Wirbelring-Stadium
Ich bin sicher viele kennen den Begriff Wirbelring-Stadium aber für alle anderen möchte ich das Phänomen mal beschreiben. Das
Wirbelring-Stadium ist der Grund dafür, dass Copter beim Absinken häufig einen (wie so schön von Heliflieger bezeichnet) Eiertanz aufführen.
URSACHE:
Eiertanz tritt auf, wenn die Absinkgeschwindigkeit eines Drehflüglers (Multicopter oder Hubschrauber) innerhalb eines bestimmten Verhältnisses zu der Luftgeschwindigkeit, die durch den Propeller selbst nach unten erzeugt wird, ist. In meinem Fall kann man sagen: ein Quadrocopter mit ca. 1,4kg und 12" Props hat starke Probleme beim Absinken und das dürfte auch bei jedem anderen Copter mit diesen Eckdaten auftreten. Ursache ist die beim Absinken des Copters neben den Propellern aufsteigende Umgebungsluft. Quantitativ muss man sich das so vorstellen, dass die Luft an den Propellerausenkannten, die der Propeller eben gerade erst nach unten ausgestoßen hat seitlich in einer Ringform um den Propeller herumwandert und wieder von oben vom Prop angeseugt wird. Es eststeht ein Wirbelring an den Propellerausenkanten, welcher dafür sorgt, das dort dann kein Auftrieb mehr erzeugt wird. Hat sich erstmal ein Wirbelring gebildet ist er durch mehr Gas-geben nicht mehr aufzulösen, da der Luftstrom des Wirbelrings nur beschleunigt wird. Kommt ein Gefährt in das Wirbelring-Stadium kann der Pilot eigentlich nur eins machen: Seitlich Geschwindigkeit aufnehmen. Mit anderen Worten Roll oder Pitch reinhauen und aus dem Wirbelring herausfliegen, dann stabilisiert sich der Copter und die Props bleiben heil
. Das wusste ich nicht und daher bin ich abgeschmiert....
So, dass war nun die Ursache. Ich hoffe Heliflieger ist zufrieden mitd er Erklärung. Wer es noch genauer wissen will und hübsche anschauliche Bilder dazu sehen will, der kann sich das bei Wikipedia inkl. komplizierter Formeln und allem drum und dran anschauen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Wirbelringstadium
VERMEIDUNG:
Es ist natürlich vollkommen besch*** für einen Piloten immer seitlich abzusinken daher kann er dem Eiertanz auch vorbeugen. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten:
1. Kleinere Propeller und 2. höhere Drehzahl
Diese Lösung habe ich umgesetzt. Bei kleinen Propellern tritt Eiertanz später auf, sprich bei höheren Sinkgeschwindigkeiten, da das gleiche Coptergewicht von kleineren Propellern gehalten werden muss, die dann natürklich schneller dehen müssen und somit eine höhere Luftstromgeschwindigkeit durch den Propeller verursachen. Man entfernt sich vom "gefährliche Eiertanzverhältnis" der Luftgeschwindigkeiten. Das Problem ist hier, dass man natürlich mit kleineren Probs mehr Regleröffnung braucht zum Schweben und so nicht mehr so hohe Aufstiegsgeschwindigkeiten erreicht. Das müsste man dann damit kompensieren, dass man Motoren mit höheren KV Zahlen verwendet.
Ich werde jedenfalls bei meinem nächsten Copter auf kleinere Props und höhere Drehzahlen gehen um dieses doch sehr lästige Phänomen zu umschiffen.
An dieser Stelle würden mich Erfahrungswerte von Langzeitcopterpiloten interessieren, welche Copter in verschiedenen Konfigurationen geflogen sind. Gibts da ne Faustregel bei der Auslegung, um Eiertanz zu vermeiden? Zum Beispiel Verhält nis Gewicht zu Propellergröße zu Propelleranzahl?
3. Impeller
Beim Impeller kann Eiertanz nicht auftreten, da eng um den Propeller ein runder Rahmen gefasst ist (wie im Film Avatar diese Kampfhubschrauberdinger). Die Luft kann keinen Wibelring bilden, da sie durch dem Rahmen geblockt wird. Ein weiterer Vorteil von Impellern ist, dass der Wirkungsgrad nicht unerheblich steigt, da die Luft direkt nach unten gedrückt wird und nicht wie bei einem Propeller tweilweise zu sen Seiten. Problem hier ist natürlich das Mehrgewicht durch die Rahmen.
4. Wirbelring-Stadium durch Regelungstechnik ausgleichen
Das habe ich in einigen Foren gelesen aber meiner Meinung ist das Schwachsinn und kann nicht funktionieren. Das wäre für den Regler so, als wenn er einen sich schnell in der Zollzahl ändernden Propeller steuern müsste, der sich dazu noch vollkommen unregelmäßig verhält.
@Heliflieger: Ich hoffe ich konnte Deine Frage beantworten. Mein Copter weist dieses Phänomen auf, aber nur weil ich es nicht auf dem Schirm hatte bei der Copterauslegung. Mein nächster wird beim Absinken garantiert nicht mer eiertanzen :-D.
Gruß, Markus