Modellfluggrundwissen (Theorie)

Nach erfolgreichem Baukurs geht’s erst mal auf den Platz, um den Panda auszuprobieren.

1. Vorbemerkungen

Nach erfolgreichem Baukurs geht’s erst mal auf den Platz, um den Panda auszuprobieren. Aus eigener Erfahrung – die viele Leidensgenossen geteilt haben – läuft das ohne Frust nicht ab. Die ersten Male kommt er entweder nicht nach oben oder viel zu schnell und ungeplant nach unten. Meist geht man mehr verwirrt von den vielen neuen Begriffen vom Platz als geschickter und schlauer - was das Modellfliegen betrifft. Um die ersten Frustrationserlebnisse neuen Begeisterten zu ersparen, haben wir uns entschlossen dem durch theoretischen Unterricht und die vorliegenden Unterlagen vorzubeugen. Wohl gemerkt – es ist absolut möglich ohne jede theoretische Vorkenntnisse und unbelastet von jeglichen physikalischen Zusammenhängen ein Modell zu bauen und zu fliegen – keiner darf sich allerdings darüber wundern wenn’s nicht funktioniert.

Dementsprechend wenden sich die vorliegenden Unterlagen an diejenigen, die schon ein Modell gebaut haben und/oder die den Baukurs mitmachen durften. Anhand des Pandas werden die wesentlichen Bauteile und deren Bezeichnung erläutert. Vor allem werden elementare und praktische Fragen wie „Warum fliegt das Ding eigentlich (oder auch nicht)?“ oder „Was geschieht in einer Kurve?“ beantwortet. Aber es soll auch der „Blick“ geschärft werden für Flugeigenschaften von Modellen und – ohne viel Formelkram – die wichtigsten Maßzahlen von eigen- oder fremdkonstruierten Modellen kennengelernt werden. Zum Schluß beackern wir noch die häufigsten Fehler und geben Tips, wie Anfänger „am besten“ vorgehen sollten.

Wir betrachten deshalb in diesem Rahmen die mechanischen Teile (Motor u. ä.) nur soweit wie sie im Zusammenhang notwendig sind. Als Beispiel bemühen wir den Panda. Dabei wird der Motorpanda bzw. der Segler benutzt. Vorausgesetzt werden die Kenntnisse aus dem Modellbaukurs. Alles was zum eigentlichen Bauen dazugehört schenken wir uns und beschränken uns auf die Flugtechnik.


2 Was jeder nach dem Baukurs wissen sollte

Um die einzelnen Teile zu bezeichnen nimmt man sich am besten den Bauplan des Pandas vor. Für die folgenden Erläuterungen setzen wir die Begriffe voraus (das soll nicht heißen, daß der geneigte Leser nicht zwischendurch mal zur Gedächtnisauffrischung zurückschauen darf):



Und jetzt die entscheidende Frage: „Warum fliegt das Modell eigentlich, obwohl es schwerer als Luft ist?“. Dafür sind die drei Dinge Tragflächenprofil, EWD und Motor wesentlich. Gleich vorneweg: es ist nicht notwendig, daß alle drei beteiligt sind.



(Abb. 1.1/2; © Neckar-Verlag GmbH; ISBN 3-7883-0124-4) Zuerst zum Tragflächenprofil (kurz: Profil). Dadurch, daß bei gekrümmten Flächen – wie in der Zeichnung dargestellt - die Luft oben schneller als unten vorbeifließen muß, entsteht über der Tragfläche ein Unterdruck, unter der Tragfläche ein Überdruck. Die Tragflächen werden also – solange die Strömung der Luft „anliegt“ angehoben – und mit ihnen das ganze Modell (wie die Pfeile das verdeutlichen). Je schneller ein Modell ist und je stärker die Krümmung, desto stärker ist die Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite. Leider steigt mit stärkerer Krümmung und höherer Geschwindigkeit auch der Luftwiderstand – und zwar wesentlich schneller als der Auftriebsgewinn durch den Druckunterschied. Damit ist es wichtig und von ganz erheblichem Vorteil die Oberfläche der Tragflächen so glatt als möglich zu halten und das Profil passend zum Modell – d. h. zu den anderen Bauteilen - zu wählen, damit der Widerstand möglichst klein und der Auftrieb möglichst groß wird.

Wird der Luftstrom am Profil unterbrochen, so wird dies als „Strömungsabriß“ bezeichnet – eine Situation die bei einem Anfänger unbedingt vermieden werden sollte, denn dann kommt das Ding unweigerlich dem Erdboden näher.

Für die Flugeigenschaften ist nicht nur das Profil wesentlich, sondern auch der Winkel den es mit dem Höhenleitwerk bildet. Dieser wird als „Einstellwinkel“ bezeichnet. Da das Höhenleitwerk (beim Panda) immer bestrebt ist, den geringsten Widerstand der Luft entgegenzusetzen, pendelt sich das Modell in Richtung Höhenleitwerk ein. Dadurch bekommen die Tragflächenunterseiten – wie beim Drachen – zusätzlichen Druck auf die Unterseiten und heben das ganze Modell mit an. Bildet das Höhenleitwerk mit der Mittellinie des Modells selbst einen Winkel (sog. Höhenleitwerkswinkel, nicht zu stark, sonst hängt das Ding schief in der Luft), so ist natürlich die Differenz von Einstellwinkel und Höhenleitwerkswinkel maßgebend. Diese nennt man die EWD – die Einstellwinkeldifferenz. Keine Angst – beim Panda und fast allen sonst auf dem Flugplatz befindlichen Modellen ist der Winkel des Höhenleitwerks Null, so daß EWD gleich Einstellwinkel ist. Die EWD reicht von Null Grad (bei schnellen Modellen) bis zu 10 Grad. Beim Panda beträgt sie 6 Grad und sollte bei ähnlichen Modellen zwischen 3 und 6 Grad liegen. (wie man sie bestimmt werden wir weiter unten sehen). Grundsätzlich ist: je größer der Einstellwinkel (bzw. EWD), desto stärker ist der Auftrieb. Leider steigt auch hier mit größerem EWD der Widerstand überproportional stark an und das Modell neigt dazu senkrecht in den Himmel zu „schießen“ um dann nach Strömungsabriß (wenn der Schwung aufgebraucht ist) schneller auf den Boden zurückzukommen.



(Abb. 1.1/1; © Neckar-Verlag GmbH; ISBN 3-7883-0124-4 )
Das Bild faßt noch mal alle Kräfte die an einem Segler (in Bewegung) angreifen zusammen. Die Gewichtskraft G zum Erboden, der Auftrieb A, der Gewichtskraft entgegenwirkt und der Widerstand W der Luft. R ist dann praktisch die Kraft mit der das Modell aufsteigt. Wichtige Begriffe sind das Profil, die Querschnittsform von Tragfläche, Höhen- und Seitenleitwerk und der Einstellwinkel, der Winkel, in dem das Tragflügelprofil zur Rumpflängsrichtung am Modell sitzt. Der Einstellwinkel bleibt durch die unveränderbare Lage des Tragflügels am Rumpf immer gleich. Die EWD (Einstellwinkeldifferenz) ist die Differenz zwischen den Einstellwinkeln von Tragfläche und Höhenleitwerk.

Der Anstellwinkel ist der Winkel, in dem das Tragflächenprofil durch die ungleichmäßige Wirkung der jeweils momentan herrschenden Strömung der Luft angeblasen wird. Bei ferngelenkten Flugmodellen ist der Anstellwinkel durch die Betätigung des Höhenruderknüppels und die dadurch bedingte Veränderung der Höhenruderstellung zur Rumpflänge willkürlich veränderbar. Die Fluglage des Modells ist also wesentlich von der Kunst des Piloten abhängig, den „richtigen“ Höhenruderausschläge abgestimmt mit dem anströmenden Wind durchzuführen.

EWD und Profil genügen bei einem Segler schon, sich in die Lüfte zu schwingen. Bei vielen Modellen ist zusätzlich ein Motor notwendig, der eine Antriebswelle (oder Motorwelle) rotieren läßt. Auf die Antriebswelle ist ein sog. Spinner aufgesetzt der mit rotiert und die an ihm angebrachten Propellerblätter herumwirbelt. Diese sind in sich gedreht und sollten (bei richtiger Drehrichtung) Luft in Richtung Höhenleitwerk blasen. Die Menge und der Druck sind von der Stärke der Drehung der Propeller in sich, der Größe der Propeller und der Drehzahl des Motors abhängig (man stelle sich die Luft als Masse vor, in die sich der Propeller bohrt). Selbstredend, daß diese aufeinander abgestimmt sein müssen, damit nicht zuviel Luft nur rumgewirbelt wird oder andererseits der Motor nicht richtig auf Touren kommt.

Das eigentlich Wichtige bei der Sache ist, daß der Propeller die Tendenz hat durch die Zugkraft das Modell in die Höhe zu ziehen – ähnlich wie ein Hubschrauber. Dem wirkt man entgegen, indem die Motorwelle nicht gerade oder gar im positiven Winkel zur „Normalflugrichtung“ angebracht wird, sondern etwas nach unten gerichtet, also im negativen Winkel. Der Winkel wird als „Motorsturz“ bezeichnet und sollte gerade so groß sein, daß das Modell bei Vollgas gerade fliegt (oder leicht steigt – je nach Bedarf).

Das Modell hat drei mögliche Bewegungsrichtungen, die als „Achsen“ bezeichnet werden. Diese sind: (Abb. 1.2/1; © Neckar-Verlag GmbH; ISBN 3-7883-0124-4 )



Bei dem Ausspruch „Bewegung um die ...achse“ stellt man sich – wie auf dem Bild gezeichnet - die Drehung des Modells um den angedeuteten Stab vor. Leider bewegt sich das Modell meistens um mehrere Achsen gleichzeitig. Eine der schwierigsten Aufgaben ist es, die alle unter einen Hut zu kriegen.

Durch Leitwerk und Tragflügel (siehe oben) wird die Bewegungsrichtung beeinflußt. Das Höhenleitwerk um die Querachse, das Seitenleitwerk um die Hochachse und die Querruder (siehe hierzu Anhang) um die Längsachse. Alternativ zum Querruder (oder auch zusammen mit) kann auch bei genügender V-Form der Tragflügel mit dem Seitenruder eine Bewegung um die Längsachse erreicht werden (wie beim Panda). Dazu aber ausführlicher weiter unten. Das Leitwerk ist also wesentlich für die Querstabilität (Längsachse/Querruder), die Längsstabilität (Querachse/Höhenruder) und die Richtungsstabilität (Hochachse/Seitenruder).

Die Achsen schneiden sich im sogenannten „Schwerpunkt“ (der dadurch eindeutig festgelegt ist!). Der Schwerpunkt (oder auch Massenmittelpunkt) eines Modells ist der Punkt, an dem eine auf das Modell einwirkende Kraft angreifen darf und das Modell bewegt sich nur geradlinig in Richtung der Kraft, d. h. es versucht nicht durch Drehung o. ä. der Kraft „auszuweichen“. Ist ein Modell „ausgewogen“ (d. h. es ist bei dem berühmten Griff unter die Tragflächen im Gleichgewicht) so sagt man es ist „im Schwerpunkt unterstützt“. Ist ein Modell nicht im Schwerpunkt unterstützt, so heißt das ganz einfach, daß der Achsenschnittpunkt und der Massenmittelpunkt verschieden sind. Die Flugpraxis zeigt welch katastrophale Auswirkungen der Start eines solchen Modells hat. Sämtliche Ruderausschläge wirken bezüglich des Achsenschnittpunktes, alle äußeren Kräfte (Wind, Schwerkraft, Motor usw.) bzgl. des Massenmittelpunktes. Sind diese nicht identisch bedeutet das beispielsweise, daß die Schwerkraft nicht durch eine äquivalente Kraft - hervorgerufen durch ziehen des Höhenruders - ausgeglichen werden kann, sondern nur durch eine (theoretische) Kraft die den Unterschied der Wirkungspunkte mit berücksichtigt. Dies ist für Anfänger in der kurzen Zeit beim ersten Start fast unmöglich zu „treffen“.



(Abb 1.2/2; © Neckar-Verlag GmbH; ISBN 3-7883-0124-4) Der Auftriebsmittelpunkt (oder Druckmittelpunkt) ist der Punkt an einem Flugmodell mit maximalem Auftrieb. Er liegt bei Flugmodellen (mit symmetrischem Höhenleitwerk wie etwa der Panda) etwas unterhalb des Schwerpunktes auf dem Schnittpunkt von einem Drittel der Profiltiefe und der Hochachse (im waagrechten Gleitflug!). Das Modell kann nur dann gerade fliegen, wenn Schwerpunkt und Auftriebsmittelpunkt auf der Hochachse liegen. Durch Veränderung des Anstellwinkels (durch das Höhenruder) wird der Auftriebsmittelpunkt verlagert und das Modell nimmt die Nase hoch oder runter. Die Veränderung der Lage des Auftriebsmittelpunktes nennt man „Druckpunktwanderung“.


3 Rechts, Links, Hoch und Runter

Das – ideal ausgewogene, perfekt gebaute und voll funktionsfähige - Modell am Himmel soll jetzt Kurven fliegen bzw. es soll auf und ab gehen. Bevor wir zu Details kommen, lernen wir eines der wichtigsten physikalischen Gesetze der Luftfahrt kennen – das Hebelgesetz.

Dazu denken wir uns ein langes Brett, das über ein Rohr gelegt wird, etwa in der dargestellten Art:



Das Hebelgesetz besagt ganz einfach, daß das Brett genau dann im Gleichgewicht ist, wenn die Kraft am Kraftarm mal die Länge des Kraftarms gleich der Kraft am Lastarm mal die Länge des Lastarms ist. Bei Flugmodellen entspricht der Auflagepunkt des Bretts auf dem Rohr dem Schwerpunkt. Der Kraftarm ist der Rumpf zwischen Schwerpunkt und Leitwerk, der Lastarm der Rumpf zwischen Schwerpunkt und Propeller. Liegt das Modell also gerade in der Luft, so gleicht das höhere Gewicht des Motors, des Akkus etc. gerade den längeren Kraftarm des Höhenleitwerks aus.

Als nächstes werfen wir einen Blick auf den Sender der Fernsteuerung. Was geschieht jetzt wenn wir steigen wollen? Dazu ziehen wir den Hebel für das Höhenruder zum Piloten hin (nach unten) und der Fahrtwind drückt auf das jetzt nach oben gehende Höhenruder. Da der Rumpf und alle sonstigen Teile gleich bleiben, nur jetzt eine zusätzliche Kraft auf den Kraftarm wirkt, „kippt das Brett“ und der Flieger nimmt die Nase nach oben. Die Bewegungen sind absolut identisch mit denen am Steuerknüppel eines richtigen Flugzeuges. Wenn wir nach unten wollen schieben wir den Hebel am Sender nach vorne, das Höhenruder geht nach unten und der Fahrtwind drückt das Höhenleitwerk nach oben und damit die Nase nach unten. Also wieder nach dem Hebelgesetz, nur in umgekehrter Richtung.

Wollen wir eine Kurve fliegen, so bemühen wir ebenfalls das Hebelgesetz. Es wirkt nun allerdings quer, d. h. Kraftarm und Lastarm sind die beiden Tragflächen. Da der Panda rechts und links gleich ist; liegt das Modell absolut gerade in der Luft (man kann das auch auf einem ebenen Küchentisch ausprobieren!). Soll es nach rechts gehen ziehen wir den entsprechenden Hebel nach rechts und das Seitenruder schlägt nach rechts aus. Jetzt drückt der Fahrwind auf das Ruder und die rechte Seite erhält eine zusätzliche Kraft. Dadurch wird die rechte Tragfläche (Hebelgesetz) nach unten gedrückt und das Modell fliegt eine Rechtskurve (dabei ist die V-Form wichtig!). Genauso – nur andersrum – bei einer Linkskurve.

Die Besonderheit des Pandas ist seine V-Form der Tragflächen. Wie das Bild zeigt, entsteht bei der geneigten Seite ein

(Abb 1.2/5 ; © Neckar-Verlag GmbH; ISBN 3-7883-0124-4)




größerer Auftrieb als bei der anderen Seite der Tragfläche. Nehmen wir am Sender den Hebel wieder zurück, so wirkt keine Kraft über den Seitenruderausschlag mehr dem stärkeren Auftrieb entgegen. Wegen des Hebelgesetzes – nur jetzt in entgegengesetzter Richtung angewendet – pendelt der Panda wieder in die Ausgangslage zurück. Da das ohne Ruderwirkung geschieht nennt man das Modell „selbststabilisierend“. Eine Eigenschaft, die der Panda mit allen Modellen mit genügender V-Form teilt.

Übrigens – Modell ohne V-Form teilen diese Eigenschaft nicht. Bei denen muß über eine Gegenruderbewegung die Normallage wieder hergestellt werden. (doch mehr darüber im Anhang)


4 Ausflug in die Elektronik und Mechanik

Es soll mit dem folgenden Abschnitt Einblick in die wesentlichen Antriebsteile gegeben werden – doch halt, zuerst müssen wir einen der größten Gegner der Flugzeugbauer kennenlernen, den „Wirkungsgrad“. Was hat es damit auf sich? Nun, ein Modellteil wie z. B. der Motor oder ein Stecker am Kabel nimmt eine gewisse Energie auf und gibt auch eine gewisse Energie ab. Leider ist die aufgenommene größer als die abgegebene Energie (oder Leistung) und nicht etwa gleich. Ursachen hierfür sind zum Beispiel

* bei Akku, Kabel, Stecker der (elektrotechnische) Widerstand des Leiters,
* bei Motor, Luftschraube, Tragflächen der Widerstand hervorgerufen durch (mechanischen) Reibung der Luft,
* usw....

Unter Wirkungsgrad eines Bauteils verstehen wir die abgegebene Energie (Leistung) geteilt durch die aufgenommene Energie (Leistung). Einige Wirkungsgrade für ein durchschnittliches Modell sind:

* Motor 0,7
* Akku 0,9
* Propeller 0,6
* Modell 0,9

Für alle Bauteile eines gut gebauten Modells zusammengenommen liegt der Wirkungsgrad bei ungefähr 0,32, d. h. nur 32 % der im Akku befindlichen Energie wird in Vorwärtsenergie beim Fliegen umgesetzt (meist noch weniger)! – dabei ist noch nicht berücksichtigt, daß beim Laden des Akkus ebenfalls einiges verloren geht. Das ist mit ein Grund warum ein Modellflieger die Bauteile seines Fliegers und ihre Vor- und Nachteile gut kennen sollte, um den verbliebenen Rest gut zu nutzen.

Was ist eigentlich in diesem Zusammenhang „Strom“? Anschaulich gesprochen kann man sich den Strom als Gebirgsbach vorstellen. Die Spannung des Stroms (bezeichnet durch V) ist die Höhendifferenz von Quelle zur Mündung, die Anzahl der Felsbrocken im Bachbett ist der Widerstand, wie schnell das Wasser fließt ist die Stromstärke in Ampere (bezeichnet durch A) und die Wassermenge, die in einer Stunde einen bestimmten Punkt passiert, ist die Leistungsfähigkeit (bezeichnet mit mAh, d. h. Milliamperstunden; genannt auch Kapazität).

Welche Bauteile des Panda haben mit Strom zu tun? Die wichtigsten elektrotechnischen Bauteile sind:

* Der Akku (Akkumulator) – also die Stromversorgung. Die Spannung (gemessen in Volt V) und die Leistungsfähigkeit (gemessen in mAh) sind die wesentlichen Maßzahlen. Zu beachten ist, daß die Motorspannung und die Akkuspannung gleich – zumindest nicht allzu weit voneinander entfernt sind. Aber was heißt das? Der Akku besteht aus einer gewissen Anzahl von wiederaufladbaren Zellen. Jede Zelle hat eine Spannung von ungefähr 1,2 V. Die Zellen sind so verlötet, daß sich die Spannung addiert, d. h. man kann die 1,2 Volt mal der Anzahl der Zellen nehmen, um zur Spannung des Akkus zu kommen. Beim Panda etwa . Die Akkuspannung sollte die Herstellerangabe der durchschnittlichen Betriebsspannung des Motors um nicht mehr als eine Zelle (also 1,2 V) übersteigen. Der Speed 400 des Pandas (mit 7,4 V ) sollte also maximal mit 7 Zellen geflogen werden (die vorstehenden Ausführungen beziehen sich auf den Panda ohne Getriebe!). Je tiefer man in die Tasche greift, desto leistungsfähigere Akkuzellen kann man sich leisten (die zudem noch ein ganzes Stück leichter sein können). Am besten man beteiligt sich als Anfänger an einer Sammelbestellung für Akkus

* Der Empfänger; er empfängt die Signale des Senders und verteilt diese an die Servos und den Motor. Doch, was kann man sich darunter anschaulich vorstellen? Die Funksignale sind Wellen, die eine geeignete Schwingung (d. h. auf einer bestimmten Strecke soundsoviele Ausschläge) besitzen. Die Anzahl der Schwingungen heißt Frequenz des Funksignals. Damit sich die vielen verschiedenen Signale nicht in die Quere kommen sind die Frequenzen unterteilt und mit Nummern bezeichnet. Der Sender und der zugehörige Empfänger filtern aus dem gigantischen Wellensalat der uns umgibt, diejenigen mit der richtigen Wellenlänge heraus. Jeder Sender sendet auf einem bestimmten Frequenz und jeder Empfänger empfängt nur eine bestimmte Frequenz. Die einzelnen Frequenzen sind weiter unterteilt in sog. Kanäle (manchmal spricht man dann vom „Band“ und meint damit eigentlich ein Frequenzband), damit mehrere Modelle auf dem gleichen Band gleichzeitig fliegen können. Für die Modellflieger zulässige und reservierte Kanäle sind 35, 35B und 40 Band)

Es ist verboten, zudem grob unsportlich und auch gefährlich wenn auf dem Flugplatz - vor einschalten seines Senders - der Pilot sich nicht vergewissert, daß keiner mit dem gleichen Kanal gerade eingeschaltet hat.

* Das entscheidende am Empfänger ist der sog. Quarz, der den Kanal angibt (am Sender und Empfänger der entsprechende). Bei Störungen (wodurch die auch immer hervorgerufen worden sein sollen) kann es sein, daß ein Sender in den „benachbarten Kanal“ hineinfunkt, d. h. er sendet Signale auf einem Kanal „neben dran“. Man spricht dann von fehlender „Trennung“ der Kanäle.

* Der Regler; er regelt in Abhängigkeit von den empfangenen Signalen die Drehzahl des Motors und versorgt über den angeschlossenen Akku das Modell mit Strom. Der Regler kann nur eine bestimmte Höchststromstärke des Motors auf Dauer verkraften (am besten man hält sich da an die Herstellerangaben).

* Servos/Rudermaschinen sie bewegen die Ruder über das Rudergestänge in Abhängigkeit von den Signalen des Empfängers. Die wichtigsten Kennzahlen sind die Stellgeschwindigkeit (also wie schnell der Servo den Ausschlag annimmt) und die Stellkraft (also welches Gewicht der Servo maximal dabei ziehen kann).

* Der Motor mit seinen wichtigsten Kennzahlen Betriebsspannung, Wirkungsgrad (über die beiden Kennzahlen haben wir uns schon ausgelassen – und langweilen wollen wir den geneigten Leser nicht), Motorstrom (also wieviel Ampere er so „verbruzzelt“ oder „zieht“), Drehmoment (d. h. die Kraft mit der eine Drehung ausgeführt wird) und Drehzahl (das ist selbsterklärend!).

* Stellt man sich die Luft als festes Holz vor und der Propeller (oder Luftschraube) bohrt sich nun in das Holz, so werden die wesentlichen Maßzahlen des Propellers sofort klar. Die Größe des Propellers gibt die Lochgröße wieder, also wieviel Luft nach hinten weggedrückt worden ist. Natürlich muß bei einer größeren Luftschraube auch ein stärkerer Motor ran (der ist i. a. etwas schwerer!). Die Drehung des Propellers in sich (genannt auch die Steigung) gibt die Richtung des „Bohrers“ und die zurückgelegte Strecke bei einer Umdrehung an. Die Umlaufgeschwindigkeit legt letztlich die Modellgeschwindigkeit fest (bzw. die Bohrergeschwindigkeit!). Aber Vorsicht – wird das Modell auf andere Art beschleunigt (etwa im Sinkflug durch die Erdanziehung) kann soviel Luft von vorne anströmen, daß der Propeller diese nicht mehr nach hinten „wegschaufeln“ kann. Es tritt eine Bremswirkung (ähnlich der Motorbremse beim Autofahren) ein. In einem solchen Fall sollten der Motor abgeschaltet werden, damit die Propellerblätter sich anlegen können.

Über die einzelnen Bauteile sind schon Bücher geschrieben worden, so weitläufig sind die Themen. Wir sind deshalb speziell nur auf einige wichtige Grundbegriffe und – nicht ganz so offensichtliche – Punkte eingegangen. Der Eindruck ist allerdings nicht abwegig, daß es bei keinem Thema zum Modellfliegen wie bei der Elektrotechnik mehr auf den „Erfahrungsaustausch“ auf dem Flugplatz ankommt (böse Zungen behaupten: es wird getratscht!).


5 Was haben Flugmodelle und Vögel gemeinsam?

Einfach gesagt: ziemlich viel – mehr als es dem ersten Augenschein nach aussieht. Wir wollen in dem Abschnitt die Flugeigenschaften des Pandas beurteilen lernen und Unterschiede, z. B. beim Starten und Landen verglichen mit anderen Modellen, kennenlernen. Dazu werden wir Gemeinsamkeiten von Vogelflug und Modellflug aufzeigen und verwenden. Doch zunächst zu einigen wesentlichen Kennzahlen (das hier ist die einzige Stelle der Ausarbeitung bei der Formeln vorkommen – bitte um Verzeihung). Der Flächeninhalt (der Tragflächen) berechnet man (in guter Näherung) durch die Formel



Dabei müssen Wurzelrippe, Endrippe und Spannweite in cm angegeben sein. Der Flächeninhalt wird dann in (d. h. in „Quadratdezimetern / 10 cm lang und 10 cm breit) angegeben. Zum Beispiel beträgt der Flächeninhalt beim Panda:



Eine der wichtigsten Maßzahlen für ein Flugzeug (bzw. für fast alles was fliegt) ist die Flächenbelastung. Sie wird berechnet durch



und wird in Gramm/dm2 angegeben. Also etwa beim Panda



Die Streckung ist das Seitenverhältnis der Tragfläche, d. h. die Spannweite der Tragfläche geteilt durch ihre größte Flächentiefe. Beim Panda ist beträgt sie 135 cm / 15 cm = 9.

Vergleichen wir etwa die kleine Schwalbe mit einem großen Albatros, so fällt auf, daß der Albatros ein schnellerer Flieger (69 km/h im Vergleich zu 28 km/h; übrigens Panda 36 km/h) – im Normalflug - mit einer relativ niedrigen Flügelschlagfrequenz und großer Flügelstreckung ist (alles verglichen mit der Schwalbe). Grundsätzlich nimmt bei steigender Flächenbelastung die Fluggeschwindigkeit zu (sie ist beim Albatros 6mal höher als bei der Schwalbe).

Übertragen auf unsere Flugmodelle heißt das, daß große Modelle schneller fliegen müßten als kleine, denn bei Vergrößerung des Modells nimmt der Flächeninhalt der Tragflächen langsamer zu als das Modellgewicht. Dem physikalischen Grundsatz können wir dadurch entkommen, daß wir etwas tiefer in die Tasche greifen und für teureres Geld ein zwar größeres aber leichteres Modell aus anderem Material, mit leichterem Motor und leichterem Inhalt kaufen. Die Flächenbelastung fällt damit und das Modell wird zwar größer - aber langsamer.

Die Segelleistung – d. h. die Fähigkeit lange ohne Flügelschlag sich in der Luft zu halten - eines Albatros ist hinlänglich bekannt. Die wesentliche Ursache hierfür ist die große Streckung der Flügel (der Albatros hat den Wert 19!) – aus demselben Grund sind Segler mit sehr schmalen aber langen Flügeln ausgestattet. Bei ihnen ist der durch die Luft an den Tragflächen hervorgerufene (in der Fachsprache „induzierter“) Widerstand klein bei großem Tragflächeninhalt. Sowohl der Segler als auch der Albatros können sich damit bei geringer „Motorleistung“ in großen Höhen schnell gleitend durch die Lüfte bewegen. Aus demselben Grund müssen Speedmodelle und Schwalben (Schwalben haben die Streckung 11) wie wild „mit den Flügeln schlagen“ um in der Luft zu bleiben (also eine relativ große Motorleistung vollbringen).

Auch beim Starten sind die Probleme der Modellflieger sehr ähnlich derer der Vögel. Vögel starten gerne von hohen Punkten aus mit Gegenwind, da sie die Schwerkraft ausnutzen um genügend Fahrt relativ zur Windgeschwindigkeit zu bekommen. Damit liegt schnell „Strömung an den Tragflächen an“. Genau aus den gleichen Gründen sollte der Modellstart gegen den Wind und mit kräftigem geraden(!) Wurf erfolgen (wie beim Speerwurf, damit der Widerstand an den Tragflächen gering bleibt und das Modell möglichst wenig abbremst oder der Druck das Modell in die Höhe schießen läßt). Da beim Start – wegen der nur langsam steigenden Geschwindigkeit – sehr viel Akkustrom verbraucht wird (relativ zum Normalflug) ist eine große Flügelfläche und ein starker Motor von Vorteil (deshalb breiten große Vögel ihre Schwingen beim Starten so stark aus!). Kleine Flugmodelle mit hoher Flächenbelastung müssen deshalb mit kräftigem Schwung abgegeben werden, damit sie nicht in der Startphase zuviel Höhe verlieren (sie haben dasselbe Problem wie etwa Spatzen beim Starten, die zum Starten wie wild mit den Flügeln schlagen, aber wenn sie Schwung haben recht flotte Flieger – auch ohne Geflattere - sind).

Die Landung sollte ebenfalls möglichst gegen den Wind erfolgen, damit das Modell abgebremst und die Landestrecke kurz gehalten wird. Höhe sollte man dabei durch Kreisen des Modells verlieren – nicht durch Tiefenruder, denn dann wird das Modell schneller. Wer einmal einen Albatros hat landen sehen, kann sich vorstellen welche Landestreckenprobleme große Segelflieger haben. Sie schweben noch endlos knapp über dem Boden und sind Querwinden fast hilflos ausgeliefert. Meist behilft man sich dabei mit Störklappen, die den Luftstrom an den Tragflächen unterbrechen und den Luftwiderstand erhöhen. Übrigens – Außenlandungen sind möglichst zu vermeiden – und wenn es notwendig sein sollte, immer nur einer in den Acker laufen.

Eines der interessantesten Kunststücke beim Modellflug (und nicht nur dort) ist die Kunst des Gleitens, d. h. die Fähigkeit ohne Motorkraft in der Luft über längere Zeit zu bleiben, ohne Höhe zu verlieren. Dazu können wir aufwärts strömende Luft verwenden. Diese kommt etwa an Hängen vor, wenn der Wind den Hang aufwärts bläst oder durch Thermik, d. h. erwärmte Luft am Boden strömt nach oben und erzeugt einen „Aufzug“. Wirkt keine dieser Kräfte auf das Modell und der Motor ist abgeschaltet, so wird es unweigerlich auf den Erdboden sinken. Die Höhe, die das Modell pro Sekunde dabei verliert, nennt man „Sinkgeschwindigkeit“. Die Strecke die es pro gesunkenem Meter vorwärtskommt wird als „Gleitzahl“ bezeichnet. Sie sind um so besser je größer die Flügelstreckung und je aerodynamischer das Modell ist.


6 Was keiner vergessen sollte...

Der erste Versuch ist meistens schwer – doch die folgende Checkliste entlastet das Gedächtnis und schützt vor ersten Frustrationen:

Noch daheim sollte:
1. das Modell geprüft werden, ob alles fest sitzt (Servos!) und nur das wackelt, was wackeln soll;
2. der Akku geprüft werden, ob er (voll!) geladen ist – ansonsten nachladen;
3. das Modell einmal startfertig zusammengebaut werden, ob alles vollständig ist;
4. eine Ruderfunktionsprüfung durchgeführt werden, ob der Ausschlag in die richtige Richtung erfolgt und die Ausschlagweite richtig und nach jeder Seite gleich ist;
5. geprüft werden, ob der Motor auf vollen Touren läuft, der Spinner fest genug sitzt und die Kabel vom Motor zum Regler richtig fest verlötet sind;
6. der Sender geprüft werden (geladen?); Hebel richtig belegt?
7. die Trimmung an der Fernsteuerung sollte bei den Prüfungen in der Mitte stehen – wenn nicht richtigstellen an den Servos!
8. geprüft werden, ob alles vollständig ist (z. B. Kabinenhaube, Tragflächensteckungen, Akku, Fluggummies etc.);
9. geprüft werden, ob alle Bestandteile des Ladegerätes vorhanden sind.

Auf dem Platz sollte bevor es los geht:
1. zuerst die Frequenzklammer besorgt werden;
2. das Ladegerät angeschlossen werden;
3. der Sender zusammengebaut werden (alles fest?);
4. das Modell vollständig zusammengebaut werden (alles fest?);
5. der Empfänger geprüft (Reichweitentest) werden;
6. die Ruderstellung (gerade) mit Funktionsprüfung durchgeführt werden;
7. eine vollständige Funktionsprüfung (Motor, Servos etc.) durchgeführt werden;
8. ein guter Werfer – und bei einem Anfänger ein erfahrener Pilot als Ausbilder –gesucht werden;
9. vor allem die Ruhe bewahrt werden!!!

Auf keinen Fall macht es Sinn als Anfänger sich eine grüne Wiese zu suchen und das Modell einfach einmal auszuprobieren. Das ist erstens gefährlich und zweitens geht praktisch kein solcher Erstversuch gut!


Literatur:

[1] Geck, Wilhelm: Antrieb nach Maß; NV 1992; ISBN 3-7883-0636-X (alles über Elektroantrieb von Modellen)
[2] Simons, Martin: Flugmodell Aerodynamik; vth Baden-Baden 1994; ISBN 3-88180-012-3 (ein Muß für die Aerodynamik-Freeks)
[3] Drexler, Helmut: Baupraxis für RC-Flugmodelle; NV 1994; ISBN 3-7883-0124-4 (leicht verdauliche Einführung in die Flugproblematik)
[4] Tennekes, Henk: Kolibris und Jumbo-Jets; Birkhäuser 1997 ISBN 3-7643-5462-3 (eine nicht ganz leicht verständliche – aber sehr interessant geschriebene – Einführung in die Grundbegriffe und Probleme beim Fliegen)



Anhang:

A Zur EWD

Ein Problem haben wir zwar angesprochen, aber bis jetzt keine Lösung angeboten – wie mißt man die EWD? Dazu legt man einen geraden Stab auf das Höhenruder und mißt – senkrecht! – den Abstand des Stabes (senkrechtes Lot) zur Endleiste und zur Nasenleiste der Tragfläche. Weiter sollte noch die Breite der Tragfläche an der gemessenen Stelle bekannt sein. Dann ist



Beim Panda messen wir Abstand Nasenleiste 3,5 cm und Endleiste 2 cm. also



- wie wir weiter vorne schon bemerkt haben.

B Etwas über Querrudermodelle

Im Gegensatz zur Kurvenflugtechnik des Pandas gibt es auch Modell die über Querruder Kurven fliegen (die Querruder sind diese Klappen an den Tragflächen die sich bei Steuerknüppelausschlag gegeneinander hoch bzw. runter bewegen). Oft haben diese Modelle keine V-Form und sie müssen, um in die Kurve zu gehen, erst um die Längsachse gedreht (Rollen) werden in Kombination mit Seiten und/oder Höhenruder (die Drehung um die Hochachse heißt in diesem Zusammenhang „Gieren“).