AM16 – Bachelor

Projekt AM16 “Bachelor”

Einleitung

2012 wurde von einigen Mitgliedern der Wunsch ausgesprochen, ein Nachfolgeprojekt zu AM10 „Climax“ anzustoßen. Basierend auf dem Climax sollte ein Schleudersegler für die FAI-Klasse F3K entworfen werden, welcher größere Wurfhöhen dank einer neuen Flügelgeometrie ermöglicht. Das Konzept der Wurfwinglets sollte dabei erhalten bleiben. Der neue Projektname „Bachelor“ rührt aus der vorangegangenen Bachelorarbeit von Sebastian Felske „Optimierung des Flügels eines F3K- Wettbewerbsseglers“.

Mittlerweile schreiben wir das Jahr 2016 und der Bachelor F3K wird immer noch weiterentwickelt. Da käufliche F3K-Modelle bei Preisen um die 600 € liegen, gibt es stete Nachfrage von AkaModellern nach der Möglichkeit, den Flieger selbst zu bauen. So können erste Erfahrungen mit Bautechnik und F3K an sich gemacht werden, ohne allzu tief in den studentischen Geldbeutel greifen zu müssen.

Technische Daten

Bachelor vs. Climax

Wenngleich der Climax ein exzellentes Flugzeug für Thermikflug war, so fielen die Wurfhöhen bedingt durch die großen Winglets nicht konkurrenzfähig aus. Diese bremsten den Flieger im Schiebeflug beim Abwurf beträchtlich ab. Das 4-Klappen Konzept am Flügel wurde bereits 2012 von keinem F3K-Wettbewerbsmodell mehr verwendet, da das Trägheitsmoment von vier Servos im Flügel ebenso Einbußen beim Schleuderstart bedeutet. Daher wurde beim Bachelor auf einen 2-Klappen-Flügel mit deutlich kleineren Winglets gesetzt. Basierend auf den Ergebnissen des LOGO-Teams mit dem F3K-Modell „Steigeisen“ sollte der Flügel eine hohe Pfeilung erhalten.

Aufgrund der ähnlichkeit zum Steigeisen wurde die Leitwerksgeometrie zunächst vom Steigeisen übernommen, allerdings wurden zahlreiche andere Leitwerkskonfigurationen im Windkanal getestet und vermessen. Es ist nicht auszuschließen, dass im Bereich Leitwerke noch Weiterentwicklungen stattfinden.

Flügel und Winglet

Gemäß dem Regelwerk für F3K überschreitet der Bachelor-Flügel nicht die 1500 mm Spannweitenbegrenzung. Hier wurden die Profile vom Climax übernommen, allerdings auf 19 Profile gestrakt, um eine saubere Implementierung im CAD ohne Wellen zu erhalten und um Effekte durch das Lofting im CAD in der Auslegungsberechnung mit zu berücksichtigen. Der leicht überelliptische Grundriss wird durch leichte Verwindung des äußeren Flügels kompensiert. Dies führt zu einer elliptischen Auftriebsverteilung bei guten Abrisseigenschaften und höheren Re-Zahlen am Außenflügel für bessere Performance.

Mit einer Streckung von 12 ist der Bachelor „modern“, allerdings sind die Profile deutlich auf Thermik optimiert. Moderne F3K-Flieger verwenden dünnere Profile, was die Flieger performanter beim Abwurf macht.

Bautechnik

Die Bauweise ist eine klassische Schalenbauweise, wobei sich aktuell eine Kombination aus D-Box 62er IMS A-Spread und 25er Glasfaserleinwand am besten bewährt hat. Die Ruder können bei Bedarf auch als Vollkern gebaut werden. Ohne Servos wiegt ein solcher Flügel ca. 150g.

Das Wurfwinglet ist die große Besonderheit. Direkt angeformte Wurfstifte sind durchaus auch bei anderen F3K-Modellen zu finden, Winglets sind bei F3K Schleuderseglern allerdings nicht üblich. Das Winglet ist auf der linken Flügelseite („Wurfseite“) deutlich dicker ausgeführt. Wie schon erwähnt, ist es direkt am Flügel angeformt und wird nicht separat gebaut. Dies stellt eine saubere Aerodynamik, möglichst geringes Gewicht und einen nahtlosen Kraftfluss sicher. Das Winglet ist natürlich nach oben und unten ausgeführt, um die für den Schleuderstart übliche Haltung mit den Fingern zu ermöglichen. Der untere Teil vom Winglet ist dabei nur so hoch wie ein Mittelfinger breit ist.

Ergonomisch gesehen ist es zwingend erforderlich, das Wurfwinglet nicht scharfkantig zu bauen. Die Erfahrung hat gezeigt, dass manche Werfer ein Winglet bevorzugen, das unten etwas größer ist, als ursprünglich im Design angenommen. Dies lässt sich beim Beranden allerdings berücksichtigen und man kann das Winglet auf der Wurfseite unten etwas größer ausschneiden. Das Winglet besteht hauptsächlich aus vertikal eingelegten Kohlefaserrovings. Zur Krafteinleitung werden Rovings nicht nur L-förmig in die obere und untere Flügelschale geführt, sondern es wird aus Kevlarroving eine horizontale Schlaufe um das vertikale Kohlefaser-Rovingbündel gelegt, deren Enden jeweils im oberen und unteren Holmgurt enden. Der Kevlarroving soll sicher stellen, dass im Falle des Bruchs des Winglets kein frühzeitiges, unkontrolliertes Wegschleudern des Flugzeugs passieren kann.

Aerodynamisch betrachtet vergrößert das Winglet virtuell die Spannweite bzw. die Streckung und bringt damit eine leicht gesteigerte Effizienz. Da die Winglets aber deutlich kleiner sind, ist im Vergleich zum Climax, ist deren Effekt aber deutlich geringer. Es wurden Testflüge mit und ohne Winglets gemacht. Dabei fiel auf, dass der Flieger ohne Winglets eine höhere Mindestgeschwindigkeit und schlechteres Kreisverhalten in den Kurven aufwies, allerdings leicht größere Starthöhen erreichte. Weitere Tests stehen hier noch aus.

Rumpf

Beim Rumpf wurde ein sehr schlankes Design gewählt, welches gerade vier Servos, einen Empfänger und einen Akku aufnehmen kann. Durch eine Aufstecknase sind alle Komponenten gut zugänglich. Die Austeckschnauze setzt hier auch einen farblichen Akzent und kann bei Bedarf erneuert werden. Das Gewicht des Rumpfes von 32-34g ist ideal, es kommt noch die Aufstecknase mit ca. 10g hinzu. Da es sich hier um Masse vor dem Schwerpunkt handelt, verringert diese den Einsatz von Trimmblei und kann in Kauf genommen werden. Das Rumpfrohr ist als Ellipse ausgeführt, dadurch wird eine höhere Steifigkeit im Vergleich zu einem runden Querschnitt gleicher Größe erreicht. Bruchversuche wurden einige durchgeführt, auch im Flugeinsatz 😉 Ein Problem bei der anfänglichen Bauweise war das Beulverhalten der Rumpfschale hinter der Flügelendleiste. Mit einer Belegung von 0/90 Kohlefaser konnte die Beulsteifigkeit signifikant erhöht und das Problem beseitigt werden.

Als Besonderheit verfügt der Rumpf über direkt einlaminierte Bowdenzüge. Das bedeutet, ein Stahldraht wird zwischen die Lagen der Rumpfschale eingelegt und nach Aushärten entfernt. In den so entstandenen Kanal in der Rumpfwand wird ein Kohlefaserstab eingeführt, welcher eine absolut spielfreie push-pull Anlenkung ermöglicht.

Im 2013er Rumpf sind nur noch das Höhen- und Seitenruder-Servo, da die Querruderservos im Flügel direkt verbaut werden können. Allerdings hat der 2013er Rumpf deutliche Schwächen und soll in Kürze durch einen besseren Rumpf ersetzt werden. Der neue Rumpf vermeidet schwierig baubare Stellen und ist an den Kraftfluss angepasst. Da eine direkte Vergleichsmöglichkeit besteht, soll der Rumpf überhalb des Flügels sitzen, wie bei F3K-Modellen der „Concept“ Reihe von Roland Sommer. Praxistests werden hier Messungen ermöglichen, in der Theorie sind Berechnungen und Vorhersagen für hochdynamische Vorgänge wie den Schleuderwurf nur begrenzt sinnvoll.