Wie funktioniert ein RC-Hubschrauber?

Einleitung

Der Einstieg in die Modellfiergerei kann vielfältig sein. Mit Modellhubschraubern zu beginnen macht das Ganze noch kompizierter. Es gibt einen recht anschaulichen Vergleich, um die unterschiedlichen Flugeigenschaften darzustellen:

das Steuern eines Anfänger-Flugmodells ist in etwa vergleichbar mit einer Murmel in einer Schale. Wird die Schale in einer Richtung geneigt, rollt die Murmel in diese Richtung, läßt man dann los, rollt sie in die Mitte zurück. Dieses Verhalten wird eigenstabil genannt.
ein Kunstflugmodell wäre mit einer ebenen Platte zu vergleichen. Neigt man die Platte, rollt die Kugel in die entsprechende Richtung. Liegt die Platte wieder eben da, rollt die Glasmurmel weiter. Um die Kugel zu stoppen, muß die Platte kurz in Gegenrichtung angehoben werden. Dies ist ein neutrales Steuerverhalten.
für den Modellhuschrauber nehmen wir wieder die Schale zu Hilfe. Nur diesmal drehen wir sie um. Die Murmel liegt auf dem höchsten Punkt der Schale. Um die Glaskugel am Herunterrollen zu hindern, muß die Schale ständig bewegt werden. Auch ein Modell-Heli muß ständig korrigiert und gesteuert werden. Dieses Flugverhalten nennt man instabil.

Somit verlangt ein Modellhubschrauber zu jeder Zeit 100% Aufmerksamkeit. Das macht es einem Anfänger so schwer.

Grundlagen

Wie der Name schon sagt, der Hubschrauber dreht (schraubt) seinen Rotor durch die Luft. Ist die Drehgeschwindigkeit hoch genug, wird der Helikopter angehoben (hub).Diesen Effekt können Sie selbst testen, indem Sie als Beifahrer bei einer vernünftigen Geschwindigkeit, den Arm aus dem Fenster halten, ohne sich und andere zu gefährden. Drehen Sie nun die Handfläche leicht nach oben, wird der Arm durch die Luft nach oben gedrückt. Prinzipiell funktioniert das genauso bei den Rotorblättern. Der Anstellwinkel der Rotorblätter nennt man Pitch.

Bild 1 zeigt die Seitenansicht eines Rotorblattes mit 0 Grad Anstellwinkel. Bei einem vollsymmetrischen Profil (Ober- und Unterseite gleich) entsteht kein Auftrieb.

In Bild 2 ist dargestellt, was passiert, wenn das Rotorblatt einen positiven Anstelllwinkel hat. Das Rotorblatt besitzt ein Profil, das auf der Oberseite einen Unterdruck und an der Unterseite Überdruck erzeugt, genauso wie ein Flächenprofil.

Da alle Rotorblätter immer gemeinsam (kollektiv) ihren Pitch (Anstellwinkel) ändern, wird dies als Kollektivpitch bezeichnet.

Sicher haben Sie sich schon gefragt, zu was der kleine "Propeller" am Heck gut ist. Dieser "Propeller" wird Heckrotor genannt und dient dem Drehmomentausgleich. Ohne diesen Heckrotor würde der Helikopter bei drehendem Rotor das Kreiseln anfangen. Die zweite Funktion des Heckrotors ist das Ändern der Flugrichtung. Angesteuert wird der Heckrotor genauso wie der Hauptrotor mittels Pitchänderung.

Prinzipiell werden auf dem Markt zwei verschiedene Varianten von Modellhubschraubern angeboten. Solche mit "festen" Pitch und die mit Kollektivpitch.

fester Pitch: hier ist der Anstellwinkel der Rotorblätter fest eingestellt. Um den Heli steigen oder sinken zu lassen, wird die Drehzahl des Antriebsmotor erhöht oder gesenkt. Hierbei ändert sich ständig das Drehmoment.

Vorteil:

Nachteil:

Kollektivpitch: der Anstellwinkel der Rotorblätter ist mittels Fernsteuerung einstellbar. Steigen und Sinken des Helikopters wird durch den Anstellwinkel (Pitch) der Rotorblätter bestimmt. Die Drehzahl des Motors bleibt hier konstant.

Vorteil:

Nachteil:

Damit sich der Helikopter in bestimmte Richtungen bewegt, muß der Rotor in die gewünschte Richtung geneigt werden. Wenn sich der Heli z.B. nach vorne bewegen (nicken) soll, wird der Pitch für die Rotorblätter am vorderen Punkt des Rotorkreises verringert und am hinteren Punkt vergrößert . Der Rotorkreis neigt sich sozusagen nach vorne. Da sich die Ansteuerung immer am gleichen Punkt wiederholt, nennt man das zyklische Ansteuerung. Die Ansteuerung für die Seitwärtsbewegungen (rollen) funktioniert ebenso, der Rotorkreis wird nach links oder rechts geneigt.

Um die Steuerbewegungen an die Rotorblätter weiter zu geben, wird eine Taumelscheibe verwendet. Diese Taumelscheibe überträgt die Bewegungen der Rudermaschinen (Servos) an die Rotorblätter. Prinzipiell bewegt sich die Taumelscheibe parallel zum Rotorkreis.

mechanischer Aufbau

Modellhubschrauber werden im allgemeinen durch Verbrennermotoren angetrieben. Diese 2-Takt Verbrennermotoren sind mittels einer Fliehkraftkupplung mit einem ein- oder zweistufigem Getriebe verbunden. Das Getriebe setzt die Drehzahl des Motors um ca. den Faktor 10 herunter, so dreht der Rotor zwischen 1.200 und 1.800 U/min. Dieses Getriebe ist auch für den Antrieb des Heckrotors zuständig. Je nach Ausführung dreht der Heckrotor ebenso hoch wie der Antriebsmotor.

Die Anlenkung der Taumelscheibe erfolgt mittels drei bzw. vier Servos. Dies wird Drei- oder Vierpunktanlenkung (s. Bild 3) genannt. Für eine Nickbewegung bei der 3-Punktanlenkung wird z.B. Punkt A gesenkt und Punkte B und C angehoben. Bei einer Rollbewegung wird beispielsweise Punkt B angehoben, Punkt C gesenkt und Punkt A nicht gesteuert. Zum Ändern des Pitchwinkels werden alle Punkte gesenkt oder gehoben. Um die zyklische und kollektive Ansteuerung zu realisieren, gibt es zwei unterschiedliche Mischmöglichkeiten.

elektronische Mischung: es steuern drei oder vier Servos die Taumelscheibe an. Die Mischung der zyklischen und kollektiven Steuerimpulse werden in einer Computerfernsteuerung realisiert.

Vorteil:

Nachteil:

mechanische Mischung: die Taumelscheibe wird über drei Servos bewegt. Nick und Rollfunktion wird jeweils mit einem Servo direkt angesteuert. Die Pitchfunktion wird realisiert indem das dritte Servo Nick- und Rollservo gemeinsam über einen Schlitten bewegt.

Vorteil:

Nachteil:

Der Modellhubschrauber wird von fünf Servos angesteuert. Das erste Servo steuert den Vergaser des Verbrennermotors an. Es wird Gasservo genannt. Mit dem zweiten Servo wird Pitch gesteuert, und heißt deswegen Pitchservo. Verwenden wir eine Computerfernsteuerung mit elektronischer Mischung gibt es kein separates Pitchservo. Bei einer 3-Punkt-Anlenkung gibt es zwei Roll- und ein Nickservo. Zwei Roll- und zwei Nickservos werden bei der 4-Punkt-Anlenkung benötigt. Für die Rollbewegungen ist das Rollservo zuständig und für die Nickbewegungen das Nickservo. Die Funktionen Pitch und Gas sind gekoppelt. Für das Drehen des Hecks ist das Heckservo zuständig. Diese Drehbewegung wird durch Pitchänderung des Heckrotors erzeugt. nächstes Kapitel