Flettner & Fly by Wire

[Vtg-Amtmann]

Beim Stöbern nach Formeln bzw. Definitionen zur ‚equivalent flat plate area' bin ich auf folgende Helicopter-Design-Study gestoßen:http://www.ahs.umd.edu/design/reports/1999_calvert.pdf

Hauptrotorsystem: Flettner-Doppelrotor (vgl Kaman K-Max), aktive Vibrationsdämpfung sowie Pitch- und Cyclic-Steuerung mittel piezoelektrischer Flaps, aktive (in-flight) Blatttrimmung mittels verstellbarer Tabs (Aktuatoren mit Formgedächtnislegierungen (FGL, engl. shape memory alloy, SMA), kurzum ein ‚total fly by wire’ Design aus 1999 und dies von brillanter Einfachheit!

Wer kann über Neueres bzw. Realisiertes zum Thema ‚fly by wire’ aus der Hubschraubertechnik berichten? Danke.

 

[westi]

Klasse Beitrag, da lacht mein Herz als Informatik-Freak und auch als Modelbauer.

Also ich durchkämme schon das ganze Netz nach geeigneten Actuators (PIEZO & SMA). Erstes Ergebnis: Die SMA-Actuators könnte bzw. sollte man selber durchkonstruieren. Aus einem „Calvert-Modellhubschrauber“ könnte man aufgrund der ’intermeshing Flettner rotors’ aus den Steuersystemen weitgehend die klassische und Feinwerktechnik verbannen.

Schaltungstechnisch bzw. der Regelkreise – samt Output über die Flaps und Tabs sowie über den erforderlichen Input mittels Sensorik - bin ich mir im ersten Ansatz ziemlich klar. Die Dynamik der Regelkreise dürfte zwar ziemlich komplex werden und viel Versuchsaufwand erfordern, aber das kann ich ja (auch als Dozent) zwecks ‚fine-tuning’ an „bestes Personal, zu billigsten Preisen“ durchdelegieren und kontrollieren. Mit Atmel CPU laufen z.B. schon Quadro-Copter, somit dürfte dieser Heli auch zu programmieren sein

Mit der Mechanik (Verteilergetriebe für Flettner-System samt Schub-Propeller) bin ich noch ziemlich in der Lernphase, gilt es doch „nur“ die Lösung von KAMAN und den Schubpropellerantrieb in der Modelbautechnik umzusetzen. Für den Verstellpropeller denke ich statt einer Rudermaschine ebenfalls an einen Piezo-Actuator. Hilfe und Beiträge sind mir also höchst willkommen.

Grüße an alle vom ‚Thread-New-Comer’ Westi,http://www.flugzeugforum.de/forum/images/smilies/blush2.gif



Anmerkung: Wenn die Heli-Industrie allein die aktiven Trim-Tabs realisieren würde, was könnte man da an Engine-Cycles, Betriebszeiten und Kosten sparen? Betriebswirtschaftlich höchst interessant, aber vielleicht ist ein Nachziehen auf den aktuellen Stand der Technik von einigen Firmen gar nicht wirklich gewollt.

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

Hi..

ich hab mich vor einigen Jahren intensiver mit "adaptivem Rotor" bschäftigt - damals im Sonderforschungsbereich 409 "adaptive Strukturen in Flugzeugbau und Leichtbau" der DFG.
Zum damaligen Zeitpunkt war keine der verschiedenen bekannten Adaptivmethoden
-DA-Piezo (nach Ron Barrett-Art)
-Piezo-Stack und X-Frame-Klappenaktor
-Magnetostriktiv-Aktoren
-Thermisch aktivierte Formgedächtnislegierung (SMA)
-Magnetisch aktivierte SMA
-"künstliche Muskeln" (elektrisch aktivierbare Polymergele)
ansatzweise dazu in der Lage, GLEICHZEITIG Kraft, Geschwindigkeit und Bandbreite aufzubringen, welche für die vollst. Primärsteuerung eines Hubschraubers erforderlich wäre.
Ich will hier nicht näher auf die einzelnen Vor- und Nachteile eingehen, aber so schön der Traum vom "mechanikfreien" Rotor auch ist, noch stehen die notwendigen Basistechnologien nicht zur Verfügung. Zwar gibt es einzelne Ansätze, welche z.B. zur Lärm- und Vibrationsreduktion durch Einzelblattsteuerung (IBC) mittels Piezoaktivierten Klappen oder "schneller" Hydraulik schon vielversprechende Ergebnisse bringen - für eine zuverlässige Primärsteuerung reicht das aber noch lange nicht.
Aber es lohnt sich, an diesen Technologien dranzubleiben - eines Tages wird sich da noch was tun.

gruß

A.P.

 

[Vtg-Amtmann]

Arbeite zur Zeit in einem Evo-Team mit, welches sich u.a. mit aktiven Trim-Tabs für ein bestimmtes Hubschraubermuster befaßt. Ganz so konservativ-vorsichtig wie Acanthurus und bei allem Respekt vor diesem (vgl. dessen Beitrag im Thread Flugplätze: Donauwörth / Eurocopter 07.07.09, 13:39 #469:

Schnuckeliges "Klappenrotörchen"...
Institut für Flugsystemtechnik / TU Stuttgart: http://www.ifr.uni-stuttgart.de/webseiten/forschung/projekte/helicopter_rotor_control.html

sehe ich aber das bei einem Flettner-Rotor nicht (aber nur bei diesem!).

Beim Flettnersystem geht es eigentlich „nur“ um die Blattverwindung bzw. um die Flaps, was Westi wohl exakt als Dipl. Ing. und Modellbauer erkannt hat und dessen Vorhaben sehr viel Charme gibt. Insofern also das Ganze etwas weniger komplex ist, als bei konventionellen Rotorsystemen. Siehe hierzu auch: DLR/BS: Studien-/Diplomarbeit, "Untersuchung der segmentweisen Ansteuerung eines Rotorblattes mit aktiver Verwindung", http://www.dlr.de/jobs/desktopdefault.aspx/tabid-3373/5227_read-13806/.

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

Zugegebenermassen ist mein Stand zum Thema etwa 10 Jahre veraltet, und mit Flettnersystemen kenne ich mich nicht aus. Müsste mich da erst mal auf den Stand bringen. Gut gefällt mir schon mal die Technologietrennung zwischen cyclic (piezo-servoflap) und pitch (sma mit wenig Bandbreite, aber viel stroke).
Damals war ich auch weniger in die Technologie als vielmehr in die Simulation (cfd/csd) ihrer Wirksamkeit auf aerodynamischer Ebene involviert -- Flettner "konnte" unser Verfahren leider nicht. Der Charme, dort keine Lift dissymmetry ausgleichen zu müssen (was ne Menge cyclic deflection spart) war aber natürlich bekannt.
Aber mal Hand aufs Herz, wie komplex müsste das System denn sein, um eine zuverlässige und ggf. sogar zulassbare Steuerung zu bauen? ich kann mir ad hoc nicht vorstellen, dass das auf absehbare Zeit billiger oder besser wird als konventionellere Ansätze. Aber das ist ja nur um so motivierender.
Der Sprung in ein fliegendes Produkt ist aber sehr , sehr schwierig. Man bedenke, wieviele der erwiesenermaßen wirksamen Adaptivitätskonzepte bei Starrflüglern immer noch nicht in der Luft sind (bsp. transsonischer Shock Control Bump).
Da ist die gezeigte Flettner-Maschine vielfach komplexer.
Nettes Thema!
A.P.

 

[Vtg-Amtmann]

@Acanthurus & all

Zugegebenermassen ist mein Stand zum Thema etwa 10 Jahre veraltet, und mit Flettnersystemen kenne ich mich nicht aus.

Du musst Dich doch nicht dafür entschuldigen, dass Dein Stand 10 Jahre alt ist. Vieles in der Physik bzw. Aerodynamik ist weitaus älter und gilt heute noch. Sagen wir besser, Du bist manchem hier im Forum damit um Jahrzehnte voraus.

Zum Thema: Ich kann mir durchaus vorstellen, dass WESTI mit Hilfe von Aerodramatikern, Technikern und Praktikern (speziell mit ernsthaften Modellfliegern und professionellen Fliegern und das genau in dieser Reihenfolge) wie teils hier im Forum vertreten, weiterkommen könnte. Dass es beim gegenständlichen Thema wenig Ansätze für die Fan-, Freak- und Fotofraktion gibt, aber um so mehr auf den aktuellen Stand der Hubschraubertechnologie, resultiert bereits ganz bewußt aus der Basis dieses Threads, nämlich CALVERT bzw. FLETTNER.

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

Moin.

Auf Modellbau-Ebene gibts schon einige erfolgreiche Flettner-Modelle. Diese verwenden normalerweise konventionelle Taumelscheiben.
Im Modell würde ich mir gar nicht die Mühe eines Verstellprops machen, sondern ein Elektromodell entwerfen, bei dem der Schubprop einfach über Drehzahlregelung mit eigenem Motor angetrieben wird. In der allerersten Iteration vielleicht sogar komplett ohne Schubprob - erst mal das Rotorsystem in den Griff bekommen.
Für den Hauptrotor sollte das auch nicht allzu kompliziert anzutreiben sein - einstufiges Getriebe und dann schräggestellte grob-geradverzahnte Stirnräder reichen eigentlich für ein kleineres Modell. Habe sowas mal vor ein paar Jahren begonnen, aber aus Zeitgründen nie abgeschlossen.

Für Modellbauer sind da vielleicht die Arbeiten von Barrett und Frye interessant (google "Ron Barrett Piezo Hyperfly" und "solid state adaptive rotor" ). ANGEBLICH ist das Ding sogar kontrollierbar geflogen, ging aber beim Erstflug zu Bruch (sie hatten wohl keinen kompetenten Modellflieger).

 

[Vtg-Amtmann]

Flettner & Fly by Wire

Guten Abend

Moin.
...... In der allerersten Iteration vielleicht sogar komplett ohne Schubprob - erst mal das Rotorsystem in den Griff bekommen. ......

Sehe ich auch so, die zu findenden Goldkörnchen liegen im Rotorsystem und ich bin deshalb auf das nächste Statement von WESTI sehr gespannt.

Habe da zwei Quellen entdeckt: http://www.vtol.org/pdf/ucarvertfall04.pdf
http://www.defensetech.org/archives/003349.html und das Ganze dann so aussehen:

 

[westi]

Flettner und Fly by Wire

@ Acanthurus @ Vtg_Amtmann @ Alle die noch dazukommen



Sehe die Problematik ähnlich eng wie Ihr bzw. in der von Euch dargestellten schmalen Bandbreite. Deshalb habe ich mich zunächst einmal für einen 2-Blatt-Versuchsrotor entschieden und werde den halbstarren Rotorkopf wie beim Calvert (Door-Hinge, Teetering Hub) auslegen. Kritisch ist es bereits bei der Rechnerei für die konzeptionelle Auslegung des Rotorsystems, insbesondere bei der Torsionselastizität der Rotorblätter geworden, da ja die Ausschläge der Rotor-Flaps letztlich auch zu einer Verwindung der Rotorblätter führen sollen). Bin aber zu Formeln und Methoden für die Rotor- und Blattauslegung bei Prouty fündig geworden und durch einen Link von Lappos auf http://www.pkn.co.za/pap-HGFEF.html gestoßen. Jetzt laufen bei mir und meinem Rechner die Festplatten heiß. Übrigens ist der Erbauer der K-MAX wie in http://www.modellschrauber.de/ beschrieben, abgebildet und auf Video, auch hier im Forum? Dann bitte mitdiskutieren, Danke. Gruß Westi

 

[Vtg-Amtmann]

@ Acanthurus @ Vtg_Amtmann @ Alle die noch dazukommen ..... Jetzt laufen bei mir und meinem Rechner die Festplatten heiß. Übrigens ist der Erbauer der K-MAX wie in http://www.modellschrauber.de/ beschrieben, abgebildet und auf Video, auch hier im Forum? Dann bitte mitdiskutieren, Danke. Gruß Westi

Also dann wünsche ich Dir und auch Deinen externen Festplatten viel Erfolg.
Was http://www.modellschrauber.de/ anbetrifft scheint das Richtung Getriebe hoch interessant. Aber das ist der 3te bis 5te Schritt vor dem Ersten. Mit deinem Testrotor bist Du wohl auf dem absolut richtigem Weg.

Habe mir mehrmals das Video http://www.modellschrauber.de/video.html/[/url] sehr genau und auch im Standbildmodus angeschaut, von einer echten 'Flap-Steuerung' - auch einer rein mechanischen -, ist da leider Nichts zu sehen. Da wurden meines Erachtens absolut echte Chancen verpasst, oder zu wenig Leute wie Du, oder Acanthurus angesprochen.

Aber der Vogel läuft mit einer Turbine und wohl bislang als Einziger in der 'Flettner-Fraktion'. Absoluter Respekt!