strömung resultieren. Wir haben also grundsaetzlich eine Rollbewegung um die Längsachse wie gewünscht.

Hinzu kommen aerodynamische Effekte, die wir durch die Profilverwölbungen (Klappenausschlaege) indizieren. Geht eine Klappe nach Oben wird nicht nur die Luft nach oben umgelenkt, der aerodynamische Auftrieb nimmt auch ab, da die Strömungsumlenkung der Luft geringer wird (s.Bild 2)(anfangs geringer, bis zum Nullauftrieb)und damit einhergehend auch der Widerstand den das Profil erzeugt.(später dann wieder ansteigend, bei weiter steigender Umlenkung nach Oben)

Bild 2

Bild 2: Querruderklappenausschläge mit ansteigenden und absinkenden Auftriebs- und Widerstandskräften.

Bei der nach unten ausschlagenden Klappe wird entsprechend umgekehrt des gerade geschilderten Effektes die Stroemung durch die erhöhte Profilverwölbung staerker umgelenkt, d.h. mehr Auftrieb, für die Rollbewegung sehr willkommen und unterstützend, aber einhergehend auch ein höherer induzierter Luftwiderstand.

Betrachtet man nun diese Effekte zusammen, so rollt unser Flugzeug zwar nach rechts, der rechte Flügel wird aber etwas beschleunigt, während der linke abgebremst wird. Es wird beim "Rechtsrollen" um die Längsachse also ein Giermoment nach Links um die Hochachse indiziert. Die Nase des Flugzeugs möchte deshalb zum Kurvenäußeren.

Üblicherweise ist diese Effekt, das negative Wenderollmoment, profilbedingt sehr gering. Man gleicht die verschiedenen induzierten Widerstaende damit aus, daß die nach unten ausschlagende Klappe einen etwas geringeren Ausschlag macht, im Idealfall gerade so weit, daß beide Flügel den gleichen Widerstand erzeugen und das Modell exakt um die Längsachse rollt, man spricht dann von der sogenannten Querruderdifferenzierung.

Bei sehr alten Segelflugprofilen mit hoher Strömungsumlenkung war das negative Wenderollmoment so groß, daß die Wuerruder kaum bis gar nicht nach unten ausschlugen.

Man kann hier unterstützend das Seitenruder einsetzen, um die Nase in Kurvenrichtung zu drehen; das wird häufig bei Modellflugzeugen gemacht, da man in einiger Entfernung die Fluglage nicht mehr so gut erkennen kann um exakt auszusteuern, bzw die Piloten heute auch gerne "einfach" fliegen wollen.

Querruderdifferenzierung

Zur Rollsteuerung eines 3-Achs-Flugzeuges werden in der Regel Querruderklappen eingesetzt, die aussen an den Flügel-Endleisten angebracht sind. Um eine exakte Rotation des Flugzeuges und die Rumpflängsachse zu erreichen werden Querruder differenziert angelenkt. Siehe hierzu auch Negatives Wenderollmoment.

Bild 3

Bild 3: Querruderdifferenzierung / Rollzentrum in der Rumpflängsachse

Das Bild 3 zeigt eine typische Querruderdifferenzierung, das nach unten ausschlagende Querruder wird in seinem Ausschlag begrenzt. Fruher haeufig mechanisch gelöst im Zeitalter der Elektronik durch elektronische Mischer im Fernsteuersender. Diese Begrenzung kann man mit heutiger Technik sehr gut erfliegen, indem man sich prozent fuer prozent an die Richtige Differenzierung heran tastet. Dabei bedeutet 0% Differenzierung 100% Ausschlag nach unten und 100% Differenzierung 0% Ruderausschlag nach unten. Im stationaeren Geradeausflug, oder Gleitflug wird das Querruder stark betaetigt und die Rumpflängsachse beobachtet. Fehlt einem zunächst das geschulte Auge oder ist die benötigte Differenzierung schon fast erreicht, kann man durch mehrfaches Hin - und Herbewegen des Querruderknüppels testen, ob der Rumpf anfängt zu "eiern". Ein sicheres Zeichen für etwas zu wenig Differenzierung.

In speziellen Fällen ist eine "Überdiffernzierung" vergleiche auch Negatives Wenderollmoment gewünscht, um die Flugzeugnase in Kurvenrichtung zu drehen, also ein entgegengesetztes Giermoment zu indizieren. Das wird üblicherweise zum Thermikfliegen von Segelflugmodellen angewandt, da man in entsprechend großen Höhen die Abweichungen vom Idealkurs schwerlich identifizieren kann und so die beste Thermikleistung erzielt.

Dual-Ailerons

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Delta Mischer

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Klappen

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Wölbklappen

Bremsklappen

Fluglagenstabilität

Bild 1


Bild 4: zeigt ein Flugzeug in seiner Laengsbewegung, im Zentrum der Massenschwerpunkt. Grundsaetzlich im Raum sind 3 translatorische und 3 rotatorische Freiheitsgrade vorhanden.

In den folgenden Kapiteln soll die Flugstabilität und was genau dafür wichtig ist beschrieben werden. Wir moechten unser Modell, steuern, fordern also eine gewisse Reaktion auf die Steuereingaben, moechten aber andererseits auch eine gewisse Daempfung dieser Bewegungen und Eigenstabilität.

Querachsenstabilität, das Nicken

Längsachsenstabilität, das Rollen

Hochachsenstabilität, das Gieren

Bild 1

Bild x: Stellen wir uns unser Modell mal masselos an einem Torsionsdraht aufgehaengt vor, der genau durch den Schwerpunkt geht. Also wie eine Fahne im Wind, vielleicht doch eher wie ein Wetterhahn, hinten der grosse Schweif dreht den kopf immer in den Wind. Die für die Gierstabilität verantwortliche Seitenfläche ist hier schraffiert. Grün der Bereich der wie eine Windfahne in den Wind gedreht wird und die Flugrichtung stabilisiert, rot der Bereich, der ohne daß er festgehalten würde, gerne nach hinten umklappen möchte. Der rote Bereich destabilisiert also unser Flugzeug.

Der Einfachheit halber sei hier nur die Seitenfläche des Flugzeugs betrachtet, es gibt natürlich noch viele weitere Kräfte im Betrieb, die eine Auswirkung auf die Gierstabilität haben.

Bild 1


Betrachtet man das gesamte Flugzeug so wirkt nicht jeder Quadratzentimeter gleich gut stabilisierend oder destabilisierend. Die Auswirkung hängt auch sehr stark von der Entfernung zum Torsionsdaht bzw. eben unserem Schwerpunkt ab. Damit eine luftumspülte Seitenflaeche also am meisten stabilisierend wirkt, macht es Sinn sie so weit wie möglich hinter den Schwerpunkt zu positionieren. Jetzt wird klar warum unser Flugzeug das Seitenleitwerk (aber auch Finnen, oft unter dem Rumpf, oder Winglets, seitlich hochgebogene Fluegelenden) am Ende vom Rumpf hat. Dort und nur dort hat es die bestmögliche Wirkung für die Gierstabilität.

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