AC 75 Foiling Monohull in 1:12

[micha b]

Zurück zum Ruder: Ansteuerung Version 2:

Um eine höhere Stellgeschwindigkeit zu erreichen, steuere ich den Kippwinkel des Ruders nun direkt an. Das hat neben der höheren Geschwindigkeit den Vorteil, dass ich auch dieses Servo zentral im Rumpf bei den anderen platzieren kann und ich es so von einem
Feuchtgebiet fernhalten kann. Die große Serviceklappe hinten ist nun ebenfalls nicht mehr nötig.



@ Andreas: Bei genauerer Betrachtung hat das etwas Ähnlichkeit mit deiner Lösung die du im FB gezeigt hast.
Ich verspreche aber, dass ich nicht kopiert habe.

 

[micha b]

Na, das war gestern Abend wohl eine kleine Fehlentwicklung....
Der Koker an sich ist zwar toll gelöst, aber die Schubstangen kollidieren mit dem (ebenfalls aktualisierten) Traveller vom Hauptsegel.



Also den Koker nochmals komplett überdenken....

 

[micha b]

Langsam wird's voll das Bööötchen... Wohl dem, der einen großen Maßstab gewählt hat....


Ich hab mich mal an einen ersten Entwurf für den Fock-Traveller gemacht. Der Aufbau des Travellers ist identisch zu dem vom Hauptsegel, verläuft aber komplett unter Deck - vielleicht mache ich das hinten auch...
Die Servos dazu habe ich vorerst nach vorne zum Traveller gepackt. Das hat den Vorteil, dass nicht noch mehr Schoten quer durch's Boot laufen und für Probleme sorgen können. Das Ganze ist auch wartungsfreundlicher, weil im direkten Zugriff. Was mir dabei allerdings nicht gefällt, ist die nur geringe Strecke zwischen dem Schot-Servo und der ersten Umlenkrolle. Schwierig da einen funktionierenden Schotenspanner zu installieren. Vielleicht wandert dieses Servo dann doch wieder nach achtern zu den anderen. Oder ich schicke nur die Schot nach hinten und zurück um sie richtig vorspannen zu können. Mal drüber schlafen.

 

[Hydroptere]

Gummistrops zw. Umlenkrolle und Winschentrommel. Du brauchst nur wenig Weg um das Achterliek der Fock zu kontrollieren . Ergo, kleinere Windentrommel

 

[micha b]

Ruderkoker V4: So wird's gebaut!



Noch immer sind beide Ruderservos zentral im Rumpf untergebracht. Über die zwei Schubstangen werden sowohl Tilt als auch Ruder gesteuert. In den Schotts wird jeweils eine Gleitführung eingebaut, so dass die Stangen trotz einer Länge von 62cm nicht das wobbeln anfangen. Die hier weiße Umlenkung werde ich aus Alu fräsen, der Rest wird gedruckt. Metall gleitet auf PLA hervorragend. Oben im Übergang von der Umlenkung zur orangen Schubstange ist ein Langloch mit Split eingearbeitet. Ich hoffe, das funktioniert so zuverlässig.

 

[micha b]

Eine Frage an die Foil-Experten:

Wie oben gezeigt, plane ich aktuell die Foils klassisch mit Flaps zur Steuerung auszustatten. Das ist natürlich sehr aufwändig, sowohl der Bau als auch die Ansteuerung per Schubstange etc. Zudem ist in dem schmalen Foil eigentlich gar kein Platz für so etwas.

Spricht etwas dagegen, das gesamte Foil (inkl. Arm) nach vorne oder hinten zu schwenken und so das Foil anzustellen? Das könnte man in die bereits vorhande Hebe-/Senkmechanik an Bord mit einbauen indem man das hintere Achslager hoch und runter fährt.
Nachteil: Eine größere Öffnung im Rumpf wird benötigt und der maximale Anstellwinkel wird wahrscheinlich kleiner sein.
Vorteil: Einfacher zu realisieren und es sind schlankere Profile unter Wasser möglich.
Aktuell ist ein AG25 geplant, größte Profildicke unter 5mm.

Meinungen?

 

[jonk]

ohne jetzt großen Hintergrund zu haben, wäre dies aber auch die Lösung gewesen oder ist die Lösung, die ich angedacht hatte für das community Projekt. Da ich nun doch keine Zeit dafür finde momentan freut es mich umso mehr zu sehen, wie aktiv du hier bist!
Zurück zu der Idee. Ich habe auch darüber nachgedacht, den ganzen Arm in der Achse schwenken zu können. sehe dort jedoch das Problem, dass ich denke, dass die Kräfte die auf das Lager wirken schon nur wenn sie sich in eine Richtung bewegen sehr groß sind und sobald jetzt noch eine zweite Richtung hinzukommt es fraglich ist, ob die Steuerbefehle präzise genug angewendet werden können. Sollte man dies hinbekommen, sehe ich als Laie keinen signifikanten unterschied.

 

[micha b]

Spricht etwas dagegen, das gesamte Foil (inkl. Arm) nach vorne oder hinten zu schwenken

Gibt's dazu weitere Meinungen?

 

[Hydroptere]

Gibt's dazu weitere Meinungen?

Viel zu aufwendig. Die Foilarm- Schwenktechnik müßte dann mitbewegt werden.
Abdichtung wird erst recht nicht umzusetzen sein.
Flaps am Foil ist einfacher...

siehe hier

 

[Shark_PS]

Gibt's dazu weitere Meinungen?

Hi,
bin da ganz bei Andreas. Gerda im dem Maßstab bzw. Größenordnung sollte eine Flapansteuerung wie anfänglich geplant easy zu realisieren sein aus meiner Sicht, ohne hydrodynamisch Einschränkungen oder Performancenachteile zu haben.

...
- 2x Foils Flaps
...

Für mich geht es in diesem Projekt eben nicht nur um die Foilbarkeit sondern darum, das Ganze später möglichste realitätsnah betreiben zu können. Dazu gehören für mich alle oben genannten Funktionen.

Gerda bei der oben stehenden Aussage und dem ganzen anderen technischen nicht wirklich notwendigen "Schnickschnack" (Mastrotation, Trevler etc.) für eine funktionale Realisierung eines AC75, verstehe ich persönlich nicht warum man gerade da bei den Flaps umschwenken sollte ...

Gruß,
Patrick

 

[jonk]

ich denke mal das du dir die AC40 auch schon zu genüge angeschaut hast, dort scheint es so zu sein das über den Foils nochmal so größere boxen sind die die Ansteuerung beinhalten vielleicht könntest du dort ähnlich wie bei den Segelfliegern eine Feder unterbringen die die Flaps in full up oder down halten und du nur noch einen flexiblen Seilzug ins boot legen müsstest. vielleicht bekommst du es so maximal schmal gebaut,

 

[micha b]

Danke für eure Meinungen und Ideen. Ich bleibe bei den Flaps.

@Patrick: Die Traveller empfinde ich als wichtig um die Segel optimal einstellen zu können. Die Mastrotation ist hingegen wirklich nur Schnickschnack.

 

[micha b]

Zwischenstand: Planung soweit abgeschlossen.



Das Hellblaue sind die Öffnungen die ich zum Betrieb eingeplant habe - ich hoffe, die reichen.

Der Rumpf ist in mehrere Schotts aufgeteilt, ich will nicht, dass mir die Kiste irgendwann mal absäuft.
Alle (hellbraunen) Schotts sind in 4mm Sperrholz ausgeführt, die dunkleren in Verstrebungen in 2-3mm, mal sehen was ich günstig bekomme.
Die Wetbox mit der Kielmechanik ist nochmals breiter geworden, so stützt sich der Mast auf das Schott und hat damit guten Halt. Ebenso kann ich die Wanten dann an diesem Schott befestigen => Kraftschluss. 1,6 bis 2,5m² Segelfläche sollen es theoretisch werden, da kommen mächtige Kräfte auf.


Da der Roderkoker nach der Umplanung auf "Umlenkhebel" nun doch Kraft aufnehmen muss, verschraube ich ihn ebenfalls fest mit dem Rumpf



Unter den Akku (grün) werde ich ggf. noch eine Bilgenpumpe installieren. Das Detail zur Mastrotation ist noch nicht ausgeplant, daher schwebt das Servo so in der Luft - vielleicht brauch ich es ja gar nicht.


Ich glaub, die "Kleine" wird ganz nett:


Das LW-PLA für die "Innenfüllung" ist bestellt.
Ich hoffe bei dem Carbon, Glas und Harz noch auf irgendeine Black Friday-Aktion, denn das wird auf Grund der Größe nicht billig...

 

[Shark_PS]

Moin Micha,

@Patrick: Die Traveller empfinde ich als wichtig um die Segel optimal einstellen zu können. Die Mastrotation ist hingegen wirklich nur Schnickschnack.

um später die maximale Performance herauszuholen sind natürlich auch die von mir als "Schnickschack" bezeichneten Funktionen wichtig, darum auch die Anführungszeichen, aber nicht für ein funktionales Boot. Daher würde ich da ehr Kompromisse eingehen bzw. diese zu Anfang weglassen und in einem anschließenden Optimierungsprozess hinzufügen.

Du schreibst die Planung wäre soweit abgeschlossen: Dann sagt doch bitte mal was zum Gesamtgewicht und den Foils ( Abmessungen, Profile etc.) ...
Oder meintest du nur die technische bzw. mechanischer Seite ?

Gruß,
Patrick

 

[micha b]

Bis jetzt ist nur die technische / mechanische Planung abgeschlossen - ich habe heute anfangen den Rumpf zu bauen.
Genau das war ja der Plan, während ich den Rumpf baue kann ich einzelne Module aufbauen und in Ruhe testen, sowie mich weiter in die Materie des Foilens einarbeiten.

Ich habe mich übrigens umentschieden und werde den Rumpf nicht drucken und dann Glasen, sondern klassisch mit einer Negativform arbeiten.
Diese Negativform läuft gerade vom Drucker: 2x je 6 Segment, welche nachher verstiftet und miteinander verklebt werden. Dann gespachtelt, geschliffen und gewachst.
Der Vorteil hier ist, dass ich mir zum einen etwas Gewicht spare, zum anderen den fertigen Rump in der Form lassen kann und in Ruhe alles einbauen, testen und optimieren kann, weil es fest im Rumpf gehalten wird, auch ohne es zu verkleben.
Zudem kann ich so das gesamte Deck erstmal weg lassen.
Wie immer gibt es eine Längsteilung der Form, wenn alles fertig ist und funktioniert, kommt das Deck drauf.



Für das Ausarbeiten einer Form für das Deck habe ich dann noch etwas Zeit :-)

Nach eine Antwort zu den Profilen:
Als Ausgangspunkt nehme ich AG25 Profile. Bei den Foils auf einer Breite von je rund 30cm, am Ruder sind es 20cm, 2,5° angestellt.

 

[Airpainter98]

Reproduzierbare Positionen sind doch einfach zu machen. Reed-Kontakte auf den Hydraulik-Zylindern.
Dazu eine kleine Steuerelektronik für die Ventile und schon ist es erledigt. So wird es im Großen gemacht und so gehts auch im Kleinen.
Dafür muss an den Kolben nur ein Magnet geklebt werden. Da die Zylinder meistens aus Alu sind, ist das richtig einfach. wer nicht öffnen möchte nutzt die Kolbenstange.

 

[micha b]

Da hast du recht Torti, EINE Position wäre einfach mit einem wie auch immer gearteten Kontakt realisierbar.
Aber der horizontale Winkel der Foils bestimmt nicht nur den Auftrieb, sondern auch den Anteil am aufrichtenden Moment. Also muss es zwingend reproduzierbar steuerbar sein.

Über die Flaps kann ich nur den roten Vektor steuern. Den Anteil vom Auftrieb (blau) zum aufrichtenden Moment (grün) muss ich justieren können, das geht nur über den Winkel der Foils.
Natürlich könnte man jetzt den Reed-Kontakt als Referenzpunkt deklarieren und von da aus manuell weiter regeln. Aber irgendwann gehen mir die Hände aus. Ich muss den Winkel also über Drehpoti o.ä. den Windverhältnissen entsprechend vor einstellen können, um ihn nach einer Halse auch am anderen Foil wieder anfahren zu können.
Nichts würde ich lieber machen als mit Hydraulik zu arbeiten...

Soweit zur Realität.

In Gedanken bin ich allerdings an einem anderen Punkt: Wie wäre es, den Winkel des Foils über ein Poti zu erfassen, und die Stellservos der Hydraulik nicht direkt vom RX an zu steuern sondern über einen Arduino? Der Arduino vergleicht Sollwert vom RX mit dem tatsächlichen Wert und steuert entsprechend die Hydraulikservos an? Das wäre machbar. Hmmmm, darüber muss ich nachdenken....

 

[Airpainter98]

Sehe ich anders. Den Anteil steuerst du über die Flughöhe. Dafür hast du die Flaps. Du hast drei definierte Positionen des Arms.
Oben und ganz unten gibt der Zylinder durch seine Länge und Einbauposition vor. Flugstellung macht der Kontakt.
Alles andere machen die Flaps und das Ruder.

 

[Airpainter98]

Die komplette Lageregelung würde ich über Ultraschallsensor und Lageregler aus der UAV-Gemeinde machen. Für die Krängungskontrolle sind nur Kurswahl und Segelstellung verantwortlich. Vielleicht noch ein Pitot-Rohr für die Geschwindigkeit.

 

[micha b]

Den Anteil steuerst du über die Flughöhe.

Das kann nicht stimmen.
Wenn ich von vorne auf das Boot schaue, habe ich das Foil welches im Wasser "steht" und einen Segeldruckpunkt. Der Abstand und damit der Hebel zw. Segeldruckpunkt und Foil bleibt bei der Lösung mit festem Foilwinkel immer gleich unabhängig davon wie tief das Foil im Wasser ist.
Das Ruder kann in der Mittelachse des Boots nichts zum aufrichtenden Moment beitragen. Neben dem Kurs stabilisiert es mMn lediglich die Flughöhe (Nicken).

Wenn ich das Foil beim Fliegen nach außen schwenke, ändere ich die Position der Rotationsachse und damit die Größe des grünen Vektors. Je weiter außen das Foil ist, desto mehr Windkraft kann es aufnehmen. Das geht natürlich nur solange das Foil komplett unter Wasser ist.
Unter anderem deswegen sollte das Boot so tief wie möglich über dem Wasser fliegen. Wenn das Foil weiter außen ist, muss ich natürlich wieder mit den Flaps nachjustieren, damit der blaue Vektor gleich bleibt, sonst ändert sich die Flughöhe.
Den Rest (Böen) muss ich über das Segel steuern.



Alles graue Theorie. Vielleicht lieg ich auch falsch und die Foilarmstellung hilft in der Praxis nicht so sehr wie ich mir das vorstelle. Das werden Versuche zeigen. Ich möchte mir auf jeden Fall diese Verstellmöglichkeit frei halten und nicht mit einem fixen Arbeitspunkt des Foilarms planen.
Wenn es sich nachher herausstellt, dass ein fixer Arbeitspunkt ausreichend ist, kann ich diesen mit der Servolösung (oder Hydraulik mit Poti) ebenfalls umsetzen.

Die UVA-Möglichkeiten muss ich mir genauer anschauen. Stabilisierung über alle drei Achsen wäre natürlich der Hammer.
X- Achse wäre dann am Segelservo
Y-Achse Tilt vom Ruder
Z-Achse Flughöhe über Flaps
Habe ich das richtig zugeordnet?

So ein mega komplexes und spannendes Thema diese AC75. Danke für euren Input.