DE19809147A1 - Bruchunempfindliches Flugmodell - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein bruchunempfindliches Flugmodell, insbesondere ein funkferngesteuertes Freiflugmodell, das für den Gebrauch von Anfängern besonders geeignet ist.

Moderne funkferngesteuerte Flugmodelle mit oder ohne motorischen Antrieb sind konventionell aus starren Tragflächen, Rümpfen und Leitwerken aufgebaut, ebenso Sonderformen wie Nurflügel- oder die sogenannten Enten-Flugmodelle. Diese Bauweisen sind von den nicht funkferngesteuerten Modellen übernommen worden.

Nicht funkferngesteuerte Flugmodelle der entsprechenden Wettbewerbsklassen oder an diesen Modellen orientierte ohne Funkfernsteuerung müssen dabei zwangsläufig sehr eigenstabil fliegend gebaut werden. Außerdem können sie in konventioneller Bauweise mit geringerer Masse ausgeführt werden, da die Aggregate für die Funkfernsteuerung im Modell (Servos, Empfänger, Stromversorgung) entfallen (dadurch geringere Massekräfte). Teilweise oder vollständige Bruchbeschädigungen treten bei solchen Modellen in der Regel nur bei unsachgemäßer Handhabung beim Starten des Modells, unfachmännischer Modellauslegung und Konstruktion und vorzugsweise beim unkontrollierten Zusammenstoß mit natürlichen oder künstlichen Hindernissen auf.

Vor allem für den Modellfluganfänger bildet der Umgang mit funkferngesteuerten Flugmodellen viele Risiken, die mit einer unvergleichlich höheren Beschädigungsgefahr für die Modelle selbst, aber auch für Sachwerte und Personen verbunden sind. Die Grundursachen sind dabei zunächst die Auslegung der Modelle für die Steuerung vom Boden aus; das heißt, sie müssen nicht zwangsläufig eigenstabil fliegend ausgelegt werden, verbunden mit der vom konventionellen Flugmodell übernommen Bauweise.

Gerade dem Anfänger gelingt es nur schwer, daß Modell in allen kritischen Fluglagen zu beherrschen. Bedingt durch die Gesetze der Schwerkraft und Flugmodellaerodynamik verliert das Modell beim Kurvenflug (Steuerung um die Hochachse des Modells) an Höhe, was bei nicht ausreichendem Können des Modellflugpiloten zum Absturz des Modells führen kann. Die Folge davon ist zumeist die Totalzerstörung der Modelle. Wird ein Modell um 2 Achsen (z. B. Seiten und Höhenruder) gesteuert, muß dem Modell bei Höhengewinn (Zunahme der von vorn wirkenden Luftgeschwindigkeit) durch einen geringeren Ausschlag des Höhenruders in Richtung Sinken entgegengewirkt werden. Anderenfalls wird der Anstellwinkel der Tragfläche zu groß, was zum Strömungsabriß und damit zum Absturz des Modells führt. Eine kritische Phase ist auch besonders die Landung. Selbst bei einem flugstabilen Landeanflug um die Modellquerachse ist es schwierig, z. B. die Längs- und Hochachse exakt in die Position zu einer beschädigungsfreien Landung zu bringen. Die Folge davon ist, daß zuerst ein Tragflächenende Bodenberührung erhält. Damit wird die Landegeschwindigkeit von n m/s plötzlich auf Null reduziert und die damit auf das Modell wirkenden Momentenkräfte können zu dessen Beschädigung führen, auch wenn die Tragflächen am Modellrumpf so befestigt werden, daß sie beschädigungslos abscheren soll. Selbst wenn das gelingt, wird der Modellrumpf eine verringerte Bewegungsgeschwindigkeit beibehalten und kann anschließend bei Bodenberührung Beschädigungen erhalten.

Bezogen auf den Modellflugpiloten stellt sich die Situation eines freifliegenden Modells ohne Funkfernsteuerung gegenüber einem funkferngesteuerten Flugmodell so dar:

• a) bei einem aerodynamisch sachgemäß ausgelegten, fachmännisch konstruierten und gebauten Freiflugmodell ohne Funkfernsteuerung ist auch der Anfänger in der Lage ohne Unterstützung durch Dritte und ohne Vorkenntnisse zum Modellflugerfolg zu gelangen.
• b) Für den Anfänger im funkferngesteuerten Modellflug stellt sich die Situation gänzlich anders dar, wofür mehrere Gründe existieren:
  funkferngesteuerte Modelle werden modellflugaerodynamisch entsprechend der willentlichen Steuerung um wenigstens eine der 3 Flugzeughauptachsen ausgelegt. Einachsgesteuerte Modelle verschwinden zunehmend aus dem Angebot der Hersteller. Die meisten der als Anfängermodelle empfohlenen Modelle sind zweiachsgesteuert über Höhen- und Seitenruder. Da dem Anfänger aber schon das fliegerische Beherrschen eines um das Seitenruder gesteuerten Einachsmodells Schwierigkeiten bereitet (Wechsel des Richtungssinn in der Flugbewegung des Modells auf den Piloten zu, beziehungsweise von ihm weg, die unter a) erwähnten Beschädigungsmöglichkeiten des Modells bleiben hierbei alle erhalten!), ist er mit einem Zweiachsmodell deutlich überfordert. Versucht der Anfänger im Alleingang das fliegerische Beherrschen seines Modells zu erlernen, so ist das in der Regel mit vielen Modellzerstörungen verbunden, was mit Zeit- und (erheblichen) Kostenaufwendungen verbunden sein kann, bevor sich erste Erfolge einstellen.

Überschaut man das Angebot des Modellflugmarktes, so ist auffällig, daß erhebliche Kosten für den Modellerwerb notwendig sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein bruchunempfindliches Flugmodell, insbesondere ein funkferngesteuertes Freiflugmodell anzugeben, welches die eingangs geschilderten Nachteile nicht mehr aufweist und womit der Anfänger schnell und überschaubar ohne Folgekosten zum Erfolg kommen kann und unterschiedliche Modellflugzeugvarianten mit identischen Teilen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Auslegung des Modells erfolgt folgender Maßen:

• a) Fähigkeit zum eigenstabilen Fliegen, ohne vom Modellflugpiloten erforderliche Steuereingriffe,
• b) Übergang zum funkferngesteuerten Fliegen zunächst einachs- bis mehrachsgesteuert,
• c) gute Langsamflugeigenschaften, um dem Modellfunkfernsteuerpiloten eine gute Kontrolle seiner Manipulationen am Sendegerät und deren Auswirkungen auf die Flugbewegung des Modells zu gestatten,
• d) konstruktive, werkstoffseitige, aerodynamische Auslegung so, daß einerseits den Forderungen a)-c) entsprochen wird und insbesondere bei harter Berührung mit Hindernissen oder am Boden eine Zerstörung des Modells weitgehend vermieden wird,
• e) wirtschaftliche Herstellung des Modells und damit niedriger Ladenverkaufspreis
• f) Chassis.

Entsprechend der besonders beanspruchten Zonen am Tragflügel bei Kollision mit Hindernissen und unsachgemäßer Bodenberührung (Fig. 1) wird die Tragfläche aus mindestens zwei Halbschalenteilen aus einem elastisch deformierbaren Werkstoff ausgeführt, welche zugleich die tragflächenaerodynamische Oberfläche bilden (Fig. 2). Schalenteile müssen zur Entformbarkeit aus dem Werkzeug nicht hinterschnittsfrei ausgeführt werden, wegen der Elastizität des vorgesehenen Werkstoffes (Fig. 2, Trenn- und Fügeebene A und B). Da entsprechend die besonders beanspruchten Zonen jedoch zwischen Tragflächennase und der maximalen Profildicke liegen, in der in der Regel auch der Hauptholm der Tragfläche positioniert ist, kann der Bereich zwischen maximaler Profildicke und Profilende der Tragfläche auch konventionell in heute üblichen Werkstoffen nach bewährten Prinzipien ausgeführt werden. Bei einer Rippenbauweise oder ähnlich starren Stützkonstruktionen ist dann ein Überzug mit entsprechendem Bespannungsmaterial erforderlich. Es ist aber ebenso möglich, daß der Bereich zwischen maximaler Profildicke und Profilende aus deformierbaren geschäumten Kunststoff ausgeführt wird. In jedem Falle ist ein fester, biege- und torrosionsbeanspruchbarer Hauptholm erforderlich (Fig. 2 und 3). Bei Vollschalenbauweise sind zumindest am Flächenende die Rippen torrsionssteif am Hauptholm zu befestigen, die in sich selbst biegesteif sind, um die Torrosionskräfte der Tragfläche aufnehmen zu können.

Soll die Tragfläche zweiteilig ausgeführt werden, ist der Hauptholm in Richtung Längsachse des Modells getrennt zu realisieren und zugleich als Steckverbindung zu nutzen. Bei einer geteilten Tragflächenausführung ist mindestens eine zweite steckbare Querverbindung zwischen den Tragflächenhälften zur Aufnahme von Torrosionskräften vorzusehen.

Bei einer Tragfläche in Vollschalenbauweise aus einem elastisch deformierbaren Werkstoff kann der Außenbereich der Tragfläche im Bereich des Profilendes deformierbar ausgeführt werden, um eine Querruderwirkung zu erzielen (Fig. 4). Die dargestellte Bauweise unter Verwendung elastisch deformierbarer Außenschalen, hergestellt z. B. Im Vakuumtiefziehverfahren auf der Grundlage thermoplastisch verformbarer aufgeschäumter Chemiewerkstoffe als einzusetzende Halbzeuge ermöglicht vor allem bei Vollschalenbauweise entsprechend Fig. 2 und den anderen zuvor erwähnten Merkmalen wirtschaftlich die Realisierung von unterschiedlichen Tragflächengeometrien.

Der Rumpf des Flugmodells im Sinne der Erfindung, ist eine Chassiskonstruktion, an der alle für die technische Funktionserfüllung erforderlichen Aggregate und Modellkomponenten zentral angeordnet sind. Im Bugbereich enthält er entsprechend der Belastungsfälle eine plastisch oder elastisch deformierbare Zone mit einem bestimmten Verformungsweg, der entgegen der Flugrichtung durch die Lage der elektronischen Komponenten für den funkferngesteuerten Modellflug begrenzt wird (Fig. 5).

Bei einem funkferngesteuerten Modell mit Verbrennungsmotor, befindet sich am Rumpfkopf der Motor starr verbunden mit dem Motorträger, welcher zweckmäßigerweise auch zur Aufnahme des Bugfahrwerkes und des Tanks verwendet wird. Diese Baueinheit ist teleskopartig mit dem starren Teil des Chassis (bzw. der Zentraleinheit des Chassis - der eigentlichen Plattform) verbunden und läßt sich gegen diese in einem oder mehreren Rohren mit kreisförmigen, rechteckigen und ähnlichen Querschnitten verschieben. Zwischen Zentraleinheit des Chassis und der Baueinheit des Buges befindet sich die plastisch oder elastisch verformbare Deformationszone zur Abminderung der Aufprallenergie bei Rumpfkollisionen des Flugmodells.

Als Deformationselemente kommen in Frage (in Fig. 5 nicht dargestellt):

• - in ihrem elastischen Verformungsverhalten definierte Bauelemente,
• - spezielle Stoßdruckdämpfer,
• - austauschbare Teile für plastische Verformung zwischen Bug- und Zentraleinheit des Chassis.

Die Zentraleinheit des Chassis wird zweckmäßig entsprechend direkt unterhalb der Tragfläche angeordnet und sollte in ihrer Abmessung in Längsrichtung des Modells die Tragflächenwurzeltiefe in Flugrichtung nicht überschreiten.

Die Plattform bzw. Zentraleinheit des Chassis ist so ausgebildet, daß sich im Bereich zum Leitwerk hin eine definiert einstellbare Verbindung zur Verlängerung bzw. Verkürzung des Leitwerkshebelarmes befindet. Bei Flugversuchen kann der Leitwerkshebelarm so verlängert werden, daß ein eigenstabiles Flugverhalten des Modells erreicht wird. Werden bei einer solchen Einstellung Seiten und/oder Höhenruder genutzt und führen dabei zu unsachgemäßem Flugverhalten, kann der Leitwerkshebelarm schrittweise verkürzt werden. Sich dann gegebenenfalls als zu groß erweisende Ruderausschläge können zunächst durch entsprechende Trimmaßnahmen über den Sender der Anlage ausgeglichen werden.

Die sichtbare Außenform des Rumpfes mit (aerodynamischer) Verkleidungs- und Schutzfunktion für das Chassis und der darauf bzw. daran angeordneten mechanischen, elektrischen und elektronischen Aggregaten wird entweder vollständig aus elastisch deformierbarem Kunststoff ausgeführt und entsprechend der herstellungstechnologisch bedingten Möglichkeiten am Chassis positioniert. Bei Halbschalenteilung der Rumpfaußenverkleidung (vertikal oder horizontal) können diese Schalenteile montier- und demontierbar aus nicht elastisch verformbaren Werkstoff zur Befestigung am Rumpfchassis ausgeführt werden (z. B. in Verbindung mit Klettverschlüssen), die sich im Kollisionsfall sich zerstörungsfrei vom Rumpfvorderteil lösen.

Benötigt man keine Verstellbarkeit des Leitwerkshebelarmes, kann der Bereich hinter der Bruchgefährdungszone am Bug in konventioneller Bauweise mit herkömmlichen verwendeten Werkstoffen ausgeführt werden, analog dem üblichen Tragflächenaufbau.

Bei einer konventionellen Tragflächenbefestigung am Rumpf ist eine Tragflächenauflage entsprechend einer Hochdeckerbauweise und eine Befestigung über Gummiringe an Dübeln im Rumpf zu bevorzugen, um im Kollisionsfall ein beschädigungsfreies Abscheren der Flächen zu ermöglichen.

Das zur Anwendung vorgesehene flexible Material für die Schalenteile der Fläche und die Formteile des Rumpfes ermöglicht aber fertigungstechnisch günstig eine weitere Art der Verbindung von Fläche und Rumpf, die aerodynamisch günstig ist und auch bei Nicht- Hochdeckerflugmodellen das gewünschte Abscheren ermöglicht.

Das Prinzip beruht auf einer Kugelkalotte (3-seitig ausgeschnittenes Kugelsegment), welches in der Mitte der Tragfläche in der Verbindungszone mit dem Rumpf aus der Unterschale der Fläche mit herausgeformt wird. Eine in der geometrischen Ausbildung identische Fläche befindet sich als Auflagepfanne im Rumpf. Die Verbindung zwischen Rumpf und Fläche erfolgt vorzugsweise durch Gummis zwischen Tragfläche und Rumpfunterseite. Dafür sind entsprechende Auflageteller mit einer Öse zur Aufnahme der Gummiverbindung erforderlich, die in muldenförmigen Vertiefungen formschlüssig zur Außenhaut des Rumpfes und der Tragflächenoberseite unter der Gummispannung arretierbar sind. Für die Anlenkung der Tragfläche sind andere Befestigungsorte möglich. Da sich der Radius für die Kugelkalotte an der Tragfläche und die Kugelpfanne im Rumpf bei ca. ½ Flächentiefe oberhalb der Tragfläche in einem virtuellen Mittelpunkt befindet, wird ein Verdrehen der Kugelschalen bei frontaler Einwirkung von Kräften auf die Fläche gewährleistet. Für die Höhe der Kraftaufnahme dieser elastischen Flächenverbindung sind die Höhe des virtuellen Mittelpunktes über der Fläche, die Hebellänge von den Befestigungspunkten an der Fläche zum Befestigungspunkt am Rumpf und die Zugkräfte des elastischen Verbindungsteiles zwischen den Aufhängepunkten entscheidend.

Bedingt vor allem durch die Chassisbauweise des Rumpfes als innenliegende statische Struktur zur Positionierung der wesentlichen Bestandteile des Modells und zur Aufnahme von außen wirkenden Kräften ergibt sich die Möglichkeit zum variablen Modellaufbau mit unterschiedlichen Modulen. Die Chassisplattform ist dabei die wesentliche Baueinheit als Voraussetzung zur Verwirklichung einer solchen variablen und modularen Bauweise und unterschiedlicher Flugmodellkonfigurationen.

An einer identischen Chassisplattform lassen sich

• - unterschiedliche Längen im Bugbereich der Modelle mit und/oder integrierter Deformationszone,
• - unterschiedliche Längen eines Leitwerkshebelarmes,
• - unterschiedliche Höhen der Tragflächenanordnung über der Plattform, und
• - durch Austausch von Leitwerk und Antrieb unterschiedliche Flugmodellkonfigurationen

realisieren.

Damit sind am identischen Chassis unterschiedliche Tragflächen, Leitwerke und (bei motorisch angetriebenen Modellen) Antriebsaggregate einsetzbar. Die Chassisplattform selbst kann mit unterschiedlich benötigten Bauteilen und Baueinheiten bestückt werden. Eine montier- und demontierbare Umkleidung des Chassis mit den formgebenden Rumpfschalenteilen, die kostengünstig und in vielfältiger Formgebung aus dem beschriebenen Kunststoffmaterial oder aus einem nicht elastisch verformbaren Werkstoff hergestellt werden können, erweitert die mögliche Variantenvielfalt.

An Hand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachfolgend noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der besonders beanspruchten Zonen des Flugmodells,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Tragfläche in vollschaliger Ausführung,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Tragfläche in halbschaliger Ausführung,

Fig. 4 eine Darstellung einer Tragflächengeometrie,

Fig. 5 einen Schnitt durch Bug und Tragfläche,

Fig. 6 einen längenveränderlichen Leitwerkshebelarm,

Fig. 7 eine Befestigung der Tragflächen mit dem Rumpf.

In der Fig. 1 sind die besonders beanspruchten Zonen 1 eines Flugmodells dargestellt. Der Bug sowie die Vorderkante der Tragflächen bis zum Hauptholm 2 sind aus einem elastisch deformierbaren Material hergestellt.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Tragfläche deren Ober- und Unterschale 3 der profilierten Tragflächenaußenhaut aus elastisch deformierbaren Material hergestellt ist. In den Trenn- und Fügeebenen sind die Schalenteile 3 miteinander verbunden. Am Tragflächenende sind Außenrippen zur Torrosionsaussteifung in Flugrichtung (Zirkulation um die Tragfläche) vorgesehen. Der Hauptholm 2 ist hier rohrförmig ausgebildet, und hat die Biege- und Torrosionskräfte der Tragfläche aufzunehmen. Der hintere Teil der Tragfläche ist mit Halbrippen 4 versehen.

Die Fig. 3 zeigt eine Tragfläche mit einer elastisch deformierbaren Halbschale 3 zwischen Flächennase und einem kastenförmigen Hauptholm 2. Der restliche Teil der Tragfläche ist ein konventioneller Tragflächenaufbau. Die Trennebene zwischen einteiliger deformierbarer Halbschale 3 und konventionellem Teil bildet der Hauptholm 2, der wiederum die Biege- und Torrosionskräfte durch eine geeignete Ausführung aufzunehmen hat.

In der Fig. 4 werden die Tragflächengeometrie in Vollschalenbauweise gezeigt sowie die Deformationen am elastischen Querruder 7 dargestellt.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch Bug und Tragfläche in der das Chassis 8 die Aufnahme für das Teleskoprohr 10, Leitwerkshebelarm 11 (nicht dargestellt) und Tragflächenbefestigung bildet. Zwischen dem Raum für die Stromversorgung, Servos und Empfänger, der hier vom Chassis 8 gebildet wird und dem Motorträger ist eine Deformationszone vorgesehen, die durch die Rumpfschale gebildet wird. Vom Motorträger wird das Teleskoprohr 10 und das Fahrwerksbein aufgenommen.

In der Fig. 6 ist ein Leitwerksträger mit einem längenveränderlichen Leitwerkshebelarm 11 dargestellt, der mit dem Chassis 8 verstellbar verbunden ist.

Fig. 7 dient zur Darstellung der Befestigung der Tragfläche mit dem Rumpf. In der Pfanne 12 befindet sich der Befestigungspunkt 13 für die Tragfläche am Rumpf. Der Befestigungspunkt 14 dient der elastischen Befestigung an der Tragfläche. Die Tragfläche liegt in einer kalottenförmigen Auflage 15 im Rumpf auf.

Bezugszeichenliste

1

besonders beanspruchte Zone

2

Hauptholm

3

Schale

4

Halbrippe

5

Bespannungsmaterial

6

Endleiste

7

elastisches Querruder

8

Chassis

9

Teleskoprohrführung

10

Teleskoprohr

11

Leitwerkshebelarm

12

Pfanne

13

Befestigungspunkt für die Tragfläche

14

Befestigungspunkt an der Tragfläche

15

Auflage
l Verformungsweg

Claims (8)

1. Bruchunempfindliches Flugmodell, insbesondere funkferngesteuertes Freiflugmodell, bei dem ein Chassis (8) als Krafteinleitungszentrum vorgesehen ist, an dem die Teile wie Leitwerkshebelarm (11), Tragflächen u. dgl. sowie Aggregate zentral angeordnet sind, der Bugbereich aus einem elastisch deformier- und rückstellbaren Werkstoff oder bei Deformation sich ablösenden Halbschalen (3) und zumindest der Teil der Tragfläche zwischen Tragflächennase und Hauptholm (2) aus einem elastisch deformier- und rückstellbaren Werkstoff bestehen, wobei im Bugbereich wenigstens ein Teleskoprohr (10) vorgesehen ist, das mit dem Chassis (8) kraft- und formschlüssig verbunden und entgegen der Flugrichtung teleskopartig verschiebbar (9) gelagert ist.

2. Bruchunempfindliches Flugmodell nach Anspruch 1, bei dem der elastische und deformationsfähige Werkstoff eine Dichte von ≦ 100 kg/m³ aufweist.

3. Bruchunempfindliches Flugmodell nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Teil der Tragfläche zwischen Flächennase und Hauptholm (2) eine elastisch deformierbare Halbschale (3) ist oder die gesamte Oberfläche der Tragfläche aus einem elastisch deformierbaren Material besteht.

4. Bruchunempfindliches Flugmodell nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in der Längsachse des Flugmodells ein Teleskoprohr (10) mit einem längenveränderlichen Leitwerkshebelarm (11) vorgesehen ist.

5. Bruchunempfindliches Flugmodell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teile wie Stromversorgung, Servos, Empfänger, Tank im oder am Chassis (8) geschützt angeordnet sind.

6. Bruchunempfindliches Flugmodell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lage des Chassis (8) bezüglich der Flugzeuglängsachse beliebig ist.

7. Bruchunempfindliches Flugmodell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vom Chassis (8) aus gesehen die Position von Antrieb und Leitwerk vertauschbar sind, so daß unterschiedliche Flugmodelltypen realisierbar sind.

8. Bruchunempfindliches Flugmodell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Chassisgrößen gestuft sind, so daß unterschiedliche Flugmodellgrößen realisierbar sind.