Pitchwinkel Einstellung am RC Paddelhelikopter und am FBL Helikopter
Was ist der Pitchwinkel am Helikopter?
Der Pitchwinkel ist der Anstellwinkel der Rotorblätter eines Helikopters - auch Blattanstellwinkel genannt.
Kollektiver Pitchwinkel
- Auf- und Abbewegung der Taumelscheibe zum Steuern des Auftriebs
Zyklischer Pitchwinkel
- Kippbewegung der Taumelscheibe zum Steuern der Achsen Roll und Nick
Auf dieser Seite wird das Einstellen der Pitchwinkel am Beispiel eines Zweiblattrotorkopfes erklärt. Diese Anleitung gilt sinngemäß auch für Mehrblatt- Rotorköpfe.
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Allgemeine Informationen
Paddelkopf
Die Signale für die Taumelscheibe werden direkt im Sender gemischt und erst dann zum Empfänger übertragen.
Der Typ der Taumelscheibe muss im Sender ausgewählt werden.
Flybarless
Die Taumelscheiben- Mischung und die Auswahl der Taumelscheibe erfolgt im FBL System. Während der Einstellung müssen die Knüppelwege im FBL eingelernt werden.
Dazu legt man ein neues Modell im Sender an und wählt als Taumelscheibentyp H1 (kein Taumelscheibenmischer im Sender aktiviert).
Die Signale der Steuerhebel werden dann ungemischt übertragen und erst im FBL für den jeweiligen Taumelscheibentyp "gemischt". Auch die Einstellung der Winkel für Pitch, Roll und Nick werden im FBL eingestellt.
Prinzip der Pitchwinkelmessung mit der Pitchlehre (Paddel und FBL)
Der Pitchwinkel wird relativ zur Hauptrotorwelle gemessen. Man bedient sich daher einer Stange, die im Winkel von 90° zur Hauptrotorwelle steht.
Bei Paddelköpfen dient die Paddelstange als Referenz. Bei FBL Helis wird eine Referenzstange auf das Zentralstück des Rotorkopfes geschraubt (siehe Bild unten).
Oft werden schon beim Messen des Pitchwinkels am Rotorblatt Fehler gemacht.
Daher hier noch einmal die Erklärung des Prinzips der Pitchwinkel- Messung.
Analoge Pitchlehren
Bei Flybarless- Systemen wird der Bremsteller abgeschraubt und statt dessen ein Halter mit Hilfsstange aufmontiert. Die Pitchlehre wird auf das Rotorblatt gesteckt.
Mit der Oberkante der Pitchlehre wird die Referenzstange (Paddelstange oder Hilfsstange bei FBL) anvisiert und der äußere Rahmen der Pitchlehre so weit verdreht, bis die Oberkante des Rahmens parallel zur Referenzstange steht (siehe Bild).
Die Referenzstange/ Paddelstange muss sich beim Ablesen des Pitchwinkels genau in einer Flucht mit der Oberkante der Pitchlehre befinden!
Die Referenzstange bzw. die Paddelstange muss sich beim Ablesen des Pitchwinkels genau in einer Flucht mit der Richtkante der Pitchlehre befinden!
- statt der Peilung über Richtkante und Referenzstange wird die Pitchlehre so lange verdreht, bis die Blase der eingebauten Wasserwaage im Lot ist. Diese Methode kann sehr fehlerträchtig sein.
Digitale Pitchlehren
Digitale Pitcheinstell- Lehren erleichtern die Einstellung enorm.
Es gibt digitale Pitchlehren mit einem Teller, der anstelle des Rotorblattes in den Blatthalter gesteckt und verschraubt wird.
Dieser Teller ist meist als Achteck geformt und hat verschieden dicke Kanten (siehe Bild). Die unterschiedlich dicken Kanten entsprechen den Blattwurzeldicken der Rotorblätter. Sie sind notwendig, um die Pitchlehre für alle Größen von Blattaufnahmen einsetzen zu können.
Auf diesem Teller wird die Pitchlehre mittels Magnet oder Klettband befestigt.
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Digitale Pitchlehren werden vor der Messung an einer Referenz (Oberkante Motor oder Chassis) "genullt".
Wir zeigen weiter unten noch eine weitere, sichere Methode, den Nullpunkt an der Pitchlehre einzustellen.
Empfohlene Pitchwerte für 3D Helikopter
Kollektiver Pitchwinkel
Größere Winkel bewirken eine heftigere Reaktion des Helikopters auf Pitch Steuerbefehle (Steigen und Sinken). Ein zu groß gewählter kollektiver Pitchwinkel kann Strömungsabrisse am Rotorblatt zur Folge haben.
Zyklischer Pitchwinkel
Umso größer der maximale zyklische Pitchwinkel, umso agiler ist die Reaktion des Helis auf Nick und Roll Steuerbefehle.
Kollektivpitch: 9 bis 11°
(symmetrisch/ positiv und negativ gleich)
Zyklischer Pitchwinkel: 5 bis 7°
Kollektivpitch: 11 bis 13°
(symmetrisch/ positiv und negativ gleich)
Zyklischer Pitchwinkel: 8 bis 12°
Kollektivpitch:
- positiv: 9 bis 11°
- negativ: 0 bis -3°
Zyklischer Pitchwinkel: 5-7°
Pitcheinstellung am Flybarless Helikopter
Schritt 1 - Vorbereitung und Grundeinstellung
Bevor du diese Anleitung befolgst, stelle sicher
- dass alle Verkabelungen zwischen Empfänger, FBL und Servos richtig angeschlossen sind
- die Servoarme sind noch nicht aufgesteckt
Im
Sender musst Du zunächst ein neues Modell anlegen und den passenden Taumelscheiben -Typ auswählen. Bei FBL ist das Einzelservosignal "H1" oder "Normal".
Kontrolle der Sendereinstellungen:
- Im Sender müssen die Servomitten (Sub Trim) für Roll (Aileron), Nick (Elevator) und Pitch auf "0" stehen.
- Alle Knüppel- Trimmungen müssen ebenfalls auf "0" stehen.
- Es darf keine Dual Rate eingestellt sein.
- Die Servoweg Endpunkte stellst du auf 100% (120% bei Futaba).
- Sind Sender und Empfänger gebunden?
- Bei Futaba- Sendern muss der Kanal 3 (Throttle, Gas) bei Elektrohelis immer reversiert werden!
Dann stellst Du die Längen aller Gestänge
an der Taumelscheibe entsprechend den Herstellervorgaben
genau ein.
Entferne
alle Servoarme der TS-
Servos, bevor du die Spannung zum Empfänger einschaltest!
Erst Sender
einschalten - dann Empfänger einschalten. Das FBL in den Setup- Modus bringen (je nach Hersteller unterschiedlich).
Alle FBL Einstellungen nach Anweisung vornehmen (je nach FBL unterschiedlich; Herstellerangaben für alle Bausteine am Heli beachten):
- (Im FBL) Auswahl der Empfänger- Art und Verbindungstyp vom Empfänger zum FBL
- Satelliten
- Kabel
- S-Bus
- ...
- (Im FBL) Auswahl Servotyp, Digital- oder Analogservos
- Kanalzuordnung im FBL anpassen falls erforderlich.
- Digitalservos können i.d.R. mit einer Frequenz von 200 bis 333 Hz angesteuert werden. Heckservos teilweise noch schneller! Analogservos nur mit 50Hz Ansteuerfrequenz betreiben!
- Auswahl des Heckservo- Typs oder Auswahl Mittenimpuls (1520µs ist Standard,760µs nur bei Narrow-Pulse Servos auswählen)
- (Im Sender) Anpassungen der Steuersignale an das FBL vornehmen
- Die Steuerrichtungen für die Kanäle Pitch, Roll, Nick und Heck testen. Bei Bedarf mittels Servoumkehr im Sender anpassen (FBL- abhängig)
- Die Servomitten im Sender bei Bedarf anpassen (FBL- abhängig)
- Die Endpunkte/ Servowege im Sender bei Bedarf anpassen
- In der Regel darf ab hier später nichts mehr an den vorangegangenen Anpassungen im Sender verändert werden!
- (Im FBL) Die Einstellungen im FBL soweit durcharbeiten, bis die für die Taumelscheibenservos relevanten Einstellungen dran sind.
- Die erste Einstellung, die im FBL vorgenommen wird, betrifft die neutrale Mittenstellung der TS- Servos. Eventuell muss jetzt (oder später) die Laufrichtung der TS bei Steuern von Pitch korrigiert werden.
- Die Servoarme müssen nun möglichst orthogonal (90°) zur Anlenkstange aufgesteckt werden. Bis auf einen Servo- Zahn genau arbeiten!
- (Im FBL arbeiten, nichts mehr im Sender trimmen !) Die Feinjustierung für die Servoarme mittels elektronischem Trim durchführen!
So werden die Arme aller TS Servos aufgesteckt und dann im FBL die Feintrimmung vorgenommen.
Nicht vergessen, die Kugel möglichst vorher am Arm zu befestigen (hier von der Rückseite eingeschraubt)!
Schrauben in Metall (wie hier die Sicherungsschraube im Bild) immer mit Schraubensicherung einkleben!
Die Servoarme stehen orthogonal? Neutralstellung! Die Gestängelängen sind laut Herstellervorgabe angepasst?
Die Gestänge von den Servos zur TS können dann angebracht werden.
Die TS steht genau 90° zur Hauptrotorwelle! (wie auf dem Bild zu sehen)
Arbeite hier bitte sehr genau, damit alles perfekt passt. Diese Neutraleinstellung ist die Basis für eine perfekte Pitchwinkel- Einstellung. Steht die TS schief, obwohl die Servoarme orthogonal zum Gestänge stehen, dann stimmen die Gestängelängen nicht!
Erst jetzt arbeiten wir uns von der Taumelscheibe (TS) nach oben zu den Blatthaltern. die oberen Gestänge von der TS zu den Blatthaltern müssen exakt die gleiche Länge haben! Wenn die Länge der Anlenkungen verändert werden muss, dann bitte bei allen Gestängen in gleicher Weise.
Ziel: 0° Pitch an den Rotorblättern!
Wie man am einfachsten 0° Pitch feststellen kann, sieht man im Bild:
Beide Rotorblätter (im rechten Winkel im Blatthalter) zu einer Seite klappen. Wenn die Blattenden auf der selben Höhe stehen, dann liegen genau 0° Pitch an den Blättern an.
Bei schwachen Servos, die das Blattgewicht nicht richtig halten können, den Heli auf die Seite legen und die Blätter herunterhängen lassen.
Stehen beide Blätter unterschiedlich hoch, dann muss die Länge der Gestänge noch (wenige Umdrehungen) verändert werden.
Je nach Gegebenheit bieten sich hier zwei verschiedene Vorgehensweisen an:
- Die Taumelscheiben- Position nach oben oder nach unten verschieben. Dazu müssen die Gestänge zwischen den TS- Servos und der TS gleichmäßig verlängert oder verkürzt werden. Die Kugelköpfe dazu etwas weiter rein- oder rausdrehen. Alle Gestänge in gleicher Weise anpassen, sonst gerät die TS in eine Schiefstellung!
- Die Anlenklänge von der TS zu den Blatthaltern verändern. Dazu müssen die Gestänge zwischen der TS und den Blatthaltern in gleichem Maße verlängert oder verkürzt werden. Nicht bei DFC Köpfen!
Ziel erreicht! Pitch in Neutralstellung und exakt 0° Pitch an den Rotorblättern!
Mit den Blättern in dieser Position kann man auch Kollektivpitch ohne Pitchlehre messen.
Wie das geht kannst Du unter
Pitchwinkel ohne Pitchlehre messen
nachlesen.
Ggf. muss die Laufrichtung der
einzelnen TS Servos geändert werden.
Wir testen dazu die Laufrichtung der Taumelscheibenservos bei Kollektivpitch. Bei Kollektivpitch müssen sich alle Servos in die gleiche Richtung bewegen. Tun sie das nicht, dann muss die Laufrichtung einzelner oder aller TS- Servos im FBL verändert werden. (Nichts im Sender verändern!)
Bei einer voreilenden Anlenkung muss sich die Taumelscheibe für einen positiven Pitchwinkel nach oben bewegen.
Bei einer nacheilenden Anlenkung muss sich die Taumelscheibe für einen positiven Pitchwinkel nach unten bewegen.
Weitergehende Info zum Thema Rotorkopf gibt es
unter
Rotorkopf am Hubschrauber
Kollektiven Pitchwinkel einstellen
Kollektive Pitchwerte einstellen
Darunter versteht man das Einstellen der maximalen positiven und negativen kollektiven Pitchwinkel. Einige FBL Systeme (z.Bsp. Microbeast) erlauben die separate Einstellung von positiv und negativ Kollektivpitch. In der Regel stellt man im FBL den positiven und negativen Pichwinkel gleich (symmetrisch) ein. Siehe Werte weiter oben auf dieser Seite. Möchte man keinen negativen Pitchwinkel haben, dann wird das erst nach Abschluss der Pitcheinstellung mit der Pitchkurve im Sender verändert. Dazu weiter unten mehr.
Am Ende muss die TS während der gesamten Pitch Auf- bzw. Abwärtsbewegung waagerecht stehen bleiben.
Nun
kontrollierst Du die Bewegungsrichtung der
Servos auf Roll und Nickbefehl.
Bewege dazu den Nick- und Roll- Knüppel, während
der Pitchhebel in Mittenstellung bleibt. Bei ROLL
nach links muss die Taumelscheibe nach links kippen
(in Flugrichtung gesehen). Bei Roll nach rechts muss
die Taumelscheibe nach rechts kippen. Bei Nick nach
vorn muss die Taumelscheibe nach vorn kippen. Bei
Nick nach hinten muss die Taumelscheibe nach hinten
kippen.
Falls die Kipp- Bewegungen der Taumelscheibe nicht zur Bewegung des Steuerknüppels passen, dann musst Du dies im FBL mittels Umkehr der jeweiligen Funktion ändern.
Im Bavarian Demon 3x und 3SX FBL Systemen gibt es dafür in der Software Schalter für die Richtungsumkehr.
Zyklische Pitchwinkel einstellen
Die Einstellung des zyklischen Pitchwinkels für Roll (Aileron) und Nick.
Hier verfahren die Hersteller unterschiedlich!
Einige FBL Systeme erfordern es, dass einmalig ein vorgeschriebener zyklischer Pitchwert als Referenzwert (Beispiel 6° für Roll) angefahren und gespeichert wird.
Andere Hersteller erlauben die separate Einstellung für Roll und Nick mittels Slider (siehe Bild oben "Servo-Wege" 64 für Roll und 64 für Nick). Ausgehend von der Neutralstellung mit 0° Pitch (Steuerknüppel in der Mitte), wird bei voll gedrücktem Steuerknüppel der Rollwinkel und der Nickwinkel gemessen und die Einstellungen im FBL angepasst. Werte für die zyklischen Pitchwinkel gab es schon weiter oben auf dieser Seite.
Auf der Seite Rotorkopf Taumelscheibe gibt's ein paar Bilder zu den Taumelscheibenbewegungen.
Die Pitchwinkel werden an einem Zweiblattkopf genau so gemessen wie an Mehrblattköpfen. Entscheidend ist bei der Messung der zyklischen Blattwinkel nur die Stellung des Blattes an dem gemessen wird.
Die mechanische Anlenkung der Rotorblätter über die Taumelscheibe erfolgt in der Regel mit 90° Verschiebung. Es gibt jedoch Ausnahmen. Dann muss dieser Winkel mit Hilfe der "virtuellen Taumelscheibenverdrehung" korrigiert werden. Aber dazu gibts mehr Info in einem speziellen Kapitel auf dieser Seite. In der Regel wird bei 2 bis 4 Blattköpfen ohne virtuelle Taumelscheibenverdrehung gearbeitet.
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Zyklischen Pitchwinkel für Roll (Aileron) einstellen
Zur Einstellung des zyklischen Blattanstellwinkels für Roll (Aileron) richtest Du den Rotorkopf so aus, dass das zu messende Blatt genau in Längsrichtung des Heli steht! Es ist egal ob am nach vorn zeigenden Blatt oder am nach hinten zeigenden Blatt gemessen wird. Die Winkel haben jedoch unterschiedliche Vorzeichen. Das Bild verdeutlicht die Zusammenhänge.
Zyklischen Pitchwinkel für Nick (Elevator) einstellen
Zur Einstellung des zyklischen Blattanstellwinkels für Nick (Elevator) richtest Du den Rotorkopf so aus, dass das zu messende Blatt genau in Querrichtung des Heli steht! Das Bild verdeutlicht die Zusammanhänge an einem rechtsdrehenden Rotorkopf. Bei rechtsdrehendem Hauptrotor soll das Blatt 90° nach links zeigen, wenn wir den zyklischen Pitchwinkel für Nick (Elevator) messen. Man kann auch am rechten Blatt messen, aber dort ist der Winkel dann negativ!
Diese Einstellungen funktionieren bei kleinen und großen Helikoptern gleichermaßen.
- Ein kollektiver Pitchwinkel von über 14° ist nicht zu empfehlen, da es zu Strömungsabrissen durch starke Verwirbelungen am Rotorblatt kommen kann.
- Je höher der eingestellte zyklische Pitchwinkel ist, umso heftiger reagiert der Heli auf Nick und Roll.
Pitchwinkel einstellen am Mehrblatt- Rotorkopf
Wie wir schon gelernt haben, ist der Rotorkopf Winkelvorlauf von entscheidender Bedeutung für die Blattwinkel- Steuerung eines Helikopters. Die Ansteuerung der Blatthalter muss 90° versetzt erfolgen, um die zyklische Ansteuerung der Blätter im richtigen Moment erfolgen zu lassen.
Bei 2-, 3- und 4- Blatt Rotorköpfen ist eine um 90° versetzte Blattanlenkung rein mechanisch meist kein Problem. Bei mehr als 4 Rotorblättern herrschen am Kopf und an der Taumelscheibe eingeschränkte Platzverhältnisse. Eine 90° voreilende Anlenkung ist dann nicht mehr sinnvoll, oder schon gar nicht mehr möglich. Selbst bei 3- und 4- Blattköpfen verlaufen die Gestänge zwischen Taumelscheibe und Blattanlenkung in einem sehr schrägen Winkel.
Wenn eine um 90° versetzte Anlenkung rein mechanisch nicht mehr umgesetzt werden kann, dann bedient man sich der virtuellen Taumelscheibenverdrehung.
Sicht von oben auf den Rotorkopf :
Die blau gekennzeichneten Gelenkkugeln an der Taumelscheibe stehen in Drehrichtung 90° vor den Achsen der Rotorblätter.
Es spielt keine Rolle wie schräg die Anlenkstangen stehen. Entscheidend ist nur die Position der Kugel an der Taumelscheibe relativ zur Achse des Rotorblattes.
Draufsicht auf einen 4 Blatt Rotorkopf:
Hier ist noch einmal die Position der Anlenkkugeln am Innenring der Taumelscheibe relativ zur angelenkten Rotorblatt- Achse dargestellt.
Der Winkel der Voreilung beträgt auch hier mechanisch genau 90°.
Rein mechanisch ist es bei 3- Blattköpfen schon nicht mehr möglich, das Anlenk- Gestänge zwischen Taumelscheibe und Blattanlenkung parallel zur Rotorwelle zu stellen. Bei enormer Schrägstellung des Gestänges wirken Kräfte, die ein Abspringen der Gelenkpfanne forcieren können. Daher sollte in einem solchen Falle besser mit virtuellem Vorlaufwinkel (virtuelle Taumelscheibenverdrehung) gearbeitet werden.
Einstellung des Winkelvorlaufs mittels virtueller Taumelscheibenverdrehung
Ist mechanisch keine 90° versetzte Anlenkung mehr möglich, dann mus mit einer virtuellen Taumelscheiben- Verdrehung gearbeitet werden. Der Effektive Vorlaufwinkel von 90° setzt sich dann aus dem mechanisch gegebenen Vorlaufwinkel und der elektronischen Vorlaufwinkel- Korrektur zusammen.
Beim Arbeiten mit virtueller TS- Verdrehung ist zu beachten, dass die Kippbewegung der Taumelscheibe als Reaktion auf zyklische Steuerbefehle nicht mehr in der gewohnten Richtung erfolgt, sondern vielmehr genau um den Betrag der eingestellten virtuellen TS- Verdrehung versetzt.
Im Klartext: Bei eingestellten +35° virtueller TS- Verdrehung kippt die Taumelscheibe bei Nick nicht mehr genau in Flugrichtung, sondern um +35° nach rechts versetzt. So stimmen dann die zyklischen Blattwinkel trotz mechanisch "unkorrekter" Einstellung wieder genau!
Im Beispiel beträgt der mechanische Winkel zwischen Rotorblatt und Anlenkkugel an der Taumelscheibe 55°. Die Anlenkkugel am Innenring der TS steht genau unter der Kugel am Blatthalter.
Das Anlenkgestänge verläuft parallel zur Rotorwelle.
Die Kugel an der Taumelscheibe eilt der Blattachse 55° voraus. Um die erforderlichen 90° Vorlaufwinkel zu erreichen, sind hier +35° virtuelle TS- Verdrehung einzustellen. 55° + 35° = 90°.
Da die virtuelle TS- Verdrehung sowohl positive als auch negative Werte haben kann, ist darauf zu achten, dass die TS in der richtigen Richtung virtuell verdreht wird.
Kontrolle der Richtigkeit des Winkelvorlaufes
Ein Blatthalter/ Rotorblatt wird dabei parallel zur Längsachse des Heli ausgerichtet. Wenn nun ausschließlich NICK gesteuert wird, darf das Blatt seinen Anstellwinkel nicht verändern. Verändert sich der Anstellwinkel des Blattes, dann stimmt der effektive Vorlaufwinkel nicht.
Pitchkurve für Normalflug, Schwebflug, Anfänger anpassen
Standard 3D Pitchkurve (symmetrisch)
Die gesamte Einstellung der Pitchwerte haben wir mit einer symmetrischen Pitchkurve durchgeführt. Positiver und negativer Pitchwinkel sind damit in der Regel gleich.
Normalerweise kann diese Einstellung auch so bleiben. Der Heli schwebt dabei in Normalfluglage bei Stellung des Pitch Steuerknüppels etwas oberhalb der Mittelstellung. Das ist nicht weiter schlimm, denn es ist nur eine Gewöhnungssache.
Möchte man aber keinen oder nur einen kleinen negativen Pitchbereich, dann verändert man dies an der Pitchkurve im Sender. Man tut dies aber erst nachdem die komplette Pitcheinstellung durchgeführt wurde.
NUR Normalflug Pitchkurve (Schwebflug, auch Anfänger, kein 3D)
Die Veränderung der Pitchkurve (wie im Bild zu sehen) bewirkt, dass der Heli schon bei Pitchknüppel in Mittelstellung schwebt.
Die vorzunehmende Veränderung an der Kurve ist einfach und besteht im Wesentlichen darin, den maximalen negativen Kollektiven Pitchwinkel durch Anhebung der Kurve auf der linken Seite zu verringern.
Die dargestellte Veränderung bewirkt, dass der kollektive Pitchbereich, nur noch von etwa (minus) -3° bis (plus) +10° Pitch reicht.
