Gelenkschlagflügel
Beschreibung
der Schlagflügelkonstruktionen
die zusammen mit den EV-Modellen entwickelt wurden
Inhalt:
1. Anforderungen
Die konstruktiven Anforderungen an einen technischen Schlagflügel ergeben sich unter anderem aus der theoretischen Verteilung des Auftriebsbeiwertes nach Robert T. Jones (USA 1950, 1980) und des dafür erforderlichen Einstellwinkels längs der Halbspannweite.
Hier sind beispielsweise die betreffenden, weitgehend optimierten Funktionsverläufe für einen flachen Steigflug von einem rechteckigen Schlagflügel mit dem Allround-Profil CLARK-Y abgebildet (Grundlagen siehe Handbuch). Der Einstellwinkel an der Flügelwurzel bleibt in diesem Falle konstant. Die Verteilungen des Abwindwinkels längs der Spannweite sind in allen drei Fällen geradlinig.
Bei der Schlagflügelkonstruktion spielen ausserdem die Trägheitsmomente um die Schlag- und um die Drehachse des Schlagflügels eine große Rolle.
2. Aeroelastisch gesteuerter
Gelenkschlagflügel
Grundlegendes Holmgerüst eines Profilschlagflügels mit Gelenk für eine zusätzliche Schlagbewegung des Handflügelholms. Letzterer wird durch eine Feder nach unten gezogen (Federvorrichtung hier nicht abgebildet).
- Während des Gleitflugs, mit seiner mittlerer Auftriebsstärke, nimmt der Handflügel die gestreckte, mittlere Stellung ein.
- Beim Abschlag werden die Auftriebskräfte im Handflügelbereich deutlich größer und der Handflügel schlägt entgegen der Federkraft nach oben.
- Lassen beim Aufschlag die Auftriebskräfte nach, so zieht die Federkraft den Handflügel nach unten.
Die kleine, von aerodynamischen Kräften abhängige und damit aeroelastische Schlagbewegung des Handflügels, wird durch Hebel (braun für Armflügel, grün für Handflügel) zur Steuerung der Verwindung längs der ganzen Flügels genutzt. Dadurch ist ein Gelenkschlagflügel mit aeroelastisch gesteuerter Verwindung entstanden. Seine Funktionsweise entspricht ein bisschen der eines Vogelflügels.
Mit Ausnahme der Flügelwurzelrippe werden alle Rippen frei
drehbar auf die Holme gesteckt. Als Schlagflügelbespannung
ist hier die hochelastische Polyurethan-Folie Platilon U
04
vorgesehen (siehe
Weblink 1).
Das Prinzip dieses aeroelastisch gesteuerten Gelenkschlagflügels wurde im Zusammenhang mit dem Modell EV6 (1983) entwickelt und auch bei meinen folgenden Modellen immer wieder angewendet.
3. Schlagflügel mit
Verwindungsanstieg
Hier ist ein Funktionsmuster von einem
die Schlagweite vergrößernden
Flügelholm
.
Nachfolgend wird er kurz als Schiebeholm
bezeichnet.
Das Prinzip ist bei Haupt- und bei Hilfsholmen
von Schlagflügeln anwendbar.
Gestänge oben:
Schiebegestänge zerlegt
Gestänge unten:
Schiebegestänge montiert
Das linke Gelenkstück dient hier als Basis.
Bei einer Schlagbewegung der mittleren Schubstange
- hier nach unten - führt das äußere, rechte
Holmstück eine vergrößerte Schlagbewegung
aus.
Technische Zeichnung
für einen Schiebeholm in koaxialer Rohr-in-Rohr Bauweise.
GFK-Gelenke des Schiebeholms
mit unterschiedlichen Achsabständen zur Übersetzung (1:1,5)
der Schlagbewegung.
Koaxiale Schiebeholme komplett
Nebenstehend das Holmgerüst eines Profilschlagflügels für aktive Flügelverwindung im Armflügelbereich durch Hauptholmdrehung.
Es ist ein die Schlagweite vergrößernder Hilfsholm eingesetzt. Dadurch steigt die Verwindung im Handflügelbereich an. Das Holm-Schiebegestänge ist koaxial aufgebaut.
Die Rippe am Handgelenk ist fest mit dem Hauptholm und das Hilfsholmlager fest mit der Flügelwurzelrippe verbunden. Alle übrigen Rippen werden frei drehbar auf die Holme gesteckt. Die Bespannung erfolgt mit elastischer Folie.
Für eine passive oder aeroelastische Verwindung wäre die Handgelenkrippe am Hauptholm drehbar zu lagern.
4. Schlagflügel mit einstellbarem
Torsionsmoment
Durch Aufteilung der Schlag- und Verwindungsaufgaben eines Schlagflügels auf einen Haupt- und einen Hilfsholm lässt sich sein Verwindungsmoment einstellbar gestalten.
Nebenstehend ist die Zusammensetzung des Holmgerüstes eines
aeroelastisch verwindbaren Schlagflügels mit einstellbarem
Torsionsmoment ersichtlich. Die Einstellung erfolgt mit dem Torsionshebel
an der Flügelwurzel.
Die übrigen, hier nicht abgebildeten Rippen werden frei drehbar auf die Holme gesteckt. Die Bespannung erfolgt mit elastischer Folie oder nach dem Scherverwindungsprinzip. Auch Schalen- und Schaumstoffflügel kann man auf diese Weise einstellbar gestalten.
Wendet man dieses System bei einem herkömmlichen, nicht-schlagenden Tragflügel, einem Propellerblatt oder einem Windradflügel an, so ist deren Verwindung mit dem Hilfsholm steuerbar.
Die verschiedenen Flügelsysteme lassen sich auf vielfältige Weise miteinander kombinieren.
In nebenstehendem Bild wird beispielsweise bei einem aeroelastisch gesteuerten Gelenkschlagflügel der Armflügelhilfsholm mit seinem Torsionsmoment als Federvorrichtung für die kleine Schlagbewegung des Handflügelholms eingesetzt.
Der Armflügel-Torsionshebel AT und der Armflügelhilfsholm AHi sind dazu fest miteinander verbunden. Das Hilfsholm-Torsionsmoment wird so in ein Drehmoment des Torsionshebel AT umgewandelt. Der ist vorne gelagert und drückt in der angegebenen Drehrichtung den Handflügelholm nach unten. Der Druck wird mit dem Innenhebel InH an der Flügelwurzel eingestellt.
Der profilierte Armteil dieses Gelenkschlagflügels lässt sich auch mit einem Membran-Handflügel kombinieren. Dies ist womöglich eine brauchbare Schlagflügelgestaltung für mittlere Steig- und Gleitflüge.
Auf diesem Bild ist die Flügelmechanik im rumpfnahen Bereich zu sehen. Man sieht die Verstelleinrichtung für die Hilfsholmtorsion, den Dämpfer der Verwindung in der oberen Schlagendlage und den Servo zur Einstellung der Gleitflugverwindung.
5. Aeroelastisch gesteuerter
Gelenkschlagflügel
mit einstellbarem Torsionsmoment und Verwindungsanstieg an der Flügelspitze
Flügelgerippe des Modells EV8 (2004), ausgeführt als aeroelastisch gesteuerter Gelenkschlagflügel, kombiniert mit einem die Schlagweite vergrößernden Hilfsholm im Flügelspitzenbereich.
- Die Verwindungselastizität dieses Schlagflügels lässt sich durch die Armflügel-Hilfsholmtorsion an der Flügelwurzel einstellen.
- Die Abschlagverwindung wird durch Stoßdämpfer gebremst.
- Die Gleitflugverwindung lässt sich mit einem ferngesteuerten Servo fixieren.
Die Abschlagverwindung stimmt hier fast bis zur Flügelspitze mit den theoretischen Vorgaben überein (siehe auch Bild der Aufschlagverwindung ). Störend ist aber immer noch das hohe Massenträgheitsmoment dieses Schlagflügels um seine Schlag- und seine Verwindungsachse.
Maximale, geplante Flügelverwindung (Bild anklicken)
Der Gelenkschlagflügel hat in der Flugpraxis einen großen Vorzug. Die Abwinkelung des Handflügels gegenüber dem Armflügel ist abhängig vom Handflügelauftrieb. Gleichzeitig bestimmt sie den Einstellwinkelverlauf längs der Spannweite. Ist also auf Flugbildern die Größe diese Abwinkelung erkennbar, so ist die Stärke der Handflügel-Auftriebskräfte gegenüber dem Gleitflug abschätzbar. Außerdem kann leicht auf den Einstellwinkelverlauf zum Zeitpunkt der Bildaufnahme geschlossen werden (siehe Bilder vom EV6 und EV7). Mit diesen beiden Informationen sind gezielte Einstellungen des Schlagflügel-Torsionsmomentes, der Antriebsleistung und des Taktzeitverhältnisses möglich. Insbesondere Flugbilder etwa in Schlagmitte sind dabei aufschlussreich.
Im Aufsatz finden Sie noch einige weitere Details über die
Gelenkschlagflügel (Version 1.1, PDF 1.3 MB)
6. Schlagflügelbespannung
Wie bei den anderen EV-Modellen wurde auch für vorstehendem Flügel zur Bespannung eine 0,050 mm dicke, elastische Polyurethan-Folie verwendet.
Die Verbindung zwischen Flügelgerippe und Bespannfolie erfolgt mit beidseitig klebendem Haftklebeband (hier noch mit Trennpapier abgedeckt).
Endleistenvariante für Schlagflügel
bestehend aus einer Angelschnur am Profilende, die mit
Klebefilm umklebt ist.
Hier die Beschreibung der Arbeitsgänge einer
Schlagflügelbespannung mit elastischer Folie
(Version 1.1, PDF 360 KB)
Weblink
- Datenblatt für die hochelastische Polyurethan-Folie Platilon U:
http://www.epurex.de/fileadmin/downloads/WaPlaU_d_2006-10.pdf (0,6 MB)
Weiter zu den Videos