Fabians Modellkunstflugseiten
Home | Motorflug | Segelflug | Technikecke | Diverses | Impressum | Links | Updates | Sitemap | Suchen,Drucken
Home> Technikecke> Bauweisen bei Modellkunstflugzeugen: Die Zelle

Bauweisen bei Modellkunstflugzeugen

Die Zelle

Version 1, 26.11.2008

Inhalt

1 Bauweise Allgemein
2 Fahrwerk
3 Tragflächen
4 HLW
5 Druckfestigkeit
6 Oberflächenhärte

1 Bauweise Allgemein

Depron-Shockflyer
Diese sind einfach und schnell zu bauen sowie schnell zu reparieren. Die Zugänglichkeit aller Komponenten ist hervorragend. Bedingt durch die Plattenbauweise verwinden sich Shockflyer in der Luft bei Belastung recht stark, das kann man zwar durch geringe Masse und geeignete Bautechniken eindämmen, das Grundproblem bleibt jedoch. Durch diese Verwindung hat man einerseits das Gefühl, mit erheblich mehr Expo zu fliegen, andererseits wird die Sache unpräzise (da der Shockflyer z.b. bei schnellen Rollen korkenzieherartig verwunden wird und das Heck sich hierbei problemlos um 20 Grad und mehr zu den tragflächen verdrehen kann). Bei ruhiger Luft kann man mit diesen Verwindungen leben, bei Turbulenzen wirds mühsam, die Turbulenzen verformen das Modell (speziell die Ruderflächen) in der Luft merklich, die Folge sind "Bocksprunge" und unkoordinierte Richtungswechsel des Modells. Die Modellgrösse ist in der Shockflyerbauweise auf ca. 1.2m Spannweite limitiert, grössere Shockflyer gibt es zwar, wirklch sinnvoll ist solch eine Auslegungen jedoch nicht mehr.

Holzmodelle
Holzmodelle sind im Gegensatz zu Shockflyern bocksteif, fliegen sehr präzise und lassen sich sehr feinfühlig steuern. Die Quittung kommt bei der Landung sowie beim Transport, diese Modelle vertragen durch ihre hohe Steifligkeit Stösse (Anschlagen im Türrahmen beim Transport, Runterfallen von der Werkbangk, harte Landungen) nur schlecht. Holzmodelle haben in der Regel zwischen 1.0 und 3.5m Spannweite

Vollmodelle aus EPP/Styropor
Diese Modelle haben profilierte Tragflächen und einen halbwegs voluminösen Rumpf und stellen ein Mittelding zwischen Shockflyern und Holzmodellen dar. In der Luft sind sie merklich präziser als ein Shockflyer (jedoch nicht so präzise wie Holzmodelle), bei böigem Wind fliegen sie ruhiger, und bei der Landung/Transport stecken sie deutlich mehr weg als Holzmodelle. Die Sinnvolle Modellgrösse liegt hier zwischen 0.8 und 1.5m

GFK-Modelle
GFK-Modelle verhalten sich in der Luft recht ähnlich wie Holzmodelle, die Robustheit bei Schlägen ist ebenfalls vergleichbar. GFK-Modelle sind (sofern ordentlich gebaut) jedoch langlebiger als Holzmodelle, da bei Holzmodellen aufgrund des Leichtbaus die einzelnen Holzteile sehr stark belastet und mit der Zeit "weichgeklopft" werden. Desweiteren haben GFK-Modelle keinerlei Probleme mit Blasen oder Falten in der Folie, da sie keine Folie haben . GFK-Modelle gibt es zwischen 1.8 und 3.5m Spannweite, kleinere Modelle sind zwar auch auf dem Markt, jedoch werden die Oberflächen hier schon so dünn dass bereits normales Anfassen bleibende Dellen hinterlässt.

nach oben

2 Fahrwerk

Aufschwingen des Modells um die Längsachse (=schaukeln links-rechts)
Durch unrunde Räder am Hauptfahrwerk schaukelt das Modell um seine Längsachse. Dieses Aufschwingen ist geschwindigkeitsabhängig, generell wird es stärker je langsamer das Modell rollt. Um unglücklichsten Fall (weiches Fahrwerk und heftig aussermittige Bohrung in den Rädern) kann das Modell in Resonanz geraten (das Schwingen nimmt bei einer bestimmten Geschwindigkeit schlagartig um Faktoren zu) und ausbrechen bzw. umkippen. Gegen diese Schwingungen kann man einerseits die Ursachen beseitigen (möglichst rund laufende Räder verwenden) und andererseits die Schwingung abdämpfen (z.B. weiche Moosgummireifen verwenden).

Aufschwingen des Fahrwerksbügels um die Querachse (=pendeln vorne-hinten)
Ein zu weicher Fahrwerksbügel kann sich (Angeregt durch unrunde Räder oder Bodenunebenheiten) ebenfalls aufschwingen, meistens eine Mischung aus Biegeschwingungen um die Querachse (Vor- und Zurückschwingen) und Torsionsschwingungen. Wenn das Fahrwerk in Resonanz gerät kann es das Modell stark abbremsen und im schlimmsten Fall die gesamte Fahrwerkshalterung rausreissen.Die Schwingungen sind je nach Geometrie des Fahrwerks auf dem Rasen oder auf dem Asphalt stärker, auf dem Rasen ist die äussere Anregung (Bodenunebenheiten) stärker, dafür dämpft das Gras des Rasens die Schwingung auch besser ab.
Als Abhilfe muss das Fahrwerk in Biegerichtung vorne-hinten sowie auf Torsion der Fahrwerksbeine sehr steif gebaut werden, auf Biegung zur Seite muss es dagegen weich bleiben, um Landestösse vernünftig abfedern zu können. Dafür gibt es grundsätzlich zwei konstruktive Lösungen:
- Ein breiter Fahrwerksbügel (Steifigkeit auf Biegung vorne-hinten sowie auf Torsion), der im Vergleich zur Breite relativ dünn ist (Abfedern von Landestössen).
- Slowflyer/Trainermodelle: Fahrwerke aus Stahl- oder CFK-Stäben/Rohren haben wegen der geringen Steifigkeit um die Querachse meist ein Aufschwingproblem, dieses kann man z.B. mittels einer Zusatzabstützung mit einer Strebe nach hinten raus in den Griff bekommen. Diese Zusatzabstützung kann einen deutlich geringeren Durchmesser haben als das eigenltiche Fahrwerksbein, bei einem 4mm Fahrwerksbein genügt eine 1.5-2mm Dicke Strebe.

Hinweis; Bei den auf Biegung vorne-hinten bocksteifen Bügelfahrwerken wirken bei unebenem Untergrund enorme Torsionsmomente auf das Fahrwerksbrett. Durch eine Elastische Aufhängung (z.B. elastische Platten zwischen Fahrwerksspant und Fahrwerk sowie zischen Fahrwerk und Fahrwerkschrauben) kann man diese Kräfte um Faktoren reduzieren. Man muss dabei nur aufpassen das man durch die elastische Aufhängung nicht die gleichen Aufschwingprobleme bekommt wie bei den Stabfahrwerken. Abhilfe bieten hier Dämpfenden Plattenmaterialien (Moosgummi) oder bei Aufhängung mit einer Torsionsfeder eine entsprechende Vorspannung in der Torsionsfeder, so dass der Bügel erst ab einer gewissen Kraft (die höher ist als die Schwingungsanregung) überhaupt auslenkt.

Aufschwingen des Heckfahrwerks
Meist hervorgerufen durch ein unrund laufendes Spornrad. Das Modell schwingt dann um die Querachse, das Verhalten ist ähnlich wie beim Schwingen um die Längsachse, im Resonanzfall kann das Heck dan auf dem Boden springen. Abhilfe bietet auch hier ein wirklich rundes Spornrad sowie ein dämpfender Spornbügel.

Spurtreue
Solange der Propeller Schub liefert (Beschleunigen beim Start) sorgt das Seitenruder für Spurstabilität un der Sporn ist Nebensache. Ohne Propellerschub (abbremsen) entscheidet der Sporn darüber, wie sich das Modell verhält:
-   Instabil: Eine kleine Abweichung vom Kurs sorgt für eine immer enger werdende Kurve, am Schluss reisst das Modell das Heck ruckartig herum. Dieses Verhalten zeigen fast alle Schleifsporne auf Asphalt sowie frei nachlaufende Radsporne, fixe Radsporne mit Nylonrädern sowie angelenkte Radsporne mit zu weicher Anlenkung. Ist das Verhalten nur schwach ausgeprägt (Schleifsporn auf Gras) oder kann der Pilot überhaupt irgendwie gegensteuern (angelenkter Sporn mit weicher Anlenkung) dann kann der Pilot das Modell durch flinke Steuerbewegungen in den Griff bekommen. Sind diese Voraussetzungen nicht gegeben ist jede Landung russisches Roulette.
- Stabil: Selbst eine gröbere Abweichung vom Kurs wird abgedämpft, das Modell fährt dann in der neuen Richtung weiter. Dieses Verhalten zeigen viele Schleifsporne sowie auch einige frei nachlaufende Radsporne und weich angelenkte Radsporne auf Gras, die fixen Radsporne sowie die mit ordentlicher Anlenkung schaffen das (Moosgummiräder vorausgesetzt) auch auf Asphalt.

Bremswirkung
Nylonräder in in Verbindung mit glatten Achsen oder kugelgelagerte Räder können, speziell in auf einer einer leicht geneigten Asphaltbahn, dazu führen dass man das Modell nach dem Aufsetzen nicht mehr abbremsen kann. Daher muss das Hauptfahrwerk auf Asphalt eine geringe Schwergängigkeit behalten.

nach oben


3 Tragflächen

Verdrehbarkeit
Ein zu 100 Prozent verzugsfreier Aufbau der Tragflächen ist nicht möglich. Bei Voll-GFK-Modellen (sauberes Arbeiten vorausgesetzt) kann man die Abweichungen durchaus so klein bekommen, dass man sie im Flug nicht mehr spürt, bei einer bespannten Rippenfläche ist man da von Anfang an chanchenlos.
Im Flug kann man diese Ungenauigkeiten mit dem Querruder wegtrimmen (wenn man sauber gebaut hat lediglich ein bis zwei "Zacken" an der Trimmung) wesentlich eleganter ist jedoch das nachträgliche leichte (meist nur einige Zehntel Grad) Verdrehen der Tragflächen. Dafür müssen die Tragflächen mit einem zentralen Steckungsrohr am Rumpf befestigt sein, die Wurzelrippen müssen aussen an der Rumpfseitenwand aufliegen und die Rumpfseitenwand muss im Bereich der Wurzelrippe senkrecht zum Steckungsrohr stehen. Die Gegenlager für die Tragflächenbolzen im Rumpf werden dann leicht in die gewünschte Richtung ausgefeilt, die Tragflächen in der neuen Position fixiert und die Lücken in den Gegenlagern mit Harz verschlossen (Tragflächenbolzen vorher mit Trennmittel behandeln, sonst wollen die nachher nicht mehr raus ;-)).

nach oben


4 HLW

Verdrehbarkeit
Die HLW-Dämpfungsflächen lassen sich entweder mit zwei Steckungsrohren oder mit einem Steckungsrohr und je einem Bolzen pro Dämpfungsfläche fixieren. Die Variante mit zwei Steckungsrohren ist etwas stabiler, die mit einem Steckungsrohr erlaubt nachträgliches Verdrehen analog zu den Tragflächen, beispielsweise um die EWD zu korrigieren.

nach oben


5 Druckfestigkeit

Der Fingerdruck
... ist die Kraft, die ein Erwachsener zwischen Daumen und Zeigefinger bzw. zwischen Daumen und Mittelfinger aufbringt, wenn er zwar kräftig zupackt, jedoch noch nicht murkst.

Der Händedruck
... ist die Kraft, die ein Erwachsener mit der gesamten Hand aufbringt, wenn er zwar kräftig zupackt, jedoch noch nicht murkst.

Die Situationsabhängigkeit
Wenn ein Mensch etwas greift und hochhebt, dann richtet sich der Finger/Händedruck nach der Greifposition (je weiter die Finger/die Hand ein Objekt umgreifen kann desto geringer ist der Druck), nach der Oberfläche (je glatter desto höher der nötige Druck), nach der Greifposition (weit weg vom Schwerpunkt werden oft noch Drehmomente nötig) und schliesslich nach der Resistenz des Objektes (ein Objekt welches beim Runterfallen Schaden nimmt umgreift man stärker).

Das Problem
Luftkräfte wirken grossflächig, daher ist eine gewichtsoptimierte Modellkunstflugzeugzelle auf diese grossflächigen Belastungen ausgelegt (eine Ausnahme bilden die Räder, da diese die punktförmigen Belastungen der Landebahn aufnehmen müssen). Der Druck pro Flächeneinheit ist bei den grossflächig wirkenden Luftkräften gering, daher kann die Modelloberfläche sehr fragil gebaut sein (dünne Beplankungen, Balsaleisten, Folie etc.).
Die Druckbelastungen durch menschliches greifen wirken sehr lokal, der Druck pro Flächeneinheit ist problemlos um Faktor 100 grösser als bei den Luftrkäften. In der Folge knicken dünne Beplankungen oder Balsaleistchen unter dem Druck eines einzelnen Fingers einfach weg.

Lösungen
[-] Der Mensch spielt Luftkraft, verhindert jegliches "Umgreifen" einer Struktur sondern legt die ganze Handfläche unter die stabilsten Punkte des Modells, um es so hochzuheben.
[-] Das Modell wird mittels geeigneter Bauweisen (beplankte Schaumkerne, Wabenbauweise, CFK-Stäbe) soweit druckfest gemacht, dass man es halbwegs normal anfassen kann.
[-] Das Modell wird an bestimmten "Anfasspunkten" sehr stabil ausgeführt, ev. werden auch Schlaufen oder zusätzliche Griffe angebracht.

In der Realität muss man immer einen Kompromiss zwischen Leichtbau und Druckfestigkeit suchen, sog. "robuste" Modelle sind dann entsprechend Druckfester (und wegen dem schlechteren Masse/Stabilitätsverhältnis weniger leistungsfähig), "fragile" Modelle entsprechend empfindlicher (und leistungsfähiger).

Grossmodelle haben hierbei einen eindeutigen Vorteil, die Stabilität der Oberfläche ist grössenabhängig (je grösser das Modell desto stabiler ist rein aus statischen gründen die Oberfläche), die Werte von Händedruck und Fingerdruck bleiben jedoch konstant, folglich kann man Grossmodelle meist stärker Anpacken ohne dass etwas einknickt.

nach oben


6 Oberflächenhärte

Je härter die Oberfläche, desto schwieriger ist das Erzeugen von bleibenden Dellen und Kratzern durch Fingernägel oder Dreck. In Depron und unbehandeltem Balsa sieht man z.B. jeden Fingernagelabdruck, bei Folien muss man ebenfalls aufpassen. Lackierte GFK-Oberflächen (sofern dick genug laminiert) sind da schon wesentlich härter im nehmen. Je härter die Oberfläche, desto länger bleibt das Modell "sauber" (ob das gewünscht ist oder nicht ist jedoch eine reine Geschmacksfrage ;-)).

Eine Sonderkategorie bilden zähe Materialien wie z.B. Elapor oder EPP, bei denen Fingernagelabdrücke bis zu einem gewissen Grad nach kurzer Weit wieder verschwinden.

nach oben

[Copyright] Fabian Günther
www.fabian-guenther.ch