Go Ahead!
Wie wird ein kleines Modell alltagstauglich ausgelegt?
Holger Willmann
Wie wird ein kleines Modell alltagstauglich ausgelegt?
Holger Willmann
Es gibt für fast jeden Einsatzzweck und in fast jeder Größe Modelle zu kaufen. Wozu also sich die Mühe machen, noch eine Eigenkonstruktion auf Kiel zu legen?
Die Antwort auf diese Frage muss jeder für sich selbst finden. In meinem Fall ist es der Spass daran, ein Unikat in die Luft zu bringen, das genau meinen Anforderungen und Vorstellungen entspricht.
Der zwanzigste Spross aus der Reihe meiner Unikate sieht so aus:
Das ist der Go Ahead!, ein kleines Holzmodell für jedes Wetter und jedes Gelände. Seine Entstehungsgeschichte und wie er fliegt erzähle ich in diesem Beitrag.
Vorüberlegungen
Der Go Ahead! hat zwar kein Vorbild, aber doch so etwas wie Wurzeln, das heißt, er ist nicht aus dem Nichts entstanden. Sein Genpool kommt von meiner kleinen BUGATTI 100 (siehe Magazinbericht). Die BUGATTI 100 ist ein Renntier, sie fliegt hervorragend schnell geradeaus, ist aber bezüglich Einsatzspektrum auf eben diese Heizerei beschränkt. Dabei fliegt sie extrem ruhig und stabil. Ihre Unempfindlichkeit gegenüber Wind ist immer wGo Aheadieder erstaunlich. Dabei hat sie mit ihren negativ gepfeilten Flächen ein einmaliges Flugbild, anders als alles, was man sonst auf den Modellflugplätzen zu sehen bekommt.
Wie wäre es nun, wenn man diese Eigenschaften um gute Langsamflug- und Akrotauglichkeit erweitern könnte? Wobei sicher ein Teil der puren Rennperformance auf der Strecke bleiben würde - eine domestizierte BUGATTI 100 sozusagen.
Genau das war der Ausgangspunkt meiner Überlegungen zu den gewünschten Eigenschaften des neuen Fliegers. So begann die Auslegung des Go Ahead! auf Basis der mit der BUGATTI 100 und diversen anderen Konstruktionen gemachten Erfahrungen.
Auch diesmal entsteht das Modell ohne jegliche Computernutzung, so dass alle Schritte bei Bedarf mit Papier, Stift und Geodreieck nachvollziehbar sind.
Auslegung
Ziel der aerodynamischen Auslegung war es, ein Allwettermodell in der Größe der BUGATTI 100 zu erhalten. Mein besonderes Augenmerk lag dabei auf einer ruhigen Fluglage, auch bei widrigen Bedingungen, die man bei einem Modell mit etwa 650 mm Spannweite nicht unbedingt erwartet.
Die mit früheren Konstruktionen gemachten Erfahrungen ließen es mir durchaus als möglich erscheinen, einem solchen Zwerg "erwachsene" Flugeigenschaften anzuerziehen. Zusammengefasst und etwas vereinfacht kann ich feststellen:
- Je mehr V-Form und je mehr Profilwölbung, um so unruhiger (nicht instabiler!) wird das Modell bei Wind.
- Positive Pfeilung wirkt ähnlich wie ein zu großes Seitenleitwerk in Richtung "überstabil" und begünstigt Pendeln um die Hochachse bei Störgrößen.
- Die Formel "hohe Flächenbelastung = geringe Windempfindlichkeit" stimmt so nicht. Mit einem sauber gestalteten Rumpf, ohne Ecken und Kanten, liegen auch leichte Modelle spürbar ruhiger.
Neben der Unempfindlichkeit gegen Wind sollte Go Ahead! voll kunstflugtauglich sein und auch langsam fliegen können. Beides sind Disziplinen, die die BUGATTI 100 nicht beherrscht. Warum eigentlich nicht?
Dafür gibt es drei Gründe, die sich teilweise überlagern:
- Die BUGATTI 100-Flächen haben zum Randbogen hin eine extreme Zuspitzung.
- Das Ding ist bei 600 mm Spannweite mit bis zu 63 g/dm2 Flächenbelastung unterwegs!
- Der Antrieb mit dem hochdrehenden (2500/min/V) Motor und CamSpeed-Propeller ist gut für ordentlich Speed, nicht aber für gescheiten Durchzug beim Figurenfliegen.
Die Flügel am Go Ahead! müssen also deutlich mehr Flächeninhalt haben, weil das Gewicht bei gleicher Bauweise in der Größenordnung der BUGATTI 100 liegen wird. Diese Forderung lässt sich durch eine geringere Zuspitzung zum Randbogen hin elegant erfüllen, wobei dort dann auch die Re-Zahlen ansteigen, was wiederum den Langsamflugeigenschaften zugute kommt.
Die bisher aufgezählten Forderungen bedeuten für den Flügel folgende geometrische Eigenschaften:
- symmetrisches Profil (NACA0009),
- negative Pfeilung,
- keine V-Form (Oberseite gerade).
Das sieht auf Papier so aus:
Damit liegt die Flügelgeometrie fest, gezeichnet auf zwei Blatt DIN A4, ohne die Randbögen.
Bevor wir mit dem Rumpf weitermachen können, muss die Lage des Schwerpunkts (SP) bekannt sein. Darauf baut sich nämlich die Gestaltung der Hebelverhältnisse des Rumpfs auf.
Stichwort: Längsstabilität:
Die BUGATTI 100 hatte ich diesbezüglich ganz auf Sicherheit ausgelegt, weil ich der stabilisierenden Wirkung des recht kleinen Leitwerks nicht getraut habe. So ist daraus ein verkappter Nurflügel geworden, dessen SP noch vor dem Neutralpunkt der Fläche liegt.
Allerdings fliegt die BUGATTI 100 wirklich überragend stabil, so dass ich so vorsichtig gar nicht hätte auslegen müssen.
Go Ahead! habe ich in diesem Punkt ganz konservativ gestaltet, also mit einem konventionellen HLW, das etwa 20% des Tragflächeninhalts hat. Bei einer EWD von 0,5° ergibt sich für den Erstflug ein brauchbares Verhalten, wenn der SP im Neutralpunkt der Tragfläche liegt. Die grafische Ermittlung des Neutralpunkts sieht man in der Zeichnung oben, bei 160 mm Tiefe an der Wurzel liegt der Neutralpunkt 25 mm hinter der Nasenleiste.
Die Rumpflänge habe ich auf etwa 90% der Spannweite festgelegt, schließlich sollte das kein Motorsegler, sondern ein Kunstflieger werden. Für gescheite Proportionen sitzt die Fläche so im Rumpf, dass der SP bei einem Drittel der Rumpflänge liegt. Das HLW wird zur Vermeidung von Bodenkontakten leicht erhöht im Seitenleitwerk untergebracht. Die Rumpfoberseite bekommt für gute Zugänglichkeit eine großen Deckel (Turtle Deck) und für die Optik eine tiefgezogene Kabinenhaube.
Als Zeichnung sieht der Rumpf dann so aus:
Die Rumpfbreite ergab sich aus den Abmessungen der eingebauten Teile. Es ist zu erkennen, dass Go Ahead! ein "Beinahe-Tiefdecker" ist, mit etwas Bodenfreiheit für Landungen im Rough und einem ordentlichen „Handgriff“ für den Handstart.
Antrieb
Bevor es mit dem Bau losgeht, kommt jetzt der letzte Teil der trockenen Vorbereitung, nämlich die Auslegung des Antriebs.
Da es hier nicht um möglichst hohe Geschwindigkeit, sondern um reichlich Schub zum Figurenfliegen geht, fällt die Wahl auf einen 30 g Außenläufer mit 28 mm Durchmesser und einer spezifischen Drehzahl von knapp 1400/min/V. Laut Datenblatt verträgt der bei 3S eine 7x4" Luftschraube, macht dabei mehr als 300 g Schub und zieht nur 7 A. Somit wäre für eine gewünschte Flugzeit von 6 - 8 Minuten ein 3S450 mAh Alku ausreichend.
Mit dieser Auslegung ist auch ein winziger 12 A-Steller genug, was wieder der Gewichtsbilanz zugute kommt.
Zusammen mit den Antriebskomponenten habe ich auch das benötigte Holz gekauft: Brettchen in 1 mm für die Flächen, 2,5 mm für den Rumpf und 5 x 5 mm Leisten für Nasen- und Endleiste sowie für die Rumpfecken:
Nachdem jetzt klar ist, was das Modell können und wie es aussehen soll, ist die Theorie endlich abgehakt.
Bauen: Tragfläche
Der Aufbau der Tragfläche ist fast identisch mit der der BUGATTI 100, so dass die Details dort nachzulesen sind. Sie entsteht wieder auf der Oberseite liegend als Vollschale aus 1 mm Balsa und wird später fest mit dem Rumpf verleimt. Zur Illustration hier ein paar Baustufenfotos:
Vor dem Aufbringen der unteren Beplankung.
Die untere Beplankung ist verklebt und zum Trocknen flächig belastet.
Die komplette Schale noch ohne Endleisten und Randbögen.
Die Endleisten und Querruder sind zugeschnitten, die Randbögen fertig zum Verschleifen.
Die fertige Fläche, komplett verschliffen.
Detail des Randbogens.
Der Bau der Tragfläche war schneller erledigt als die Auslegung und Vorbereitung. Da soll nochmal einer sagen, Holzbau wäre zu aufwändig.
Bauen: Rumpf
Die Proportionen der Seitenansicht sehen auf dem Papier durchaus stimmig aus. Ob das auch nach der Umsetzung in Holz noch so ist, wird sich jetzt herausstellen.
Der erste Schritt beim Rumpfbau ist das Ausschneiden der beiden Seitenteile. Man erkennt gut die durchgehend gerade Linie der Trennstelle zum Turtle-Deck der Rumpfoberseite. Diese gerade Linie erleichtert später die Erstellung eines verzugsfreien Rumpfs ohne besondere Vorrichtungen.
Anhand der tatsächlichen Höhenmaße an den drei entsprechenden Stellen der ausgeschnittenen Rumpfseitenteile habe ich im Plan noch die Umrisse der Spanten ergänzt...
...und diese auch gleich aus Sperrholz ausgesägt - natürlich mit der Laubsäge, nix Fräse!
Im Motorspant fehlen noch die Bohrungen für die Motorbefestigung und Belüftung, sowie den Knick, der in der Seitenansicht gezeichnet ist:
Nach dem Ankleben der 5 x 5 mm Leisten an der Unterseite der Seitenteile werden die mit den Spanten verklebt. Dabei liegt das Ganze auf dem ebenen Rücken und wird an einer auf das Baubrett gezeichneten Linie ausgerichtet:
So ausgerichtet, wird der Rumpf an sechs Punkten mit jeweils einem Tropfen Sekundenkleber auf dem Baubrett festgeklebt! So kann man dann ganz in Ruhe die Leisten am Rumpfende konisch zuschneiden...
...und, die schwarze Linie dient dabei als Orientierung, verkleben:
Von vorne gepeilt stimmt die Linie:
Und weil der Rumpf gerade so schön daliegt, wird im gleichen Schritt der komplette Rumpfboden mit zwei 2,5 mm Brettchen, die übereinander geklebt werden, verschlossen. Der Grund ist die Wölbung des Motorspants, der ein 5 mm Brettchen nicht folgen könnte.
Damit ist der Rumpf so steif, dass er sich beim Trennen der Klebepunkte vom Baubrett nicht mehr verzieht. Die Rumpfunterseite kann jetzt in Form gebracht werden:
Nun kann die Fläche für eine erste Gesamtansicht probehalber im Rumpfausschnitt platziert werden:
Das passt soweit.
Der Kopfspant, der ja später den Motor trägt, muss noch ordentlich eingebunden werden.
Der Kabinenspant und die Anbindung der oberen Rumpfbeplankung müssen an Ort und Stelle:
Die Nase ist jetzt komplett und perfekt verschliffen:
Damit ist der Rumpf vorne fertig und es geht weiter mit dem Bereich hinter der Fläche.
Hier müssen die Leitwerke sauber mit der Struktur verbunden werden. Dafür darf es gerne mal ein massives
10 mm Brett für den Rumpfrücken sein. Das kann später anständig verrundet werden. Es bietet reichlich Klebefläche für die Seitenflosse, die ja auch das Höhenleitwerk trägt.
Auf den Rumpf kleben...
...und verschleifen. Dabei bleibt kaum mehr als die Hälfte des ursprünglichen Brettchens übrig:
Damit ist der Rumpf bereit zum Einkleben der Fläche. Dazu ist allerdings noch etwas mehr Kontaktfläche am Rumpfausschnitt erforderlich:
Die Fläche ist drin. Nun fehlen noch die Rumpfseitenteile oberhalb des Flügels, die die gerade Trennlinie zum Turtle Deck vervollständigen:
Mit den inzwischen ausgeschnittenen Leitwerken ist jetzt zum ersten Mal die Gesamtansicht des Go Ahead! in 3D da! Die Proportionen stimmen, also ist keine Änderung gegenüber dem Plan nötig.
Bauen: Turtle Deck/Kabinenhaube
Für den großen Rumpfdeckel habe ich zuerst eine Grundplatte aus 3 mm Balsa gemacht, die wieder an sechs Punkten mit dem Rumpf verklebt wird.
Darauf kommt zunächst ein Rücken aus Balsaleisten, der sauber an die Kontur der hinteren Rumpfoberseite angepasst wird. Das geht problemlos, weil das Teil provisorisch angeheftet ist und deshalb nicht verrutschen kann.
Für die Kabinenhaube wird ein Balsaklotz eingepasst,...
...der als Tiefziehform für die eigentliche Kabinenhaube dienen wird:
Das Plastikteil wird mit UHU-Alleskleber auf den zuvor geschwärzten Rahmen geklebt und schon kann der Go Ahead! mit allen Formteilen betrachtet werden:
Dieser Anblick ist genug Motivation für den Endspurt!
BUGATTI 100/Go Ahead!
An dieser Stelle ist es Zeit für eine erste Gegenüberstellung des Go Ahead! mit der BUGATTI 100. Checken wir mal die geometrischen Unterschiede:
Der deutlich größere Flächeninhalt des Go Ahead! ist sofort sichtbar. In Zahlen ausgedrückt steht es 7,8 dm2 zu 5,6 dm2 für den Go Ahead!. Zudem ist die Flächentiefe am Beginn des Randbogens bei der BUGATTI 100 nur halb so groß wie beim Go Ahead!, was großen Einfluss auf die Langsamflugeigenschaften hat.
Für den Vergleich der Hebelverhältnisse ordnen wir die beiden mal etwas anders an:
Hier sieht man deutich, dass die BUGATTI 100-Fläche unter der des Go Ahead! fast verschwindet.
Da ich die BUGATTI 100 nicht nachbauen, sondern weiterspinnen wollte, hat der Go Ahead! ein ganz anderes Leitwerk bekommen. Für eine saubere Anströmung und zur Vermeidung von Bodenkontakt sitzt das konventionelle Höhenleitwerk leicht erhöht in der Seitenflosse. Der Leitwerkshebelarm erscheint im direkten Vergleich etwa 20 mm länger als bei der BUGATTI 100, jedoch täuscht das: Durch die Auslegung mit konventionellem Leitwerk, liegt der Schwerpunkt um eben diese 20 mm weiter hinten, so dass tatsächlich Gleichstand herrscht. Um die Stabilität des Go Ahead! mache ich mir nach den Erfahrungen mit der BUGATTI 100 keine Sorgen. Eine Verlängerung des Leitwerkshebelarms ist nicht nötig.
Auf den Bildern ist auch die deutlich kürzere Nase des Go Ahead!, sowie der erheblich schlankere Rumpf zu erkennen. Das Erscheinungsbild des neuen Modells ist also insgesamt sehr eigenständig.
Nach der Fertigstellung werfen wir noch einen Blick auf die Gewichte.
Bauen: Leitwerke und Fertigstellung des Rohbaus
Zum kompletten Rohbau fehlen nur noch die Restarbeiten an den Leitwerken.
Dazu müssen zunächst die Randbögen angebracht und alle Teile sauber verschliffen werden.
Das HLW besteht aus 3 mm Balsa. In das Höhenruder wird zur Verbindung der beiden Ruderhälften, die ja durch das Seitenruder verlaufen, noch ein 1 mm Stahlbügel eingeklebt.
Das SLW entsteht aus 4 mm Balsa, weil es ja das Höhenleitwerk trägt. Die beiden Flossen werden mit den im Bild gezeigten Schlitzen zusammengesteckt und nach dem Bebügeln verklebt.
Mit den jetzt fertiggestellten Leitwerken ist der Go Ahead! komplett und zeigt seine endgültigen Formen:
Vor dem Aufbringen der Folie habe ich die drei Servos eingebaut. Jetzt liegen alle Baugruppen wie aus einem Baukasten bereit zum Bebügeln:
Finish und Gewichtsbilanz
Holzoberflächen sind zwar schön, aber leider nicht wetterfest. Deshalb bekommt der Go Ahead! ein Folienfinish. Schließlich soll er auch bei widrigen Bedingungen raus und das schließt Landungen im nassen Gras und Flüge bei Nieselregen ein.
Bei der Farbauswahl kann man es sowieso nicht allen recht machen. Folglich habe ich ihn einfach so gestaltet, wie es mir gerade in den Sinn kam. Die Meinungen dazu reichen von taktvollem Schweigen bis zu unverholener Begeisterung; unstrittig ist aber die gute Erkennbarkeit unter allen Lichtverhältnissen:
Die Unterseite:
Alle Antriebs- und RC-Elemente finden im Rumpf locker Platz. Die Servos sind ganz gewöhnliche analoge
9 g-Typen. Die Anlenkungen erfolgen auf direktem Weg mit Stahldrähten, sind steif und spielfrei:
So ausgerüstet, wiegt der Go Ahead! ohne Akku 236 g. Zum Vergleich: Die BUGATTI 100 bringt in diesem Zustand 221 g auf die Waage, hat dabei aber ein Servo weniger und der Motor ist 10 g leichter. Also praktisch Gleichstand:
Etwas anders wird das Bild beim Abfluggewicht. Mit dem größten Akku (3S 650 mAh) bestückt, kommt der Go Ahead! auf 291 g, das entspricht einer Flächenbelastung von 37 g/dm2.
Die BUGATTI 100 schleppt hingegen bis zu 355 g mit sich herum, das ergibt satte 63 g/dm2. Bei ansonsten ähnlicher aerodynamischer Auslegung dürfte sich der Unterschied in der Flächenbelastung deutlich auswirken.
Also probieren wir den neuen Vogel doch mal aus!
Auf dem Weg zum Fluggelände ist wegen der kompakten Abmessungen reichlich Platz im Kofferraum. Die beiden gezeigten Modelle sind übrigens nach den gleichen, einfachen Methoden ausgelegt worden. Man sieht also, dass man mit geringem Aufwand durchaus zu sehr unterschiedlichen Formen kommen und diese in die Luft bringen kann:
Fliegen
Der Erstflug fand am 22.12.2015 bei jahreszeitlich bedingt traurigen Verhältnissen statt. Leichter Nieselregen und böiger Wind - es gibt Schöneres.
Ausgerüstet mit einer 6 x 3" Graupner Cam Folding-Luftschraube zog der Go Ahead! schnurgerade aus der Hand davon und brauchte keinerlei Trimmung. Viel erproben konnte ich bei dem Wetter nicht, aber trotz der unruhigen Luft an diesem Tag lag das kleine Ding bei beiden Flügen auffallend stabil und ohne zu zappeln. Die Landungen waren problemlos und schon ziemlich langsam, obwohl ich noch keine Überziehversuche gemacht hatte.
Soweit war also alles ok, nur die Geschwindigkeit war wegen der kleinen Steigung grenzwertig langsam - stärker hätte der Wind nicht sein dürfen.
Deshalb kam als einzige Änderung ein anderer Propeller zum Einsatz, der Motor dreht jetzt eine 7 x 5" APC-E. Damit zieht der Antrieb gerade einmal sechs Ampère bei Vollgas, und Go Ahead! geht ebenso senkrecht wie auch schnell geradeaus. Damit setzt er sich auch gegen kräftigen Wind durch, wie ich in den folgenden Tagen reichlich ausprobieren konnte.
Die Flugeigenschaften entsprechen exakt den eingangs geforderten Punkten, Go Ahead! liegt um alle Achsen sehr ruhig, jede Art von Gezappel ist ihm fremd. Die Ruder wirken sehr ausgewogen. Ich fliege ihn, wie alle meine Modelle, ohne Expo. Natürlich ist er bei Bedarf auch sehr quirlig zu bewegen, 640 mm Spannweite sind von Natur aus nicht träge!
Für klassischen Kunstflug ist reichlich Dampf vorhanden, und das Flugbild ist einmalig. Go Ahead! geht ganz locker durch die Figuren, ohne eigene Ideen in die Flugbahn einzubringen. So kann man sich auf die Kunststückchen konzentrieren und bekommt auf relativ kleinem Raum schnell ein erstaunliches Programm zustande.
Mit einem 3S 600 mAh Akku hat man dafür locker acht Minuten Zeit und der Antriebsstrang wird bestenfalls handwarm.
Zum Landen kann man den Kleinen extrem langsam machen. Das hochgesetzte Höhenleitwerk wirkt ganz hervorragend, wahrscheinlich eine Folge der sauberen Anströmung.
Einen Strömungsabriss muss man bewusst herbeiführen. Mit einem kräftigen Gasstoß kommt man sicher aus jeder noch so seltsamen Fluglage heraus.
Kurzum: Das Ding macht einen Riesenspass!
Fazit:
Der Go Ahead! verbindet das außergewöhnliche Flugbild im Stil der BUGATTI 100 mit absolut alltagstauglichen, gutmütigen Flugeigenschaften. Durch gezielte Änderungen der Geometrie und natürlich die geringe Flächenbelastung wurde der Charakter des kleinen Modells so angepasst, dass nach dem Abwerfen schon manchem alten Hasen der Spott über die geringe Größe vergangen ist.
Merke:
Ein 3-Meter-Modell sieht in 100 m Höhe auch nicht größer aus als der Go Ahead! in Platznähe!
Und falls ihr es gerne mal ausprobieren möchtet, wie sich Downsizing beim Modellfliegen außerhalb einer Halle anfühlt:
Das Rezept dafür habt ihr jetzt. Viel Spaß beim (billigen) Kauf der Zutaten - und natürlich beim Fliegen!