Pflichtenheft der Messplattform

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Tobias Ursler
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1 Pflichtenheft der Messplattform! Nutzlast ca. 100 Gramm! Abeitshöhe mindestens 1500 m über Grund! maximale Starthöhe 3900 m NN! Bodenwind bis 18 m/s (64 km/h)! Höhenwind bis 28 m/s (100 km/h)! geringe Aufenthaltsdauer in kritischen Höhen! landbar in typischem Gebirgsgelände! Antrieb mit regenerativer Energie! realisierbar in weniger als 12 Monaten! von Sherpas bzw. Mulis transportierbar! mit einfachen Mitteln reparierbar oder ersetzbar! preiswert FHR Dr. Stephan Lämmlein 1

2 Optimierung zwischen meist gegensätzlichen Anforderungen großer Flügel gute Sichtbarkeit niedriges Gewicht geringer Energieverbrauch geringes Bruchrisiko hohe Flächenbelastung hohe Geschwindigkeit hohe Steiggeschwindigkeit geringe Verlustwahrscheinlichkeit FHR Dr. Stephan Lämmlein 2

3 Grundsätzlicher Lösungsansatz Flügelgröße optisch gerade ausreichend sehr großer Geschwindigkeitsbereich dünnes Profil niedrige Flächenbelastung FHR Dr. Stephan Lämmlein 3

4 Aerodynamische Kräfte am Flügel c a = 1 oder c w = 1 Flügelfläche 60 dm² Kraft auf Flügel / N Windgeschwindigkeit / m/s 0 m MSL, 15 C 3500 m MSL, 10 C! Haltekräfte bei 20 m/s erträglich! hohe Strukturkräfte bei 20 m/s, Auslegung auf mind. 10 g! empirische Messungen von Bodenwinden: v(0,2 m) = 0,5 x v(2 m) FHR Dr. Stephan Lämmlein 4

5 Optik und Sichtbarkeit! Analyse vieler Höhenflüge: h max = 2500 t m - für Verlustrisiko null - bei guter Sicht - ohne Sehhilfen t m! mit Fernglas 3-facher Vergrößerung und 50 % Sicherheitsmarge: t m = 30 cm für h max = 1500 m brillenmontiertes Fernglas von Carl Zeiss! Farbgebung der Flügelunterseite: - orange als Farbkontrast bei blauem Himmel - dunkelblau als Helligkeitskontrast unter Wolken! weitere Erhöhung des Farbkontrastes mit Blaublocker-Brillengläsern Skylet von Carl Zeiss FHR Dr. Stephan Lämmlein 5

6 Aerodynamische Auslegung! Steig- und Sinkflug bei hohem v x und geringem c a! keine Optimierung auf hohen Auftrieb, kleine Streckung zulässig! Profilauswahl im Wesentlichen subjektiv zwischen: - SD8000 (Geschwindigkeitsrekord im Solarflug, leicht zu bauen) - MH32 (nicht immer bewährt) - RG15 (sehr universell und gutmütig, kein Klappenprofil )! gewählt: RG15 mit 22% Klappentiefe in Originaldicke! Flügelform: Rechteck mit großzügigem Randbogen (einfache Herstellung), keine Winglets FHR Dr. Stephan Lämmlein 6

Motor: Hacker Drehstrom-Synchronmotor HBR B50 26-S, 500 W, 200 g!

7 Energieversorgung und Antrieb! Akku: 14 bzw. 16 Zellen Panasonic HHR300SC, je 59 g Ladung über 3 Rutland Windgeneratoren und 12 V, 50 Ah Blei-Gel-Akkus! Motor: Hacker Drehstrom-Synchronmotor HBR B50 26-S, 500 W, 200 g! Getriebe: Maxon Plantengetriebe 22 mm, keramikgelagert! Luftschrauben: Aeronaut CAM Carbon 16x10 bis 17x13, große Blattbreite! Motorsteller: Simprop Magic Control (mit Daten-Schnittstelle), 30 g FHR Dr. Stephan Lämmlein 7

8 Berechnete Flugleistungen Vertikalgeschwindigkeit / m/s Horiziontalgeschwindigkeit / m/s Steigflug Sinkflug Masse 3000 g, Klappen neutral, Flughöhe 3000 m NN, Temperatur +5 C berechnet mit PEPMOD (Dr. Josef Hackstein) FHR Dr. Stephan Lämmlein 8

9 Steuerung! PCM-Fernsteuerung Robbe/Futaba FC-28, 8 Kanäle Erhöhung der Sendeleistung um zulässige Toleranz (+3 db)! Steuerfunktionen: - Höhe -Seite - 2 x Quer - 2 x Wölbklappe - Motordrehzahl! Mischfunktionen: - Profilwölbung auf Querruder - Butterfly - Motor auf Tiefe (stellbar) - Butterfly auf Tiefe (stellbar) - Profilwölbung auf Tiefe/Höhe - Quer auf Seite! Failsafe (50% Butterfly), Querruder auf Daten-Logger FHR Dr. Stephan Lämmlein 9

Lagestabilisierung! Piezo-Kreiselsystem um die Längsachse (Querruder) Ikarus Wing Gyro mit Tokin Drehbeschleunigungssensor, Temperaturdrift erträglich!

10 Lagestabilisierung! Piezo-Kreiselsystem um die Längsachse (Querruder) Ikarus Wing Gyro mit Tokin Drehbeschleunigungssensor, Temperaturdrift erträglich! geplant aber nicht verwirklicht: Geschwindigkeitsregler zum klappenlosen Abstieg im Schnellflug! Abstieg in Butterfly-Konfiguration: - sehr effizient, trimmbar von -4 bis -7 m/s - sehr geringe Belastung der Zelle, v x = 55 km/h bei v y = -5 m/s - sehr stablier Flugzustand, für Failsafe programmiert FHR Dr. Stephan Lämmlein 10

11 Landenetz (1) Landerichtung Netz Windrichtung Abspannung Mast Abspannung 0.50m 0.90m 1.00m NETZ2.SKD FHR Dr. Stephan Lämmlein 11

12 Landenetz (2) Trag- und Spannseile Seilbremse (Prototyp) FHR Dr. Stephan Lämmlein 12

13 Landenetz (3) FHR Dr. Stephan Lämmlein 13

14 Wissenschaftliche Nutzlast! MiniLogger von Ing.-Büro Würtenberger! Höhensensor! 2 Temperatursensoren! 2 Feuchtesensoren! Daten-Telemetrie 433 MHz FHR Dr. Stephan Lämmlein 14

15 Typischer Datenaufschrieb Höhe / m Zeit / min Temp / C, Rel. Feuchte / % Höhe rel. Feuchte Temperatur FHR Dr. Stephan Lämmlein 15

16 Ein wenig Flugstatistik! Flüge in Nepal: 122! aufgezeichnete Datensätze: ca. 110! akkumulierter Höhengewinn: m! mittlere Gipfelhöhe pro Flug: 1577 m! maximal erreichte Höhe über Grund: 2300 m (Philip Kolb)! maximal erreichte Höhe über NN: 5850 m (Stephan Lämmlein)! Verluste durch Bruch: 2 Modelle (von 11) Einsatz der Messplattform war ein Erfolg! FHR Dr. Stephan Lämmlein 16

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