Technologien am Beispiel eines Motorseglers
Das Flugmodell auf dem Foto Abbldung 1 ist wohl eines der technisch am weitesten entwickelten Modelle weltweit. Es handelt sich um einen kunstflugtauglichen, elektrisch angetriebenen Motorsegler, der seinen Erstflug im Jahre 1997 hatte. Das Flugzeug ist ein Entwurf von Dipl. Ing. Thomas Kutscheid, einem Mitglied der Modellfluggruppe Markdorf.

Abbildung 1 AVALANCHE-VE mit Erbauer und Pilot Thomas Kutscheid

Die herausragenden Eigenschaften der Maschine wurden zum einen durch einen ausgefeilten aerodynamischen Entwurf und zum anderen durch die Verwendung ultraleichter und hochfester Werkstoffe erreicht.
Im einzelnen besticht das Modell durch folgende technische Lösungen:

- Bürstenloser Elektromotor im Mittelrumpf eingebaut
- Antrieb der im Heck befindlichen Klappluftschraube über eine mehrfach kugelgelagerte Fernwelle
- Sehr leichter, selbst entworfener CFK-Klapppropeller, in CNC-Formen gefertigt
- Flügelschale als Sandwichbauteil mit GFK-Deckschichten und Aramidwabe
- CFK-Holm mit hochfester Kohlefaser für Lastvielfache bis 40
- Spezielle Holmbrücke mit Schnellverriegelung beider Flügelhälften am Rumpf
- Flügelruder mit CFK-Rohrnase, in CFK-Hohlkehle demontierbar gelagert
- Pendel V-Leitwerk mit innenliegendem Antrieb über eingebaute Servos
- Extrem leichtes, demontierbares Rumpfrohr aus CFK
- Deckel im Mittelrumpf für gute Zügänglichkeit zum Empfänger/Vario/Bordcomputer
- Aufsteckhaube mit darunterliegendem Schnellwechselhalter für den Antriebsakku

Abbildung 2  Übersichtszeichnung AVALANCHE-VE

Aufbauend auf dem bereits Ende der 80er Jahre entwickelten Segelflugmodell AVALANCHE gelang die Konstruktion und der Bau des AVALANCHE-VE in einem Zeitraum von 3 Jahren mit einem Aufwand von etwa 1200 Stunden. Bezeichnend ist die geringe Masse des Flugzeugs: Mit 2,5 kg ist der Motorsegler nur 350 g schwerer als der reine Segler, obwohl der Antrieb (Akku, Motor, Luftschraube und Fernwelle) über 1 kg wiegt. Weitere Details ergeben sich aus der Tabelle 1:

 Tabelle 1 Massen- und Momentenbilanz

 Inzwischen wurde das Modell unter Benutzung eines Bordcomputers ausgiebig flugerprobt. Dabei wurden folgende Leistungsdaten gemessen:

- Steigleistung im Kraftflug etwa 6 m/s
- Steighöhe aus einer Akkuladung  ca. 1500 m
- Volle Kunstflugtauglichkeit im Segelflug
(Es ist z.B. möglich, aus einer Horizontalgeschwindigkeit von ca. 200 km/h im Segelflug drei halbe Loopings übereinander zu fliegen. Die Rollrate liegt bei ca. 300°/s)
- Höchstgeschwindigkeit im antriebslosen Sturzflug bis ca. 260 km/h (ca. 350m senkrecht)
- Mindestgeschwindigkeit etwa 30 km/h
- Flugzeit im Dauerflug über 50 Minuten ohne Thermikeinfluß


 Diese Leistungen sind in dieser Kombination bisher von keinem käuflich erwerbbaren Flugmodell erreichbar. Im Sommer 1998 konnte daher anläßlich des international besetzten Treffens der Experimentalflieger INTER-EX in Ostrach der Preis für das beste Modell errungen werden. Ein Jahr später gelang beim INTER-EX in Nederweert / Niederlande sogar der Erfolg in der Kategorie für die spektakulärste Flugvorführung.

 Die guten Leistungsdaten des Modells konnten unter anderem durch konsequente Optimierung vieler Auslegungsparameter erreicht werden. Dabei wurde in großem Umfang auf Computerprogramme zurückgegriffen, von denen einige spezielle Entwicklungen von Mitgliedern der Modellfluggruppe Markdorf darstellen:

- Die Berechnung der Auftriebsverteilung des Tragflügels erfolgte mit dem Programm MULTHOPP von Dipl. Ing. Thomas Kutscheid. Ursprünglich auf einem kleinen Tischrechner entstanden, ist diese Software heute mit einer Windows-Oberfläche erhältlich. Ein Grafik-Ausdruck des Programms ist in der Abbildung 3 dargestellt.


 Abbildung 3 Auftriebsverteilung des Tragflügels (Traglinientheorie von MULTHOPP)
 

- Die Berechnung der Sinkflugpolare erfolgte mit dem DOS- Programm TMODELL der Fa. Köhler.
- Für die Auslegung des Elektroantriebs wurde das Programm PEPMOD verwendet. Diese Routine wurde entwickelt von Dr. Ing. H. J. Hackstein, einem früheren Mitglied der Modellfluggruppe Markdorf. Dr. Hackstein errang mit seinen Elektroflugmodellen viele nationale und internationale Rekorde. Ein wesentliches Ergebnis dieser Berechnungen ist das folgende Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Masse und den erreichbaren Flugleistungen darstellt.

 Abbildung 4  Steiggeschwindigkeit, Höhe und Flugzeit als Funktion der Masse
(Rechnung mit dem ursprünglich verwendeten Bürstenmotor)
- Für den Entwurf des Propellers wurde das im Internet verfügbare Programm von Dr. Ing. M. Hepperle, DLR Braunschweig, verwendet (->http://beadec1.ea.bs.dlr.de/Airfoils) Die damit berechnete Propellergeometrie wurde in ein 3-D CAD-Modell umgesetzt und mit diesen Geometriedaten wurde die Laminierform aus Stahl CNC-gefräst.
Die technischen Details des Modells wurden in einer Artikelserie in Aufwind Nr. 4 und 6/1998 sowie 2/1999 beschrieben. In der Ausgabe 3/2000 werden die Ergebnisse einer Leistungsvermessung mittels Bordcomputer (http://www.koeln.netsurf.de/~ingo.stahl) dargestellt.


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