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Konstruktion vom Modellkunstflugzeugen

Anforderungen

Version 1, 26.11.2008

Sieht man sich innerhalb einer Zweckmodell-Modellkunstflug-Klasse (z.B F3A) um , dann stellt man fest das sich die Modelle immer recht stark ähneln. Noch offensichtlicher wird das, wenn man sich die letzten 20 Jahre dieser Klasse anschaut. Die Modelle haben sich im Laufe der Jahre z.T. stark verändert, innerhalb eines Jahrgangs sehen aber alle gleich aus. Wenn man dann in einem 15-Jährigen Dokument liest, dass der Mitteldecker bezüglich Flugeigenschaften das Optimum sei und deshalb alle Modelle Mitteldecker zu sein haben muss man doch schmunzeln, heute liegen die Tragflächen bei den meisten F3A-Modellen auf halber Strecke zwischen Motorzugachse und Rumpfboden, also ein "Mittel-Tiefdecker". Und, wer hätte das gedacht, bezüglich Flugeigenschaften ist das natürlich das Optimum :D.
Dieses "Rudelverhalten" unter Modellkunstflugzeugen liegt im Wesentlichen an den Ansprüchen, die an sie gestellt werden.


1. Reglement
[-] In einer Kunstflugklasse sind bestimmte Eigenschaften des Modells vorgegeben, oft sind das Spannweite, Länge, max. und/oder min. Abflugmasse, max. Antriebslärm, Flügelfläche etc.
[-] Das Reglement muss hierbei nicht mal ein Wettbewerbsreglement sein, allgemein gültige Angaben wie Einschränkungen für Verbrenner beim Wildflug, oder die 5kg-Grenze fallen ebenfalls darunter.
[-] Des Weiteren setzt man sich selbst unbewusst schon eine ganze Menge Grenzen, sobald man beschliesst, ein sog. "konventionelles" Modellkunstflugzeug zu bauen:
- Das Modell ist ein Flächenflugzeug.
- Das Modell wird über 4 proportional-Funktionen, welche (wie auch immer ... ) auf zwei Kreuzknüppel verteilt sind, gesteuert.
- Diese vier Funktionen sind
        1. 2 Querruderklappen
        2. 2 Höhenruderklappen
        3. 1 Seitenruderklappe
        4. 1 Dosierfunktion für die Motorleistung
- Ein (Eindecker) bzw. zwei (Doppeldecker) Tragflächenpaare, wobei die Tragflächenpaare beim Doppeldecker übereinander und recht nahe beieinander angeordnet sind
- Höhen und Seitenleitwerk stehen rechtwinklig zueinander.
- Das Höhenleitwerk steht parallel zu den Tragflächen.
- Höhen- und Seitenleitwerk befinden sich hinter dem Schwerpunkt.
- Ein Motor treibt einen Propeller in der Modellnase an.
- Das Modell besitzt ein Zweibeinfahrwerk mit Rädern.


2. Gruppendruck
"Wenn ichs gleich wie der andere Mache, dann bin ich zumindest nicht schlechter!"... "Mit dem Modell muss ich mir sicher keine blöden Kommentare anhören."... "Wow, der Pilot fliegt unheimlich gut, das kann ja nur an dem kleinen Flügel über der Kabinenhaube liegen, den brauch ich auch!".
...
Nach diesen 3 Prinzipien funktioniert der Gruppendruck :-). Vieles, was auf den ersten Blick als derart bahnbrechend daherkommt ist nur ein Trend, der nach einigen Monaten/Jahren wieder im Nirvana verschwindet. Derartige Trends lassen sich eigentlich recht leicht ausmachen, sobald alle der gleichen Meinung sind und dabei keiner so recht erklären kann wieso er das den so gut/scheisse findet ists mit ziemlicher Sicherheit ein Trend. Und..

"...dabei handelt es sich um einen aaaabsoluten Notfall auf den sie sofort und nur auf eiiiine Art reagieren müssen: Iiiignorieren, Herr Vorsitzender .

Thomas Freitag


3. Bauweisen
Die Tatsache, dass Tragflächen und HLW an Holzmodellen mehr oder weniger Übergangslos an den Rumpf geklatscht werden liegt daran, dass man in Holzbauweise keine gescheiten Übergänge realisieren kann, ohne dabei gleich dutzende Arbeitsstunden zu verbraten und dem Modell einiges an Zusatzmasse mit auf den Weg zu geben. Bei Faserverbund-Modellen entstehen mittlerweile nach und nach eine ganze Palette von Übergängen, da sich die hier einfacher und vor allem mit weniger Zusatzgewicht realisieren lassen. Viele äussere Eigenschaften von Modellkunstflugzeugen werden hauptsächlich durch die Möglichkeiten der gegebenen Bauweise oder durch die Abmessungen des einzubauenden Motors bestimmt und weniger durch die aerodynamische Notwendigkeit. In Zeiten der Composite-Herstellung ist es daher wohl nur noch eine Frage der Zeit bis auch die geometrisch einfache Linienführung der Tragflächen und Höhenleitwerke flöten geht.
Weiter spielt auch die Reparaturfähigkeit und die gute Zugänglichkeit aller Komponenten eine Rolle.


4. Geld
Wer Kohle hat der kann auch ordentlich drauflegen. Der aktuelle Trend, alles was nicht schnell genug wegrennen kann mit CFK zu beschichten gehört in diese Kategorie. Frei nach dem Motto "Das Geld ist ja da, da kann mans auch ausgeben ;-).
Des Weiteren spielt das liebe Geld meistens die wichtigste Rolle bei der Entscheidung über die Modellgrösse und das Antriebskonzept.


5. Optik, Zeitgeist
Kunstflugzeuge sind dazu gedacht um Flugprogramme zu fliegen und dem Publikum eine gute Show zu liefern. Das Äussere des Modells spielt hier eine wichtige Rolle (die entscheidende Rolle spielt aber immer noch das dargebotene Flugprogramm, auch wenn das einige Optik-Fetischisten nicht wahrhaben wollen ;-)).


6. Prestige
Sie glauben doch nicht ernsthaft das man die 10000 Euro für eine 3m-Maschine nur für die etwas besseren Flugeigenschaften hinblättert ... ;-)


7. Flugplatz
Wie gross ist der zur Verfügung stehende Luftraum und die zur Verfügung stehende Landefläche? Welche Bodenbeschaffenheit (Gras/Teer) und welche Welligkeit (Maulwurfshügel...) hat die Landepiste? Sind Hindernisse in der Ein-/Abflugschneise? Je schlechter hier die Bedingungen, desto kleiner und robuster muss das Modell sein.


8. Transport
[-] Fast alle Modellpiloten mit Motormodellen über 1.5m Spannweite besitzen ein Auto, meist einen Kombi oder grösser. Modellkunstflugzeuge bis 1m Spannweite werden hier meist an einem Stück transportiert, zwischen 1 und 2m sind die Flügel abnehmbar, ab 2m das HLW. Fahrwerk, Propeller und Seitenruder werden nur im Notfall demontiert. Abnehmare Flügel/Höhenleitwerke landen in Flächenschutztaschen, der Rumpf wird meist ohne weiteren Schutz im Auto festgezurrt.
[-] Bei Leuten die im ÖV unterwegs sind ist die Modellgrösse stark limitiert, über 1m Spannweite müssen Tragflächen, HLW, Fahrwerk und Luftschraube, oft auch das SLW abnehmbar sein, die Modelle müssen zum Schutz vor Bechädigungen in einer Transportkiste transportiert werden.
[-] Wenn die Modelle richtig gross werden bekommt man selbst als Autofahrer solche Probleme [extern] :P.

Die meisten käuflichen Modelle sind auf die Kombi/Anhängerfraktion ausgelegt, die ÖV-Benutzer müssen auch bei den kleinen Modellen oft noch selbst Hand anlegen um sie so weit wie nötig zerlegbar zu machen.


9. Die fliegerischen Ansprüche des Programms
Das Flugprogramm legt ebenfalls ne Menge Parameter (diesmal fliegerischer Natur) fest. Ein Constant-Speed-Programm verlangt entsprechend Antriebsleistung für die Steigpassagen und ein gut bremsendes Modell für die Sinkpassagen, der Messerflug verlangt eine entsprechende Rumfgeometrie, für Snaps und Trudeln muss man an den Tragflächen einen kontrollierten Strömungsabriss herbeiführen können, für den Harrier/Sackflug muss das Abreissverhalten entsprechend gutmütig und fürs Hovern/Torquen neben genügender Antriebsleistung die Ruderflächen und Ruderausschläge entsprechend gross sein.


10. Die eigenen Erwartungen.
Jeder Pilot hat eine recht genaue Vorstellung davon, wie seine Kiste fliegen soll, und daraus ergeben sich bereits sehr konkrete Anforderungen an die Geometrie und an das Leistungsgewicht des Modells. Eine Sammlung derartiger Erwartungen habe ich auf der Seite Modellanforderungen aufgelistet.


Und nu?
Dieser ganze Haufen an Ansprüchen legt den Spielraum für Form, Grösse und Massenverteilung ihres Modells schon recht genau fest. Die Parameter, an denen sie noch schrauben können gilt es jetzt so einzustellen, dass das Modell die ganzen Ansprüche möglichst optimal erfüllt.
Je genauer dabei die Vorgaben sind, desto genauer sind die "Ansetzpunkte" für der aerodynamische Optimierung und desto übersichtlicher wird die Sache. Allerdings, je mehr Vorgaben es gibt desto mehr Interessenkonflikte wird es geben.

In den nachfolgenden Kapiteln möchte ich einerseits eine Übersicht über diese Parameter geben und andererseits deren Zusammenhänge erläutern und Lösungsstrategien vorstellen.

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