Home › Flyverhistorier

Konstruktion, Bygning & Prøveflyvning af R-2, en flyvende vinge (planke)

5. November 2009 - 1:51 — admin

(Med større ændringer og forbedringer fra det originale design)

Inspiration

I min artikel refererer jeg til Benny-&Bill Kuhlman som B&B, min primære inspirationskilde til at bygge denne model. Modellen er noget så sjældent som en plan-bygget svævemodel med planform som en flyvende vinge (planke), og med ribbekonstruktion, for at gøre den så let som muligt til stille termik aftener.

Da jeg så denne konstruktion første gang, faldt jeg pladask for den. Det skete i det fantastiske www.rcsoaringdigest.com, men man kan finde artiklerne om flyvende vinger direkte her: OTW 151-154. http://www.glide.net.au/on-the-wing3/index.html.  Scroll ned til R-2, til en fire-sektioners artikel fra B&B.

Jeg elsker den parabolske ribbede vinge, idet den bl.a. ligner en forhistorisk flyveøgle (Raptor), og overvejede at døbe den noget mere dino’agtig. Men det blev ved tanken.

Konstruktion

Min R-2 blev I contrast til B&B’s som de holdt I de traditionelle byggematerialer, bygget med alskens nye materialer, for at øge modellens flyve-egenskaber. Moderne materialer som kulfiber og glasfiber spiller sammen med balsa og krydsfiner. Ligesom min moderne Multiplex Royal EVO radio kommer til at blive udnyttet med styring på 4 vingeflader (som begge arbejder på både højde og krængrorsinput), samt sideror.

Jeg håber at kunne udnytte alle disse ting uden at ofre det originale særpræg fra modellen som jeg elsker.

De fleste ændringer som B&B lavede I deres R-2 I 1992 er direkte overtaget I min, da jeg anser dem som nogle af de bedste autoriteter på området med flyvende vinger, ligesom min ven Peter Wick, som udviklede vingeprofilet til min planke til let termik og let skrænt brug.

Kun få steder har jeg afveget fra deres velprøvede designsti

1.    Jeg blev tidligt opmærksom på at B&B’s R-2 flexede og bøjede en del I en hidsig spilstart. Dette forsøgte jeg at undgå med følgende tiltag;
Jeg indsatte et 19-20mm  kulrør I den centrale del af vingen. (Se byggefoto).

Dette giver mig 2 ting. Først en større stivhed af vingen, både torsion og flex bliver adresseret med denne løsning. For det andet giver røret mig mulighed for at ballaste svæveren. Men det store areal (97,8 dm^2) har den en ekstremt lav planbelastning. Og hvis der skal flyves konkurrencer, er det nødvendigt at ballaste den ved mere end 7 m/s.
Jeg forudser nu sjældent at bruge ballast da modellen er meget aerodynamisk. F.eks. er bagkanten af vingen knivskarpe (de sfsluttes i 0,4mm x-finer som er slebet skarpt. Optimale vingeprofiler skal afsluttes enten helt skarpt eller firkantet for at arbejde bedst.

2.    Jeg har skiftet vingeprofilet fra B&B brugte, en CJ section, som er blevet rost af alle som har fløjet deres R-2. Peter Wick (med en fortid med at designe profiler til flyvende vinger for det Schweiziske landshold i F3B) trådte til med en spændende nyudviklet profil, som giver lavere modstand end CJ sektionen.
Han fik at vide at jeg Kunne lide at:

a.    flyde omkring I stille aftenluft på en graciøs måde

b.    Simpel luftakrobatik

c.    Hurtig nedbremsning, á la DLG svævere

d.     Men også at jeg havde brug for god penetration (høj hastighed I blæsevejr for at komme hjem efter have udnyttet en god termik-boble.

Peter lavede et profil som havde en lavere modstand end CJ sektionen som mine Amerikanske venner. Jeg har lavet en projekteret analyse af vingens planform, og jeg kan med programmet ’Nurflugel’ af Frank Ranis, se at vingen vil have et glidetal på ca. 24. Det er rigtigt flot, selv med den relativt lave aspect-ratio (sideforhold) på 6,6. Du kan se mere om disse data forneden på denne side.

Jeg fik herefter en anden ven til at fræse ribberne ud som jeg havde tegnet med Profili2. Dette gik fint med introducerede en lille ændring af vingekorden. Den er på tegningen 43 cm ved roden! Og min model fik ’kun’ en korde på 41,8 cm. Dette har ingen praktisk betydning for andet end placering af tyngdepunktet, idet ballastrøret heldigvis flyttede med i denne forskydning. Phew!
Ribberne blev udformet så de i deres V-form af vingen, havde plads til indbygning af det lige kulrør. Dette styrker vingeroden mod de voldsomme belastninger i en spilstart. (byggebilledet)

3.    Separate servoer pr. Ror. Dette muliggør CROW bremse og miks af højde- og krængrorsfladerne til at spille sammen om de enkelte kontroller. Disse mikses i senderen. Dette giver en mere ensudseende bagkant på vingerne, og dermed en renere lift-distribution over vingen, med en lavere udslag til de enkelte funktioner.

En ekstra bonus ved denne løsning, er at jeg med en servo pr. Flade får en kraftigere styring af hver rorflade. Dette er kritisk på en flyvende planke, som med et højderorsudslag på bare nogle få mm ændrer retning voldsomt. Derfor valgte jeg også digitale servoer til denne krævende opgave. B&B mente at opservere at højderorsservoen (de brugte også kun en analog servo til de 2 højderorsflader) i deres R-2 gav lidt efter i zoom’et fra spilstarten. Med separate dig. Servoer med et enormt drejningsmoment på 50 mener jeg effektivt at have taget hånd om dette.
B&B har fået mange opfordringer om at indbygge en form for bremse I deres R-2, idet den glider laaaangt I ground-effect. Så dette bliver en velkommen add-on når Stensletten pludselig ikke er længere og modellen stadig flyver lystigt videre!

4.    Jeg besluttede at afvige fra B&B I kroppen, idet deres snedker-evner langt overstiger mine. Så jeg gik igang med SolidWorks CAD og designede kroppen. Herefter fik jeg min ven med CNC fræseren til at lave et par positive-forme, som jeg så støbte gips omkring. Herved fik jeg et par negativ forme, som jeg støbte kroppen i.

Mit design er bliver automatisk let, når man retter sig efter de ændringer som B&B introducerede med modellen. Så jeg håber at kunne holde modellen under 1800g. Dette skulle give gode glidetal til at lede efter termik og en lav sink-rate når jeg kurver i termik. Endvidere skulle det give en model som er let at flyve og ukritisk i alle situationer.

Bygning af modellen

Jeg startede byggeprocessen med kroppen I CAD. Parallelt med dette købte jeg på E-bay i USA en gammel jig (ved ikke hvad det hedder på Dansk), til at spænde ribber op i mens man bygger, så der ikke introduceres skævheder under byggearbejdet. Det blev en Ajust-o-Jig, som jeg hurtigt satte op med korrekt dihedral (V-form) og centersektionen tog nu hurtigt form. Den var vel færdig på 4 uger. Så tog jeg fat på tip-sektionerne som var væsentligt mere komplicerede. Disse tog også hurtigt form, men jeg fik andre prioriteter i mit liv (en datter’s fødsel og en flytning kom ivejen). Så tipperne sad i jiggen og kiggede bebrejdende på mig, når jeg kom i værkstedet. Det tog ca. 1 år før jeg kom lidt igang igen. Så samlet har processen taget mig 2½ år. Det kan gores meget hurtigere, hvis man holder momentet oppe. Og endelig fik jeg taget mig sammen og afsluttede tipperne og kroppen på en måned.

Jeg startede kroppen med at støbe en gipsform. Og havde ret hurtigt en brugbar form til at støbe glasfiber i. Herefter begyndte jeg yderfladen af kroppen I bunden af formen med 49g matter, for at få alle de flotte runde former perfekte. Herefter 2 gange 80g måtter, samt afslutningsvist 2 gange 150g. Da foråret jo iår var perfekt i vejret havde jeg i drivhuset/udestuen en god hærdeovn på mellem 40-50 C! Det var perfekt og min 17 år gamle 24 timers epoxy hærdede helt op på 4 timer, så jeg kunne komme videre. Jeg måtte dog konstatere at væggen nu sammenlagt var på ca. 0,8mm, hvillket jeg anså for for tyndt i min applikation. Så kroppen fik endnu et par lag 150g fiber og jeg havde nu ca. 1,4mm (svarende til ca. 700g/m^2). Dette var perfekt.

Endelig kunne jeg trække emnerne ud af formen og nyde mit værk. Herligt. Jeg fjernede nu sektionen af siderne, hvor vingen skulle igennem (skuldermonteret vinge). Og nu vejede kroppen kun 370g! Dette var meget lettere end jeg havde troet muligt. Og stivheden var superfin, idet jeg efterlod en tynd stribe krop ovenover ryggen af vingen. Dette giver mig en flot fairing mellem krop og vinge, men øger samtidig stivheden i bur-konstruktionen. Dette kan vise sig som en god ting ved de vrid man udsætter modellen for under en spydlanding for at ramme tæt på et mærke.

Efter at have lavet finne og ror I et stykke, separerede jeg dem og monterede finnen I den ene kropshalvdel. Så samlede jeg begge kropshalvdele. Og startede med at installere radiodele. Jeg monterede modtageren i den centrale del af vingen, idet 4 af mine 5 servoer alligevel skulle sidde i vingen, og der var masser af plads. Nu sidder den så jeg kan skifte kanal med en knappenål (synth modtager), samt se spænding via LED i modtageren gennem vinge-beklædningen.

Efter 2½ år kunne jeg nu samle alle dele og konstatere at modellen samlet vejer 1653g. Dette er noget under B&B’s 1890g for samme model med en trækrop. Så min krop må være lettere. Vore vinger vejer det samme, omkring 1100g inkl. Servoer og ledninger.

Tyngdepunkt

Jeg matte installere 86g bly I næsen for at balancere på det tyngdepunkt, som B&B fløj på. Dette bragte mig på ca. 26,47% af vingekorden. B&B’s vingeprofil ligner min til forveksling, så jeg var ikke nervøs ved at starte her.

Prøveflyvning

Så skulle den på skrænten, hvilket skete på Herstedvester skrænten i 9 m/s. Mit tyngdepunkt flyttede jeg senere længere frem. Modellen gik godt og jeg havde nogle gode minutter, hvor jeg holdt mig i skræntløftet, inden jeg begyndte at afsøge for termik længere ude foran skrænten.

Den første flyvning var MEGET begivenhedsrig, da jeg startede på de ror-udslag som B&B burger med deres R-2. Disse viste sig alt for store til min model, som har marginalt større rorflader på højderoret. Men med min Royal EVO sender havde jeg forudset dette og havde programmeret den til at kunne justere udslag på højde- og krængror under flyvning med store dertil indrettede dials på toppen af senderen. Dette gik fint og jeg havde efterhånden trimmet den og fået den til at gå fint. Så nu kunne jeg slappe af og nyde R-2’eren fra alle sider i sit rette element. Jeg var helt høj. Og blev mere modig. Modellen fløj dog, efter min mening, for stærkt.

Jeg endte med 36% rorudslag på højde- og 66% på krængror.

Nu skulle jeg lige ind og lande for at sunde mig, og lavede 3 indflyvninger for at kunne line modellen ordentligt op til final og landing. Også den tredje var for højt og for hurtigt, så jeg tænkte ’Jamen jeg har jo bremse på modellen. Det skal prøves!’ – og slam dykkede den lige i jorden fra 4 m højde med pæn flyvefart. Det lød absolut ikke godt... Hulk. Hvor kan man være så dum tænkte jeg. CROW var jo ikke justeret endnu, og med en planke vinge giver selv et minimalt højde-input en kraftig nettovirkning fandt jeg ud af ’the hard way’.

Ved nærmere eftersyn var forbjælken gået et par steder i den venstre vingetip, samt vingefæstet havde revet et par ribber skævt i roden. Jeg sad lidt og sundede mig, og besluttede så at med lidt Gaffa tape og noget Cyano, ville den komme i luften hurtigt. Så tænkt – så sket. Efter 20 min. var jeg igen I luften og nu med justeret CROW så den gav knap så meget dykror. Det tog mig 6 flyvninger, for at få CROW lige hvor jeg ville have den og kunne komme ind i lav højde og turde bremse modellen som jeg havde designet den. Og nu gik det helt efter planen. Jeg havde i løbet af disse 6 flyvninger også justeret tyngdepunktet tilbage, idet jeg syntes at jeg fløj med for meget reflex på bagkanten. Men jeg syntes egentligt at modellen ikke længere fløj godt. Den fløj som et missil og hvis jeg forsøgte at bremse lidt med højdetrim, så stallede den eller lavede hyperstalls. Det var både med godt og skidt mod jeg pakkede sammen og tog hjem den aften.

Jeg konsulterede Peter Wick, som havde lavet vingeprofilet og han foreslog at jeg nok fløj med tyngdepunktet alt for langt tilbage. Jeg gik hjem og analyserede mit tyngdepunkt i Nurflugel programmet og kunne konstatere at han havde såre ret. Jeg havde fløjet på et stabilitetspunkt på 0,71% (4 mm bag det normale tyngdepunkt!), hvor denne type planker aldrig ellers flyves med lavere stabilitet end 3-5%. Det gav mig jo kuldegysninger, da jeg erkendte at jeg kunne have smadret modellen helt med disse indstillinger. Så jeg fik tyngdepunktet frem 9mm, til en stabilitet på 4%. Skæbnen ville at dette passer lige til mine forreste punkter til montering af højstartskrogene (en i hver vingerod).

Den følgende dag fik jeg mulighed for at højstarte modellen for første gang. Det er jo altid spændende. Mit nye tyngdepunkt gjorde en afgørende forskel. R-2’eren gik nu fuldstændig rent og jeg kunne styre hastigheden som med en ’normal’ planform. Jeg kunne flyve langsomt helt uden det hidsige temparament jeg havde set fra den dagen forinden. Ingen tipstalls ved ganske langsom flyvning. Jeg fik langsomt mellem flyvningerne placeret tyngdepunktet, hvor jeg følte at reflex’en på bagkanten passede og modellen havde et godmodigt flyvemønster, stadig med et rigtigt godt glid. Så nu har jeg fundet det optimale tyngdepunkt til at ligge på ca. 102mm fra forkanten (LE) ~ 24,40% af rodkorden.

Dagen efter igen fik jeg mulighed for at spilstarte modellen. Og denne ’gamle’ trækonstruktion havde jeg faktisk forventet ville flexe og vride sig på spillet, hvor der virkeligt trækkes igennem. Vingen klarer belastningen næsten uden synligt flex. Jeg antager at det er mit kulrør, som gør en stor forskel, samt mine 2 højstartskroge i vingerne der fordeler belastningen i hele indersektionen, istedetfor i vingeroden. Ikke engang ved voldsomme zooms på spillet ændrer højderor, eller vingen sin form mærkbart. Det ser ud til at mine forholdsregner virker.

Eneste ulempe er at mit ’forfang’ til faldskærmen med de 2 ringe til krogene blev trukket helt ud af facon og åbnede sig. Der er enorm belastning på denne store flade ved spilstart. Så jeg udskiftede nøglerings-ringene med solide svejsede ringe som kan tåle mosten. Mine 2 højstartskroge, var ved dagens slutning også begyndt at give sig, så modellen røg af spillet halvvejs oppe. Så jeg måtte hjem og lave nogle kraftigere.

En kærkommen overraskelse ved min solide korte krop, er at modellen kan holdes med en hånd med tommelen over ryggen af modellen. Dette giver et godt hold, når man står med en udtrukket højstart og venter på tegn på termik.

A happy ending

Jeg startede ud med mit tyngdepunkt alt for langt tilbage – og flyttede det så bagud… med potentielt katastrofale følger. Men med lidt logik og en ven med super god indsigt i flyvende vinger (Tak Peter) fik jeg styr på tyngdepunktet.

Med det nye tyngdepunkt føler jeg at jeg har styr på modellen, og at den har godmodige egenskaber og stadig svæver rigtigt godt. Min CROW bremse er nu justeret til at give mig en næsten umærkelig retningsændring ved fuld bremse. Dette gjorde at jeg endelig fandt mig selv ved pinden af en rigtig fed flyvende vinge med masser af mulighed for at lede efter god termik.

På min første flyvning, hvor jeg ikke længere trimmede modellen, fandt jeg i indflyvningen i 10m højde en svag termikboble, som forlængede flyvningen med 8-10 sving i samme højde og som gav mig et minut oveni min flyvetid. Nu vidste jeg at jeg var ved at være ’i hus’ med trimmet. Modellen kan flyves i næsten gå tempo uden antydning af tipstall. Så alt ialt er jeg rigtig glad for resultatet med modellen. Det er nok ikke min sidste egenbyggede model.

Jeg har et par videoer som du kan se på dette link: http://picasaweb.google.com/m.u.enevoldsen/R2#

God flyvesæson – Morten Enevoldsen

Formand - SMSK

m.u.enevoldsen@gmail.com

Teori

Output from the program ‘Nurflugel’ for flying wings

by Frank Ranis, which I used to get the CG right after first flight:

Name des Flügels = R-2_Elliptical.flg
Wingarea - Flächeninhalt (F) = 0,976501 m^2
Wingloading - Flächenbelastung = 1,689705 kg / m^2  = 16,897052 g / dm^2
Aspect ratio - Streckung (^) = 6,6068
Mean wingchord - Bezugsflügeltiefe (lu) = 0,4023 m
Rücklage des Druckpunktes=Schwerpunkt (XD) = 0,1018 m
Stability factor - Stabilitätsmaß (SM) = 4 %

Design speed - Geschwindigkeit für den Stationären Flug (v_einsatz) = 6,46099 m/s

Geschätzte Flügelpolare :
Glideno. - Geschätzte Gleitzahl (E_geschätzt) = 24,30655
Minimal Sink - Geschätzte Sinkgeschwindigkeit (vs_geschätzt) = 0,269 m/s
Glide angle - Geschätzter Gleitwinkel = 2, 36 deg or Grad

Kilder&tak