Ansicht des Testfluggeländes von Oben

Heute hatte ich endlich wieder einmal Zeit, gutes Wetter und das Modell bereit für den Testeinsatz :-)

Anbei ein Flugversuch mit aufgeschnallter Kamera (Panasonic HX-A1M). Das Modell geht an der Flitsche auf ca 60-70 m hoch und zeigt einen schönen Rundblick über das Fluggelände. Gerne warte ich auf die Herbststürme. Die Thermik war nur sehr schwach ausgeprägt. - Im vorgehenden Flug, ohne Kameraaufsatz, konnte ich noch Anschluss an die Thermik finden und auf ca. 200 m hochkurbeln.

Zweites Modell fertiggestellt

Verschiedene Verbesserungsvorschläge wurden in der Umsetzung des zweiten Modells berücksichtigt. In diesem Ansatz habe ich eine Überkreuz-Anlenkung realisiert. Trotz aller Verbesserungen gilt aber immer noch - Bauerfahrung ist durch nichts, als Bauerfahrung zu ersetzen.

Zweites Modell von unten

Der Rumpf wurde dieses mal in CFK aufgebaut, wobei beim Aufblasen immer noch nicht das Optimum erreicht wurde. Im Flügel wurde Rohacell anstelle von Errex getestet. Dazu wurden vorgängig Kartonschablonen der einzelnen Teilstücke gelasert. Ebenso wurden die Stege für die Flügel aus beschichtetem Balsaholz hergestellt. Die Servos wurden bei dieser Version mittels abgestützten Servorahmen verbaut.

Die wichtigsten Erkenntnisse wurden in den jeweiligen Kapiteln beschrieben.

Herstellen von Dichtlippen

Anbei mein gewählter Ansatz zur Erstellung von Dichtlippen. Aus den ersten Versuchen war klar geworden, dass hier noch Raum für Verbesserung offen ist. Daher habe ich mein Vorgehen beschrieben zur einfacheren Reproduktion.

Schema zur Erstellung einer Dichtlippe aus Epoxy-Harzgemisch

Die Vorbereitung, Umsetzung und die Nachebarbeitung, sowie das eruierte Verbesserungspotential sind im Kapitel Dichtlippe dokumentiert.

Fünfter Versuch für Leitwerke

Das iterative Vorgehen beim Optimieren der Bauteile zeigt positive Resultate. Bei besserer Bauteilgüte sinkt auch deren Gewicht :-). Im aktuellen Versuch V wiegt eine Leitwerkshäfte 32 g und zeigt noch weiteres Einsparungs-, aber auch noch Verbesserungspotential

Leitwerk aus Versuch V

Im Versuch IV und V wurden Glas-Leitwerke gebaut, welche Kevlar-Scharniere besitzen und einen Hilfssteg aus einem getränktem Kohle-Schlauch, welcher zur Verarbeitung auf einem Trinkhalm aufgezogen wurde. Der Aufbau und die verwendeten Materialien werden neu getrennt von der Versuchsaufbauten dokumentiert. Damit soll die Übersicht aufs wesentliche gelenkt werden, ohne die Erkenntnisse aus den früheren Versuchen zu verlieren.

Abdichten von Vakuumfolie

Zum Einsaugen der Schalen für Flügel und Leitwerk wird ein Vakuumsack benötigt. Hierzu können Ansätze zum Einsatz kommen.

Anfänglich habe ich die ersten Versuche mit Folie gemacht, welche ich mit Acryl-Dichtstoff auf die Formenoberfläche abgedichtet habe. Funktioniert einwandfrei. - Ich finde es nur eine Sauerei und habe daher nach Alternativen Ausschau gehalten. 

Durch den Einsatz von Folienschlauch müssen nur noch die Enden vorne und hinten abgedichtet werden. Hierzu habe ich ein Alu-U-Profil mit den Massen 10 x 10 x 1 mm gewählt. Der Folienschlauch wird nun mit ca. 4 cm Überstand über dieses U-Profil gelegt un mittels Silikonschlauch 10 x 1.5 mm festgeklemmt. 

Damit ist ein entspanntes Dichten ohne Sauerei möglich, welches auch eine Mehrfachverwendung des Schlauches zulässt. Mehr zum Thema Vakuumtechnik ist im entsprechenden Kapitel beschrieben. 

Flitschenstart

Aus der Energiebetrachtung des Flitschen-Starts kann in die Ausgangshöhe beim Start berechnet werden.

Abbildung 604: Energiebetrachtung Flitschenstart

Es interessiert sowohl die Stratgeschwindigkeit v, wie auch die zu errechende Starthöhe h in Abhängigkeit des verwendeten Hochstartgummis. Der Hersteller gibt jeweils die Zugkraft F in Abhängigkeit der Dehnung ds des Gummis an. Daraus lassen sich unter Anwendung der jeweiligen Energiebetrachtungen die Startgeschwindigkeit v und die zu erwartende Starthöhe h errechnen. 

Die Details dazu sind im Abschnitt Flitschen-Start im Kapitel Einfliegen beschrieben. 

Erstflug erfolgreich

Der Erstflug wurde erfolgreich absolviert. Die ersten Flugversuche zeigen die Notwendigkeit, das Modell im Fliegen richtig einzustellen.

Das Modell fliegt und bestätigt zumindest zum Ersten die Auslegung als flugtauglich. Ob die Leistung jedoch gut, mässig oder ungenügend ist. Dazu lässt sich vorerst noch keine Aussage machen. Im Kapitel Erstflug wird das Vorgehen und die Massnahmen zum Einstellen des Modells im Fluge beschrieben. Gefolgt ist der Beschrieb von den einzelnen Beurteilungskriterien der einzelnen Aufgaben.

Modelleinstellungen vor dem Erstflug

Die Einstellungen des Modells erfolgen gemäss den Konstruktions- und Simulationsvorgaben sowie der ermittelten Rudereinstellungen. Entsprechend werden zur RC-Einstellung auch die bereits vorhandenen Vorgaben von bestehenden Modellen berücksichtigt.

Skizze der EWD-Einstellung

Ein sauber eingestelltes Modell ist eine wichtige Voraussetzung für die nachfolgenden Optimierungsschritte während dem Einfliegen. Entsprechend werden die aktuellen Kennwerte für Schwerpunkt, Gewicht, EWD, Ruderausschläge, etc. sauber protokolliert und überprüft, bevor das Modell in Betrieb genommen wird. Die einzelnen Bereiche sind mit Referenz auf allgemeine Vorgaben und inklusive Protokoll des Modells im Kapitel Modelleinstellungen ausführlich beschrieben.

Materialverbrauch beim Laminieren von Bauteilen

Wie viel Harz soll ich anmachen zum Laminieren eines bestimmten Bauteils? - Diese Frage hatte ich schon mehrfach zu beantworten. Dabei musste ich jedes Mal die Materialdaten, die Dimensionen, und die notwendigen Formeln suchen. Mit der erstellten Excel-Datei, habe ich diese Elemente zusammengeführt und damit die Ermittlung vereinfacht.

Zuerst habe ich die unterschiedlichen Gelege in einer Seite aufgelistet und die relevanten Eckwerte wie Flächengewicht,  Preis, Dichte und Bestellnummer, sowie deren beabsichtigtes Einsatzgebiet erfasst. 

Analog erfolgte dasselbe Vorgehen für die Harzangaben auf einer zweiten Seite. Auf der dritten Seite erfolgte die Berechnung der Laminatkennwerte wie Laminatdicke und Teilegewicht. 

Ausgehend von den Materialparametern, unter Berücksichtigung des angestrebten Faservolumenanteils und ebenso unter Einbezug einer selbst gewählten Sicherheitszugabe werden damit die Laminatkennwerte berechnet. Ebenso werden dabei die notwendige Harz- und Härtermenge ermittelt, welche abhängig sind vom jeweiligen Mischverhältnis, der vorgegebenen Bauteilgrösse und Lagenzahl. 

Die Details und die entsprechende Excel-Datei sind im Abschnitt Materialverbrauch des Kapitel Laminierharz erläutert. 

Dritter Leitwerksaufbau erfolgreich

Leider mussten zuerst zwei nicht einsetzbare Aufbauversuche getätigt werden, bis ein brauchbares Leitwerk hergestellt werden konnte.

Baupraxis wird durch nichts als Baupraxis ersetzt. Gerne darf man spotten über dämliche Ansätze. Wer aber nicht selbst schon durch gelierendes Harz, eine fehlende Gewebelage oder eine durchgestochenes Scharnier unter Stress geraten ist, den kann ich nur beglückwünschen.

Im dritten Anlauf konnte unter Berücksichtigung der Optimierungsvorschläge ein flugtaugliches Leitwerk hergestellt werden. Die umgesetzten Verbesserungen und aktuellen Erkenntnisse sind im Kapitel Leitwerk aktualisiert worden.

Armierte CFK-Ruderhebel

Die armierten Ruderhebel bestehend aus einem Federstahlkern und einer CFK-Ummantelung erfüllen eine optimale Geometrie, beste Festigkeit und geringes Gewicht für den Alltagseinsatz.

Armierter Ruderhebel aus CFK mit Federstahl-Kern

Die ersten Versuche in der Herstellung der Ruderhebel waren noch wenig befriedigend. Die Form und das Aussehen passten, aber die Torsionsfestigkeit der unterschiedlichen CFK-Aufbauten entsprachen nicht den Erwartungen. Entsprechend wurden verschiedene Aufbauversuche dokumentiert, aus welchen nun ein Kombinationsversuch mit einem gebogenen Federstahl-Kern mit einer CFK-Ummantelung realisiert wurde. 

Das erzielte Resultat entspricht nun den Erwartungen. Womit auch ein DS-taugliches Leitwerk realisiert werden kann. Die Versuchsdokumentation und der Aufbau des Ruderhebels wurden entsprechend angepasst.

Kleine Portionen von Epoxy-Gemengen richtig mischen

Das Mischen von Epoxy-Harz und Härter in kleinen Volumen > 40 g grosse Anforderung an die Präzision des Wägesystems. Entsprechend eignet sich hierzu eine volumenbasierte Mischung wesentlich besser. Die 10 ml-Injektionsspritzen lassen eine Dosierung auf 0.5 ml genau einstellen.

Volumenbasiertes Dosieren von Harz und Härter unter Verwendung von Injektionsspritzen

Meine eingesetzte Waage hat für den Messbereich von 0 - 2000 g eine Auflösung von 1 g. Das ist genügend genau für Mischungen von Harzgemengen von 40 g an Aufwärts. Darunter muss aber mit dieser Methode eine Abweichung von ca. 5% in Kauf genommen werden. Daher eignet sich für diese Kleinmengen besser eine Dosierung mittels Volumen. Die Injektionsspritzen haben eine feine Unterteilung. Bei der 10 ml Version beträgt die Auflösung 0.5 ml. Damit lassen sich auch Harz-Mengen von 2 ml noch richtig dosieren mit der notwendigen Härter-Menge.

Mit diesem Ansatz lässt sich beispielsweise auch das teure Klebharz z.B. UHU Endfest 300 ersetzen. Dazu wird noch etwas Thixotropiermittel beigemischt um das Harzgemenge entsprechend zu "verdicken". Verklebungen von Servorahmen, Löthülsen Servo-Bretter, etc. lassen sich damit genau so gut verarbeiten. - nur eben günstiger.

Die Mischverhältnisse der verwendeten Harz/Härter-Paarungen sind entweder aus den Produktdatenblättern zu entnehmen oder im Kapitel Laminierharz für den Einsatz für Luzi 2 beschrieben.

RC-Einbau erfolgt

Das erste Modell wurde in der Zwischenzeit mit den erforderlichen RC-Komponenten bestückt. Der Einbau der RDS-Anlenkung ist dabei ebenso beschrieben, wie die Verkabelung oder der Rumpfausbau.

Rumpfboot von Luzi 2 ohne Nasenkonus von unten

Die ausgelegte Konstruktion scheint sich beim Einbau der RC-Komponenten als stimmig zu bewähren. Es konnten nur geringfügige Schwierigkeiten beim Einbau der verschiedenen Komponenten lokalisiert werden.

Abbildung 577: Buchseneinbau im Flügel für Flächenservos

Beschreibungen zum Einbau des Flitschenhakens oder der Verkabelung der Flügelservos geben gute Einblicke in die detaillierte Umsetzung der Lösungsansätze. Diese sind im Kapitel RC-Einbau detailliert beschrieben.

Zweiter Versuch beim Flügelaufbau

Der zweite Aufbau des Flügels ist erfolgt. Dabei wurden viele der erkannten Verbesserungs-Massnahmen umgesetzt. Entsprechend konnte eine Gewichtsreduktion von ca. 43% erreicht werden. Der realisierte Flügel sollte damit für die ersten Flugversuche verwendet werden können.

Anstelle der Derpron-Stege wurde in diesem Versuch die neu gelaserten Balsa-Stege verwendet. Ebenso wurden die axialen RDS-Rahmen A von Ober-Modellbau schon in die Oberschale eingebaut. 

Abbildung 572: Aufbau der Flügelschalen mit RDS-Rahmen und Stegen

Die Verbesserungsmassnahmen fielen weitgehend positiv auf, wobei weiteres Verbesserungspotential lokalisiert wurde. Insbesondere bei den Klappenstegen stimmt die Positionierung noch nicht optimal. Die Erkenntnisse und Resultate aus diesem Versuch sind detailliert im Kapitel Flügel laminiert beschrieben.

Balsa-Stege gelasert

Für den Aufbau der Flügel wurden bereits zwei unterschiedliche Ansätze im CAD vorbereitet. Nachdem die erste Version mit einer Glas-Depron-Variante aufgebaut wurde, sollte nun der zweite Ansatz mit Glas-beschichteten Balsa-Stegen realisiert werden.

Dazu wurde ein 3 mm Balsaholz-Brettchen in 100 x 130 mm lange Rechtecke zugeschnitten und mit Weissleim zu einem neuen Brettchen mit geänderter Faserrichtung zusammengeklebt. Dieses wurde anschliessend beidseitig mit 105 g/m2 - Leinen - Glasgewebe in 45° Orientierung zur Faserrichtung des Balsaholzes laminiert und im Vakuum ausgehärtet. Die aufbereiteten Steg-Daten aus dem CAD wurden mittels Estlcam im G-Code gewandelt und auf dem Laser geschnitten.

Diese Stege liegen nun bereit für den zweiten Versuch der Flügel-Herstellung.

Erste Versuche bei der V-Leitwerksanlenkung

Die ersten Versuche der Ruderanlenkung des V-Leitwerks sollte anhand der bereits hergestellten Bauteile getestet werden. Die konstruierten Teile scheinen zu passen und die Ansätze in der Realisierung zeigen weitere Verbesserungsmöglichkeiten, um eine knackige Anlenkung realisieren zu können.  

Nach dem zweiten Versuch ein Leitwerk herzustellen, lag bereits ein brauchbares Testobjekt vor, bei dem der getestete und für brauchbar gehaltene Ruderhebel eingebaut werden konnte. Entsprechend wurde auch im vierten Testaufbau des Rumpfes die Führungs-Röhrchen für die Schubstangen eingebaut, welche gemäss Auslegung ein Knicken der Schubstange verhindern. 

Die Freistellung am Rumpfs im Ruderbereich wurde ausgespart. Alle Teile passten einwandfrei zusammen. Einzig die Führungen der Schubstangen waren zu gering ausgeführt und verlangen nach einer Anpassung. 

Die Kugelköpfe können einfach auf die Zapfen der Ruderhebel aufgeschoben werden und lassen sich durch die Ruderbewegung nicht abstreifen. Noch sind die Ruderscharniere zu weich, aber Im nächsten Versuch soll die komplette V-Leitwerks-Anlenkung inkl. RC und mit Abdeckung getestet werden.

Die Details zur Leitwerks-Anlenkung werden im Kapitel Rumpf dokumentiert.

Flächenverbinder mit saugender Passung für Ballast

Die Herstellung der Flächenverbinder musste hinsichtlich der Passung für den Ballast verbessert werden.

Der Ursprüngliche Ansatz mit verlorenen Kernen aus Styropor war noch nicht definitiv. Zur Herstellung und Positionierung der Ballast-Führungen im Flügel musste ich entsprechende Aluminium-Dummy herstellen. Diese konnte ich nun auch zur Herstellung der Verbinder selber einsetzen. Mit einer Lage Backpapier umwickelt wurde ein Aufbauversuch getestet. Es zeigte sich dass hier noch weitere Kohle-Gurten eingesetzt und zwischen den Ballast-Stangen noch genügend Platz für einen breiteren Steg genutzt werden kann. 

Damit lässt sich also der Aufbau noch weiter optimieren und erhöht die Sicherheit des Bauteils bei gleicher Aussendimension. 

Ein weiterer Vorteil ist die saugende Passung der Ballaststangen im Verbinder. Die Iterationen zur Ermittlung des Aufbaus, sowie der Verbinder sind detailliert beschrieben .   

Neuer Rumpf aus neuer Form

Die Fehlstellen in den realisierten Rümpfen wurden unter anderem auch durch die Form verursacht. Entsprechend musste zuerst eine neue Form her. Anschliessend mussten weitere Optimierungen in der Herstellung der Rümpfe getestet werden und vor allem die nächsten Schritte geprüft werden.

Die Form des Rumpfes zeigte schon seit Anbeginn einige Fehler auf und musste nach jeder Produktion an den Kanten repariert werden. Damit verschlechterte sich das Resultat bei den Rümpfen soweit, dass ich mich Entschloss eine neue Form herzustellen.

Nach Fertigstellen der Formen konnte also wieder gebaut werden. Zuerst wurden also wieder alle Formen gespritzt. Dies erfolgte aber nicht zu meiner Zufriedenheit. Das beigemischte Styrol, welches die Farbe hätte verdünnen sollen, hat kleine Klümpchen in der Decklage hinterlassen. Diese störten nicht bei der Vakuumbauweise, beim Aufblasverfahren wurden sie aber aber herausgedrückt und stehen nun leicht vor. 

Trotzdem konnte im vierten Versuch bereits ein brauchbarer Rumpf hergestellt werden, welcher bereits auch die Führungen für die Schubstangen integriert hat. Oberflächen, Passungen und Gewicht stimmen mich zuversichtlich, den Rumpf im nächsten Versuch in Kohle herzustellen.

Die Erkenntnisse aus den Versuchen sind im Kapitel Rumpf ausführlich beschrieben.

Zweites Leitwerk gebaut

Mit 28 g pro Leitwerkshälfte sind bereits 36% Gewichtseinsparungen gegenüber dem ersten Versuch erreicht. Perfekte Formtrennung einwandfreie Farbübergänge zeigen, dass sich die vorgeschlagenen Optimierungsschritte nicht verkehrt waren.

Die verschiedenen Fehler aus dem ersten Versuch wurden detailliert analysiert und durch entsprechende Korrekturvorschläge im zweiten Aufbauversuch getestet. Entsprechend fiel das Resultat auch schon bedeutend besser aus.

Leider ist die Umsetzung noch nicht flugtauglich. Die Anpassungen im Aufbau haben auch dazu geführt, dass die Verbindung der Innenlage mit der Aussenlage im Scharnierbereich noch ungenügend ist und sich damit der Scharnierbereich zu weich ist. Ebenso sind die Ruder durch die Verwendung von Glasgewebe nicht mehr so torsionssteif wie die erste Version.

Entsprechend geht die Optimierung weiter und die Vorschläge zur Prüfung in der dritten Version sind bereits im Kapitel Leitwerk vorbereitet.

Erste Erfahrungen beim Rumpbau

Die ersten Rümpfe sind gebaut und damit ist auch die erste praktische Erfahrung in Aufblastechnik vorhanden. Leider ist der Durchbruch noch nicht erfolgt, aber die Resultate sind vielversprechend und die gewonnenen Erkenntnisse aus den Analysen lassen weitere Optimierungen zu. Daher bin ich zuversichtlich demnächst einen brauchbaren Rumpf zu bauen.

Zuerst wurde ein Rumpf in Glas gebaut, wobei die Oberfläche mit UP-Vorgelat eingefärbt wurde. Leider ist beim Aufbau bereits der Ballon geplatzt. Im zweiten Versuch wurde auf die UP-Vorgelat-Deckschicht verzichtet und bei gleichem Aufbau eine neue Methode des Aufblasens getestet.

Das Ergebnis war schon weit besser als beim ersten Versuch. Ebenso zeigte sich der Einbauversuch der RC-Komponenten, dass die Konstruktion für die vorgesehenen Komponenten passt. Davon motiviert, erfolgte der dritte Versuch in Kohle. Leider war auch dieser Versuch nicht vollständig erfolgreich und wurde detailliert analysiert zum Ermitteln allfälliger Verbesserungspotentiale.

Die detaillierten Aufbauten, sowie die Ergebnisse der Analyse sind im Kapitel Rumpf laminiert beschrieben.