Was ist eigentlich ein Propellermoment am Modellhelikopter
Was ist das Propellermoment
Der Begriff "Propellermoment" hat mit den Kräften zu tun, die durch sich drehende Propeller oder Schiffsschrauben entstehen. Fast jeder kennt den Begriff Drehmoment vom Auto - ein Begriff, der etwas über die durchzugskraft des Motors aussagt. Auch am Helikopter treten "Momente" auf. Wie uns vom Helikopter bekannt ist, würde dieser sich in entgegengesetzter Richtung zum Rotor drehen, wenn wir nicht durch z. Bsp. einen Heckrotor eine diesem Drehmoment entgegengesetzte Kraft erzeugen würden.
In der Modellhelisparte wird der Begriff Propellermoment derzeit sehr oft in Zusammenhang mit dem Heckrotor gebracht, obwohl die Verwendung dieses Begriffes in diesem Zusammenhang eigentlich nicht ganz richtig ist. Die Rede ist von den sogenannten Propellermomentgewichten (kurz: PMG), auch "Chinese Weights" genannt. Sicherlich treten am Heckrotor auch Momente (phys.) auf, die aber mit dem ursprünglich durch diesen Begriff gekennzeichneten Propellermoment nicht sehr viel gemein haben.
Fakt ist, dass an Heckrotorkonstruktionen bedingt durch die Fliehkraft negative Effekte auftreten. Diese negativen Effekte äußern sich in der Form, dass mit steigender Drehzahl immer größere Kräfte erforderlich werden, um den Anstellwinkel der Blätter aus dem neutralen Bereich heraus zu verändern. Die Kräfte, die zu diesem negativen Effekt führen sind zum einen die Fliehkraft und zum anderen der Luftwiderstand an den Heckrotorblättern. Beides führt dazu, dass die erforderlichen Stellkräfte vom Heckservo mit zunehmendem Blattanstellwinkel auch steigen.
Allein aerodynamisch betrachtet, würden die Heckrotorblätter ohne Einfluss des Heckservos immer 0° Anstellwinkel einnehmen, da dann der geringste Luftwiderstand an den Blattflächen herrscht.
Zum Einfluss des Luftwiderstandes kommen aber noch die Fliehkräfte, die je nach Heckrotorkonstruktion eine starke Gegenkraft zur Verstellkraft des Servos darstellen. Da die Fliehkraft ja bekanntlich neben der Geschwindigkeit auch von der Masse abhängt, kamen einige Tüftler auf die Idee, das Kräfteungleichgewicht zu Gunsten des Heckservos auszugleichen. Die Idee ist relativ simpel. Man benutzt dazu sogenannte "Chinese Weights".
Im folgenden Bild zunächst eine Veranschaulichung der Zusammenhänge.
Wir sehen ein Seil an dem eine schwere Kugel befestigt ist. Die Kugel rotiert am Seil im Kreis um den Drehpunkt (rotes Kreuz in der Mitte) herum. Das kennen wir so ähnlich von einer olympischen Disziplin, dem Hammerwerfen. Jeder weiß, dass sich die Kugel bei ausreichender Drehzahl immer auf einer Kreisbahn bewegen wird.
Warum das so ist? Die Fliehkraft sorgt dafür, dass die Kugel (Masse) sich vom Drehpunkt entfernt. Sobald wir das Seil loslassen, schießt die Kugel in eine Richtung davon. Solange sie aber am Seil hängt, wird sie auf der Kreisbahn gehalten. Die Masse hat also in unserem Fall das Bestreben, sich so weit wie möglich vom Drehpunkt zu entfernen.
Veranschaulichung
Ich versuch das mal verständlich zu erklären. Die Physiker mögen es mir verzeihen. Im Falle unseres Helikopters ist der Drehpunkt die Heckrotorwelle. Das Heckrotorblatt verkörpert gleichzeitig unser Seil und die Kugel (Masse). Die rotierende Masse setzt sich am Heli aus den Komponenten Rotorblatt, Blatthalter, Schrauben, Anlenkkugeln, usw. zusammen.
Bild 1: Die Masse rotiert auf einer exakten Kreisbahn, vorausgesetzt die Drehgeschwindigkeit ist hoch genug. Doch am Heckrotor ist es etwas komplexer - daher eine weitere Erklärung.
Bild 2: Im Bild zu sehen sind zwei fest miteinander verbundene, um einen Drehpunkt herum rotierende Kugeln (Massen). Wenn man die Kugeln in eine Position außerhalb der Kreisbahn bringen würde (siehe Bild), streben sie BEIDE wieder auf die Kreisbahn zurück, bis beide Kugeln exakt auf der Kreisbahn laufen. Genau das passiert am Heckrotor unseres Helis. Aus den Fliehkräften resultierende Kräfte drücken die Schiebehülse gegen die Servokraft zurück in die Mitte. Je höher die relevanten Massen und je höher die Drehzahl - umso größer ist die Kraft, die das Heckservo aufbringen muss.
Wandern die Masseschwerpunkte nun von der Kreisbahn nach außen (wie im obigen Bild dargestellt), dann wirken Kräfte, die den Masseschwerpunkt wieder auf die Kreisbahn bringen wollen. Genau das passiert bei der Verstellung des Heckrotors in Richtung positivem oder negativem Anstellwinkel. Deshalb hat das Heckrotorblatt immer das Bestreben wieder in die Stellung 0° zu laufen. Denn das ist genau die Stellung, bei der die relevanten Massepunkte des rotierenden Heckrotorblattes (nebst Anbauten) nächstmöglich auf der idealen Kreisbahn laufen.
Um das so entstehende Moment ganz oder zumindest teilweise auszugleichen, bringt man 90° versetzt zu den Masseschwerpunkten ausgleichende Gewichte (Massen) an. Alle Gewichte sind fest miteinander verbunden. Diese Ausgleichsgewichte sind im unteren Bild grün dargestellt. Sie gleichen die durch die Massen der schwarzen Kugeln entstenden Kräfte aus und stellen so eine Balance her. Am Heli sind das die PMGs.
Bild 3: Egal wie unsere Massen sich drehen werden, es herrschen immer Gegenkräfte, denn die grünen Gewichte bilden eine Gegenmasse zu den schwarzen Gewichten und umgekehrt. Die Kräfte heben sich also im Idealfall auf.
Propellermomentgewichte (Chinese Weights) am Helikopter Heckrotor
In der Praxis bedeutet das, dass man links und rechts am Blatthalter sogenannte "Chinese Weights", auch Propellermomentgewichte genannt, anbringt. Doch Vorsicht ist geboten. Es sollte allenfalls ein Gleichgewicht zwischen den Kräften hergestellt werden. Zu schwere Gewichte wirken sich wieder nachteilig aus.
Die PMGs werden möglichst an beiden Seiten der Blatthalter verwendet. In der Regel sind das Blatthalterschrauben mit einem "dicken" Kopf bzw. einem Zusatzgewicht.
Experimentieren ist hier nur bedingt erlaubt. Falsch angewendet, kann es zu Schäden kommen - man denke an die sehr hohe Drehzahl mancher Heckrotoren.
PMGs müssen immer gleichmäßig an allen Blatthaltern angebracht werden um Unwucht zu vermeiden.
Zu schwere PMGs bewirken wiederum ein Ungleichgewicht! Ihr Gewicht, sowie ihr Abstand zur Drehebene müssen genau passen.
