ROTORKITES

 

Ein permanent rotierender Flugkoerper, als RC-Modell mit Vektorsteuerung - die Vorstellung, dass so etwas funktionieren und fliegen koennte, beeindruckt nachhaltig. 
Da das Rad bekanntlich nicht zweimal erfunden werden muss, wurde Ausschau gehalten nach Rotations-Flaechenflugkoerpern, die bereits existierten - wenn auch nicht als freifliegende und ferngesteuerte Flugobjekte: Es gab ja bereits sogenannte Rotationsdrachen, die verschiedene Hersteller in ihrem Programm haben und die als Einleiner gefesselt rotierend aufsteigen: 


Da sich die beiden Rotationsdrachen auf den ersten Blick nur geringfuegig in ihrer Farbgebung und Groesse unterschieden, sollte die kugelgelagerte Aufhaengung der Fesselleine den Ausschlag geben. Der linke Drachen (ROTO von HQ) verfuegte ueber ein Mittelachsrohr, auf dem  2 Kunststoffnaben mit je 6 Verspannungsspeichen drehbar gelagert sind. Dies war ausschlaggebend fuer die Beschaffung eines HQ-Rotordrachens.
Um das Budget der Kaeufer dieser Drachen nicht alzu sehr zu strapazieren, werden in den unteren Preislagen (unter 30 Euro) Drachen sehr haeufig mit GFK statt mit CFK-Rohr ausgestattet. Die erste Modifikation bestand daher im Austausch der sechs  4mm GFK-Rohre durch geringfuegig laengere 4mm CFK-Rohre, wodurch eine Gewichtseinsparung von 60g erzielt werden konnte.

Wegen ihrer hoeheren Flexibilitaet im Vergleich zu CFK-Rohr wurden die zwoelf 3mm GFK-Speichen belassen.
Die originale Laengsachse wurde (nach Aufbohren der Speichennaben) gegen eine 6mm CFK-Rohrachse ausgetauscht und mit Stoppern fixiert. Aus 5mm Alu-Schweissdraht und 6mmCFK-Rohr wurde die auswechselbare Steuerung mit entsprechenden Klemmpassungs-Steckverbindungen gebaut. Ein fuer einen 7035er GWS-Prop wicklungsoptimierter (9x0.56mm) NANO-RED (Spitzen-Standschub 625g...) sollte fuer den Vortrieb sorgen. 
Um hinsichtlich der Trimmung bei den ersten Fluegen flexibel zu sein, wurde ein 60g schweres und verschiebbares Trimmgewicht auf die Mittelachse in der Naehe des hinteren Fluegelkastens angebracht. 

Der 'Clou' der Steuerung besteht nun darin, dass der Akku als Pendelgewicht mit einer Entfernung von 40cm von der Motorachse die Stabilisierung der Zugvektorsteuerung garantiert, waehrend die 'Tragflaechen' auftriebswirksam um die Mittelachse rotieren. Zur Stabilisierung der Vektorsteuerung und zum Ausgleich des Motordrehmomentes sollte das Gewicht des LiPo-Akkus (ca. 75g) ausreichen.

Proof of Concept:
Der Erstflug des Rotationsflugkoerpers am 23. November 2008 erfuellte alle Erwartungen: Nach Eintrimmen eines leicht positiven Motorsturzes zog der Flieger souveraen seine Bahnen, obwohl die Temperatur bei 0 Grad und die Windstaerke bei  1-2bft. lagen. Hierbei zeigt er ein unverwechselbares Flugbild, was des Modellfliegers Auge bei einem RC-Flieger in dieser Weise bisher noch nicht sah :-))

 

 

Geradezu faszinierend zeigt sich der Rotationsdrache, wenn sich der vordere und der hintere Flaechenkasten ueberdecken und nur noch eine hauchduenne Stern-Silhouette von ihm sichtbar bleibt. Da kommt dann schon ein wenig 'UFO'-Feeling auf ... :-)) 
VIDEO vom ERSTFLUG des ROTO-VECTORKITES
(Basis: ROTO von HQ)
  (November 2008)


Um weitere Flugerfahrungen mit Rotationsdrachen zu gewinnen, wurde der 'BARREL ROLL WING' von NEW-TECH-KITES beschafft und leicht modifiziert: Es wurde lediglich die Rotationsachse aus GFK-Rohr entfernt und durch eine laengere aus CFK-Rohr ersetzt. Dieses Rohr wurde im vorderen Bereich mit dergleichen Einsteck-Klemmpassung fuer die Schnellmontage der Traegheitspendel-Vektorsteuerung versehen, wie sie bereits im ersten Rotationsdrachen (Basis: HQ-ROTO) zur Anwendung gekommen ist. Alle serienmaessigen GFK-Stablaengsverbinder sowie die GFK-Querspreizen wurden belassen.

Am 7. Dezember 2008 absolvierte der zweite Rotationsdrache (Basis: 'Barrel-Roll-Wing' von NEW TECH KITES mit Bravour seinen Jungfernflug anlaesslich des traditionellen Gluehweinfliegens auf den Drachenwiesen in Koeln-Poll. Nach kurzer Schwerpunktjustierung zeigte dieser Drache ein einmaliges Flugbild: 
Durch die aufhellende Sonne und die permanente Rotation kamen die frischen Regenbogenfarben des Drachens voll zur Geltung.

Mit ueberwiegend Halbgas komfortabel gefloge, konnten fast 9 Minuten Flugzeit mit einem 1000er 3S-Lipo realisiert werden. Man darf darauf gespannt sein, welche optischen Wirkungen dieser Drache erst mit seinen 2 Nachtflug-LED-Beleuchtungssets entfaltet: Diese  mit je 19 sehr hellen LEDs bestueckten Punktstrahler leuchten den vorderen und hinteren Sechseck-Kasten nach unten kreisfoermig aus. Durch die permanente Rotation soll sich so im Dunkeln ein staendig wechselndes Farbenspielergeben ...

  


Gut zu erkennen: Staendiger Farbwechsel durch permanente Rotation mit ca. 100 U/min.
VIDEO vom ERSTFLUG des ROTO-VECTORKITES
(Basis: Barrel-Roll-Kite von NTK)

 

 

Video vom Hallen-Erstflug des ROTATIONS- Vector Kites
 am 11. Januar 2009 beim 2. Solinger Indoor-Meeting

Durch den Eingau einer kuerzeren Vektorsteuerung mit Kreuzgelenktechnik
in die längere Version des farbenfrohen Rotorkites konnte die Gesamtlänge der Rotorachse um ca. 6cm verkuerzt werden. Bedingt durch eine andere Pendelaufhängung verschwindet das Pendel nunmehr im vorderen Fluegelkasten, so dass der Vektorantrieb im Fluge kaum sichtbar bleibt. 
Die urspruengliche Version der Pendelaufhaengung war mit der Rotor - Hauptachse starr verbunden, die Lagerung der 2 Plastiknaben der Rotorkaesten auf der Hauptwelle war nicht reibungsfrei, so dass sich unter bestimmten Gegebenheiten das Pendel durch die Reibung in Schwingung versetzten liess. Durch die freie Lagerung des Pendels auf der ebenfalls frei beweglichen Hauptwelle wurde dieser Nachteil ausgleichen. 
Die damit verbundene praeziesere Steuerbarkeit des nun ebenfalls Senkrechtstart faehigen Rotationsdrachens demonstriert ein Video, in dem der Rotator senkrecht gestartet und durch einen 'Hindernisparcour' geflogen wird, ohne an den Hindernissen anzuecken:

 

 
VIDEO vom Erstflug des 'VTOL - Rotator 3' 
am 28. Maerz 2012

Progress never stopps :-)) - 
so auch nicht bei den vektorisierten Rotordrachen.
Nach Fertigstellung einer auf Kreuzgelenktechnik basierenden, nur 125g leichten und durch Steckverbindung auswechselbaren Vektorsteuerung mit 840g Schub (BL-Motor 12N-16P mit 0,6mm Silberdrahtwicklung, N52 Magnete ...) wurde der ROTO 'gepimpt': 

Die Laengsstäbe wurden durch leichtes 4mm CFK-Rohr ersetzt, jeweils um 10cm gekuerzt. Die Laenge des Pendels, seine Lagerung und Form wurden so modifiziert, das es nunmehr vollstaendig im vorderen Rotorkasten verschwindet. Die Kuerzung des Pendels hat hierbei zu keiner Beeintraechtigung des Schwingungsverhaltens gefuehrt, da es nicht mehr - wie vorher - mit der Mittelachse des Rotordrachens fest verbunden ist. Es ist nunmehr frei darauf gelagert und von den Drehmomenten der Mittelachse 'entkoppelt'. 

Das Ergebnis aller Modifikationen zeigt einen Rotationsdrachen mit stark verbessertem Flugverhalten: Schneller, windgaengiger und wendiger ist er geworden, sicher zu steuern in jeder Fluglage, ausser einer: Wird der Rotator in einer Fluglage senkrecht nach unten zeigend geflogen, ist die Pendel-Vektorsteuerung so lange nicht steuerbar, wie das in dieser Fluglage waagerecht vom Gegendrehmoment des Motors 'angetriebene' Pendel rotiert. In dieser Fluglage heisst es : Motor aus, warten, bis der Rotator Fahrt aufgenommen hat - und sich die Fluglage soweit horizontal stabilisiert hat, dass das Pendel wieder seine 'normale' Funktion uebernehmen kann und durch die Schwerkraft des LiPos stabilisiert wird.  Das Video vom Erstflug am 14.4.2012 zeigt verschiedene Fluglagen und -geschwindigkeiten.


VIDEO vom Erstflug des 'VTOL - Rotator 4' 
am 14. April 2012
 
Winterzeit - Nachtflugzeit:
Was lag da naeher, als fuer diesen farbenfrohen Rotierer nach einer geeigneten Nachtflugausruestung Ausschau zu halten? Wegen der ausgezeichneten Trageigenschaften der Flugzelle bestanden keinerlei Bedenken, den Flieger mit bis zu 150g Zusatzgewicht fuer eine solche Beleuchtungsanlage aufzulasten. Am besten geeignet erschienen hierfuer 2 handelsuebliche Radfahrer-Kopfleuchten, die - ueber einen Drucktaster eingeschaltet - mit 19 gebündelten LED's einen ziemlich hellen Lichtkegel erzeugen. Die 'Trage-Gummigurte' wurden entfernt, und die Leuchten wurden ohne weitere Veraenderung mit ihrer Originalhalterung an der Mittelachse des Rotationsfliegers, jeweils im vorderen und hinteren Fluegelkasten, verschraubt und nach unten ausgerichtet. Durch ihr Gewicht und ihre leicht exzentische Lage unterstuetzen die beiden Leuchten die Traegheit des Frontpendels durch ihr zusaetzliches Gewicht.
Die  ungewoehnlichen Eindruecke, welche die ersten Nachtfluege beim Piloten und bei Zuschauern hinterliessen, lassen sich kaum beschreiben - man muss es einfach gesehen haben: staendiger Farbwechsel auch im Dunkeln, wobei das Farbspektrum fast uebergangslos durchlaufen wird. 

Jedes Farbfeld wird von den ca. 15cm messenden Lichtkegeln intensiv von innen angeleuchtet, wobei die Lichtfarben fuer den Aussenbetrachter zu zerfliessen scheinen; leider gibt das Video, bei sehr dunklem Nachthimmel gedreht, die Eindruecke nur teilweise wieder. Eine bessere Kamera wird hier in Zukunft Abhilfe schaffen. 

 

VIDEO vom NACHTFLUG des ROTOR-Vectorkites
(Basis: Barrel-Roll-Kite von NTK)
 

Einer der groessten erhaeltlichen Rotationsdrachen ist der 'Counter Rotating Boxkite' von PREMIER. Nachdem die Rotationsdrachen von HQ und NTK mit Vektorsteuerungen gute Flugeigenschaften gezeigt hatten, sollte auch ein modifizierter 'Counter Rotating Boxkite' mit einer Vektorsteuerung in die Luft gebracht werden. Bei einem Gewicht von ca. 1000g nicht ganz einfach, wie sich herausstellen sollte, schliesslich sollte auf bereits erprobte Steuerungskomponenten zurueckgegriffen werden.

Nach einigen Ueberlegungen wurde entschieden, den Drachen um ca. 30cm zu verkuerzen und auf den gegenlaeufigen, inneren Rotationsdrachen zu verzichten. Hierdurch konnte das Leergewicht des Rotationsdrachens drastisch auf ca. 400g gesenkt werden, einschliesslich Steuerung und Akku lagen jetzt nur noch ca. 700g Startgewicht an. Damit war diese Box immernoch ca. 50% schwerer als die -allerdings auch wesentlich kleineren- Rotationsdrachen von HQ und NTK. 

Durch die Verspannung mit 6,5mm CFK-Rohren und einer 9mm Mittelachse zeigt sich der Drache straff und faltenfrei. Seine Flugeigenschaften sind mit denen seiner kleineren Brueder vergleichbar. Aufgrund seines wesentlich groesseren Flaecheninhaltes ergibt sich eine geringere Flaechenblastung pro qdzm, und dies ermoglicht langsamstes Flugtempo und Drehungen auf der Stelle. Trotz seiner Groesse (150cm x 120cm) ist er sicher auf kleinstem Raum manoevrierbar, ein Flugsektor von 10x10m wuerde bereits genuegen. Wegen seiner ruhigen Fluglage soll dieser Drache mit einer Flycam ausgeruestet werden, um - durch die rotierenden 6-Eck-Kaesten aufgenommen - besondere Onboard-Videoeindruecke zu vermitteln.

 

Der 'Counter Rotator' bestand urspruenglich als Einleiner-Drache aus 2 rotierenden Boxkites: Einem großen, aeusseren, nach links rotierenden und einem kleineren, inneren, nach rechts rotierenden Boxkite. 

Eine aussergewoehnliche Perspektive
, aufgenommen aus dem rotierenden 'Big Rotator' am 21. Mai 2009, zeigt ein Onboard-Video. Es ist das erste Video, welches die Flugumgebung aus einem Rotationsflugkoerper heraus betrachtet zeigt.

Die Kameraposition liegt dicht unter der pendelstabilisierten (starren) Mittelachse, um die sich der 'Big Rotator II' permanent dreht.


 
VIDEO vom Erstflug des 'Big Rotators' 
am 23.April 2009
ONBOARD-VIDEO aus dem BIG ROTATOR II 21. Mai 2009
   
   
   
   

Es sollte 3 Jahre dauern, bis der innere Rotationsdrache vektorisiert werden konnte
. Hierfuer wurde eine 120 g leichte Vektorsteuerung mit 840g Schub in Kreuzgelenk Technologie gebaut. LiPos neuerer Bauart mit Entladungsraten von 40C ermöglichten weitere Gewichtseinsparungen, die dem Flugverhalten zugute gekommen sind. Der ursprünglich ca. 100cm  lange Rotator wurde auf 78cm gekuerzt, um den erforderlichen Schwerpunkt ohne zusaetzliche Trimmgewichte zu erreichen. Das Ergebnis aller Bemuehungen ist ein spektakulaeres Fluggeraet, welches imstande ist, senkrecht zu starten - und zu landen. Die Photos zeigen die Aufstiegsphase beim Senkrechtstart. Das Flugvideo zeigt den Erstflug am 21.3.2012.
VIDEO vom Erstflug des 'VTOL - Rotators'am 21. Maerz 2012

Wie der 'BIG ROTATOR' zeigt, hat Groesse ihren besonderen Reiz. Nicht minder interessant erschien es daher, einmal einen moeglichst kleinen ' MICROROTATOR ' - Drachen mit einer besonders leichten und kleinen Vektorsteuerung auszuruesten.

















Hierzu boten sich 2 'Spin-Boxes' von X-Kites (USA) an, die dort als Einleiner-Drachen erhaeltlich waren und mit einer Höhe von nur 70cm bei 68cm Breite sowie einem Gewicht von 120g eine brauchbare Basis darstellen. Aufgrund der ausreichenden Torsionsstabilitaet des rotierenden 2,4mm GFK-Stabmaterials wurde auf Ersatz durch Carbon-Staebe/-rohre verzichtet. Lediglich die (nicht rotierende) Mittelachse wurde durch 4mm CFK-Rohr ersetzt.
Eine besonders kompakte, nur 10cm lange Vektorsteuerung sorgt  fuer passenden Vortrieb, wobei ein leistungsstarker,  7,5g leichter WES-Technik Gold-Line- 12N16P BL- Aussenlaeufer mit einem 4A YGE Drehzahlsteller und zwei 6g leichten MG - Microservos zum Einsatz kamen. Erstmalig wurde als kardanische Aufhaengung des 360 Grad schwenkbaren Motors ein superleichtes (0,8g!) Kunststoff-Kreuzgelenk verwendet, welches zwar eine etwas geringeren Schwenkbereich aufweist, jedoch den Bauaufwand und die Bauabmessungen minimieren hilft.

Die vollstaendige Vektoreinheit wiegt nur 35g, bei einer Schubleistung von ca. 160g. Mit einem 3S-360mAh LiPo belaeuft sich das Fluggewicht des MICROROTATORS auf nur 180g. Bei einer Gesamtfluegelflaeche von ca. 60qdzm betraegt die Flaechenbelastung nur ca. 3g/qdzm.

Bei den groesseren Pendel-Vektorsteuerungen verstaerkt sich die Pendelneigung unter Windeinfluss, worunter die Steuergenauigkeit leidet. Die Ursache hierfuer liegt darin, dass die Mittelachse der Rotationsdrachen mit der (auswechselbaren) Vektorsteuerung nach deren Montage fest verbunden ist, wodurch die umlaufend rotierenden Massen -reibungsbedingt-  stoerende Drehmomente an die Achse weitergeben und die Pendelbewegung verstaerken.

Die kleine Vektorsteuerung mit ihrer Pendellaenge von nur noch 12cm wurde daher konstruktiv anders ausgelegt: Sie laeuft in 2 Kugellagern, wird einfach vorne auf die Mittelachse aufgesteckt und mit zwei  4mm Stoppern befestigt. Die Motorzugachse des BL-Motors befindet sich nun unterhalb der Mittelachse, wodurch das pendelwirksame Motordrehmoment einen deutlich reduzierten  Einfluss auf die Steuerbarkeit nimmt.


 
Im Unterschied zu seinen groesseren 'Bruedern'
zeigt der MICROROTATOR, dass er mit geringstem Flugraum zufrieden ist und hierbei seine Manoeverierfaehigkeit unter Beweis stellt: Leicht angestellt, betraegt bei Vollausschlag der Wendekreis nur ca. 2m, Kurven und Hoehenveraenderungen lassen sich sehr praezise steuern - die Flugzeit beträgt ca. 8 Minuten.

Video vom Erstflug des Microrotators in der Sporthalle am 2.2.2012
 

Die ersten Aussenfluege zeigten, dass der MICROROTATOR bei Windstille und bei leichtem Wind mit einem 3S-360mA LiPo ca. 8-10 Minuten geflogen werden kann. Als Rotationsdrache mit 2 x 4 Aussenfluegeln entwickelt die Spin-Box eine deutlich hoehere Rotationsgeschwindigkeit als die Rotationsflieger mit 6 Aussenfluegeln. Bei den kurzen Abmessungen von nur 70 x 70 cm zeigt sich hierdurch eine beachtliche Flugstabilitaet bei voller Rotation.

 


Video vom Outdoor-Erstflug des Microrotators 18.3.2012