Sicheres Messen der Rotorkopfdrehzahl
Zum Fliegen eines RC-Helikopters ist Auftrieb erforderlich. Der Auftrieb ist ein Produkt aus Drehzahl des Rotorkopfes und dem Anstellwinkel der Rotorblätter.
Je nach gewünschtem Flugstil kann ein RC-Helikopter mit unterschiedlichen Drehzahlen geflogen werden. Eine hohe Drehzahl erhöht die Agilität des Helikopters bei gleichzeitiger Verringerung der Energieeffizienz. Bei der Wahl der Drehzahl ist auch zu beachten, dass die Heckrotordrehzahl bei den typischen Modellhelikoptern in einem festen Verhältnis zur Drehzahl des Hauptrotors steht.
Rotorkopf-Drehzahl messen am Modellhelikopter
Während erfahrene Modellhubschrauber-Piloten oft ein Gespür für die Drehzahl entwickeln, bleibt zumindest dem Anfänger nur das Messen der Rotorkopf-Drehzahl. Um einen einigermaßen verlässlichen Wert für die Rotorkopf-Drehzahl zu ermitteln, benötigt man auf jeden Fall ein Messgerät, denn der subjektive Eindruck kann leicht täuschen. Für eine sichere Ermittlung der Rotorkopf-Drehzahl ist das Messen verpflichtend.
Richtwerte für Rotordrehzahlen nach Rotorblattlänge
Im Folgenden die Richtwerte für die Rotorkopfdrehzahl gestaffelt nach der Blattlänge bzw. der Heligröße. Die genannten Werte stellen die möglichst einzuhaltenden Drehzahlbereiche für die jeweilige Blattlänge dar. Es ist außerdem zwingend, immer die Hersteller- Angaben zur maximal zulässigen Drehzahl der verwendeten Rotorblätter zu beachten. Nicht alle auf dem Markt befindlichen Rotorblätter dürfen mit diesen Maximaldrehzahlen betrieben werden. Es gibt allerdings auch Rotorblätter, die eine weitaus höhere Drehzahl erlauben, als hier aufgeführt.
| Blattlänge [mm] |
Drehzahl max [U/min] | Drehzahl min [U/min] |
|---|---|---|
| 325 | 3500 | 2100 |
| 425 | 3000 | 1800 |
| 515 | 2500 | 1500 |
| 550 | 2300 | 1400 |
| 600 | 2200 | 1300 |
| 700 | 2000 | 1200 |
Achtung
Es gelten immer die vom Blatt- Hersteller vorgegebenen Höchstdrehzahlen!Die Firma Spinblades bietet eine neue Generation von Rotorblättern mit dem Namen "Black Belt" an. Diese sind durch ihre spezielle Bauart besonders stabil und extrem Drehzahlfest.
1.a Indirekte Drehzahlmessung bei Brushless Regler - sensorlose Kommutierung
In elektrisch angetriebenen Modellhelikoptern werden heute fast ausschließlich Brushless-Motoren und Brushless-Regler verwendet, die ein Drehfeld erzeugen, um den Motor anzutreiben. Brushless-Regler, die im Governormodus (Drehzahlregelung) betrieben werden, überwachen permanent die Drehzahl des Motors. Um die Rotordrehzahl zu berechnen, ist lediglich die Angabe des Übersetzungsverhältnisses und der Anzahl der Polpaare des Motors im Setup des Reglers erforderlich. Einige Regler unterstützen dies.
1.b Direkte Drehzahlermittlung mittels Sensor
Bei der direkten Sensormessung werden oft Magnete im/am Hauptzahnrad als Signalgeber verwendet. Über an der Hauptrotorwelle angebrachte Magnet-Sensoren werden die Impulse der Magneten erfasst und als Indikator für die Drehzahl verwendet. Optische Systeme sind eher selten in diesem Bereich anzutreffen.
Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, sind meistens zwei oder gar drei Signalgeber/Magnete verbaut. Der so ermittelte Drehzahlwert kann über die Telemetrie am Sender ausgegeben, oder auch zur Drehzahlregelung verwendet werden.
Beide Methoden ermöglichen eine gefahrlose und sichere Ermittlung und Ausgabe der Rotordrehzahl.
2. Drehzahlermittlung mittels Handmessgerät Laser o. ä. (optisch)
Bei diesem Verfahren wird meist ein Laserstrahl zur Messung verwendet. Auf den Rotorblatthaltern bzw. auf den Rotorblättern muss dazu in der Regel eine reflektierende Folie aufgeklebt werden. Dies sollte man dann aber immer auf allen Rotorblättern an der gleichen Stelle tun, um Unwuchten zu vermeiden.
Man positioniert dann das Gerät manuell so über dem drehenden Rotor, dass der Laserstrahl die reflektierenden Folien trifft. Das Licht wird dann immer beim passieren eines Rotorblattes reflektiert und von einem Sensor im Messgerät erfasst und ausgewertet. Teilt man die gemessene Frequenz dann durch die Anzahl der Rotorblätter, ergibt das die Rotordrehzahl.
Diese Methode ist auf Grund der Tatsache, dass man sich sehr dicht an den drehenden Rotor heranwagen muss, sehr gefährlich und sollte daher nicht angewendet werden!
3. Drehzahlermittlung mittels Handmessgerät mit Shutterverfahren (optisch)
Bei dieser Methode wird ebenfalls ein Handmessgerät verwendet. Im Gegensatz zur oben beschriebenen Methode mittels Laser- Handmessgerät, kann die Messung hierbei aus sicherem Abstand zum Heli erfolgen.
Das Gerät bedient sich dabei einer optischen Methode. Das Prinzip dieser Methode ist ähnlich einer Betrachtung des Helikopter- Rotors unter einem Lichtblitzstroboskop. Nur dass bei diesen Geräten keine Lichtblitze erzeugt werden, sondern das Shutterfenster den Blick des menschlichen Auges auf den Rotor mit der eingestellten Frequenz freigibt.
Die Shutter- Frequenz wird so lange erhöht bis der Helikopter- Rotor auf der Stelle zu stehen scheint. In diesem Moment stimmt die Drehzahl des Rotors mit der Shutterfrequenz, die am Gerät angezeigt wird, überein. Die Shutterfrequenz entspricht in dem Moment der Drehzahl des Helikopter- Rotors.
Beachten muss man hierbei, dass die Frequenz von langsameren Shutterfrequenzen ausgehend erhöht wird - nicht umgekehrt. Würde man von hohen Frequenzen ausgehend, die Shutterfrequenz verringern, dann kann es passieren, dass man ein vielfaches der tatsächlichen Rotordrehzahl misst.
Es sind zwei Personen zur Messung erforderlich. Während die eine Person den Helikopter fliegt, bzw. steuert, betrachtet die zweite Person den Rotor des Helikopters durch das Shutterfenster des Messgerätes.
Diese Methode der Messung funktioniert sehr zuverlässig und gefahrlos.
Wir haben getestet: SkyRC Optischer Drehzahlmesser
Hier im Bild ein solches Gerät von SkyRC, welches auch bei uns im Gebrauch ist.
Häufiger Fehler
Die Frage, wie weit sich die Drehzahl an einem Helikopter-Scalemodell absenken lässt, haben sich bestimmt schon viele Hobby-Modellbauer gefragt. Aber diese Frage kann nicht pauschal beantwortet werden. Hier spielen gleich mehrere Dinge eine wichtige Rolle. Viele Scale-Einsteiger benutzen als Antriebseinheit für ihr Scalemodell die Mechanik eines 3D-Helikopters. Diese wird meist unverändert in das Scalemodell eingebaut. Das ist auch soweit ok. Nun folgt daraus jedoch, dass das fertige Scalemodell ein viel höheres Abfluggewicht hat als der 3D-Heli, dem die Mechanik entstammt. Allein dadurch wird schon viel mehr Auftrieb benötigt, was bei unveränderter Drehzahl einen größeren Anstellwinkel der Rotorblätter erfordert. Durch Verwendung von Asymmetrischen Rotorblättern mit großer Blattbreite kann man hier einiges wettmachen.
Dem Scale-Vorbild besser entsprechend, möchte man nun zusätzlich mit geringerer Drehzahl fliegen. Aber genau hier liegt das große Problem! Das schwere Modell braucht bei Verringerung der Drehzahl einen sehr hohen Anstellwinkel der Rotorblätter, um genügend Auftrieb zu erzeugen. Dadurch entsteht ein größeres Drehmoment auf der Hochachse! Dieses Drehmoment muss vom Heckrotor ausgeglichen werden. Der Heckrotor läuft nun jedoch, bedingt durch die Absenkung der Systemdrehzahl, auch mit geringerer Drehzahl und verliert dadurch Performance. Das kann zu Instabilität des Hecks führen! Außerdem ist ein zu hoher kollektiver Anstellwinkel der Rotorblätter die Ursache für starke Luftverwirbelungen. Diese beeinflussen wiederum die Stabilität und das Steuerverhalten sehr negativ!
Vorsicht also beim Absenken der Rotordrehzahl. Denn folgerichtig müsste man diese sogar erhöhen, um die größere Masse auszugleichen.
