Die aerodynamische Planung wurde wie bereits bei der V1 mit FLZ Vortex von Frank Ranis auf ein Modell in dieser Größe hin optimiert. Weil von anderen Modellbaukollegen berichtet und vereinzelt auch auf Videos dokumentiert und erkennbar die Horten unter zuviel Schub zum Absturz kommt, wurde die Seitenstabilität erhöht. Auf zusätzliche Hilfen wie Finnen, Bremsklappen, Schubrohrverlängerungen oder Gyros soll verzichtet werden können. Als Impeller werden die neu auf den Markt gekommenen 70mm 10-Blatt "Flüster-Impeller" eingesetzt.
Eigentlich hätte es eine V2 mit in der Fläche liegenden Schubrohren werden soll. Im CAD aber wurde schnell klar, dass bestenfalls 50er-Impeller hätten verbaut werden können. Ein bischen mehr "bumms" sollte da schon drin sein. Auch 64er erschienen von der Leistung her noch etwas zu schwach. Ganz nebenbei müsste deren Drehzahl auch höher gewählt werden, was den typischen und fast schon unerträglichen kreischenden Impeller-Sound mit sich gebracht hätte. Neine - 70er 10-Blatt sollte es schon sein und die passen innen tatsächlich sogar rein. So viel die Wahl auf die V3 mit den größeren Schubrohren.
Hier ein paar CAD-Bilder der Konstruktion...
Möglich ist die Herstellung des verwundenen und geschwungenen Flügels durch den Neuzugang einer semi-professionellen Isel-Fräse. Leider reicht der Verfahrweg mit 54 x 52 cm für 1,68m Spannweite nicht aus - deshalb musst die Horten in 50cm-Blöcke geteilt werden. Und weil sie auch innen ausgefräst werden soll, zudem jeder 50cm-Block in eine Ober- und Unterschale. Hier das Oberteil der Vorne-Mitte-Einheit - für innen und aussen muss jeweils ein NC-Programm erstellt werden. Eine größere Fräse wäre wünschenswert. Doch besser eine kleine als keine...
Dann wird gefräst.
Und schon liegt nach einmal umdrehen und bischen Fräszeit das erste Oberteil auf dem Tisch.
Schritt 2 es folgt die untere Hälfte...
Wieder nach ein paar Stunden - die beiden Hälften liegen nebeneinander
...und aufeinander. Die Einlauflippe ist leise schon zu erahnen...
Die linke Flächenhälfte plus die beiden Randbögen werden fürs Fräsen vorbereitet...
Erstmal CAD des 50cm-Blocks erstellen, dann die NC-Daten erzeugen und dann ab in die Fräse... Auch eine Helling für den Zusammenbau wird gleich mit rausgefräst.
Die gefrästen Rohteile plus Helling drunter - der Zusammenbau kann beginnen. Die beiden Impeller liegen auch schon drin.
Ein Baubrett hilft, alles korrekt zu verkleben. Auch die Impeller sind jetzt eingepasst.
...wenn das keine gute Figur ist?
Zeit für eine Gewichtskalkulation:
- Rohlinge: 345g
- 2 x Impeller + Motoren: 310g
- 2 x Regler: 55g
- 2 x Servos: 20g
- Empfänger: 10g
- Montagematerial: 40g
- Lack: 40g
Zusammen = 820g plus Akku 4S/4000/30c ca. 400g oder 6S ca. 600g. Das ergibt ein zu erwartendes Abfluggewicht von 1.220g bei 4S und 1.420 bei 6S.
Weiter gehts - die Einlaufringe werden eingesetzt... Zur Erinnerung: mit einem geeigneten Einlaufring kann der Schub bei gleichem Leistungsbedarf um 10 bis 20% steigen. Inwiefern diese Einlaufringe hier eine Steigerung bringen, steht in den Sternen. Denn auf Grund des Scale-Looks sind die Einläufe für den Impeller viel zu klein und für den Flieger trotzdem immer noch zu groß. Wir werden sehen.
Wie üblich folgt eine Menge Detailarbeit. Bezüglich der Festigkeit sind die Schubrohre das Problem - um keine unerwünschten Verwirbelungen des Schubstrahls zu erzeugen, kann das übliche Carbonrohr nicht über die Mitte des Modells bis in die Flächen gesteckt werden. Es muss also drum herum gebaut werden.
Unten ist hinten über die Mitte ein 10er Rohr so tief eingelassen, dass es die Schubrohre innen gerade noch berührt. Links und rechts stehts leider über den Rumpfboden raus und muss angeschrägt werden. Im V-Winkel der Fläche sind 5er Rohre von der Flächenmitte bis fast zu den Randbögen raus geklebt. Über eine Strecke von zirka 30cm laufen sie parallel zum 10er Rohr und sind mit diesem rundherum mit Epoxy verklebt. Das ist so stabil, als wärs ein Rohr - nur leider hinten und nicht in der Mitte in Nähe des Schwerpunktes.
Die Oberseite des eingelassenen 10er Rohrs - das Loch in den Schubkanälen ist wieder verspachtelt und verschliffen - die Schubrohre sind mit Hemdenpapier und Ponal beplankt (siehe Tipps & Tricks )
Für zusätzliche Stabilität sind vorne in die Nasenleiste 3er Carbonrohre geklebt - das schützt diese zudem vor dicken Grashalmen und Rapsfeldern (;-). Hinter den 3er Carbonrohren ist eine 1,5mm starke Epoxydplatte in Form gefräst und mit Epoxy eingeklebt - sie nimmt einen Teil der Querkräfte auf. Auch ein Starthaken wird gleich mit eingeklebt - die Kräfte werden über eine kleine Epoxydplatte auf das Modell und die Querstrebe geleitet
Die Impis sind drin, Servos auch (oben, damit sie bei Landungen nicht im Gras hängen bleiben), die Haube aufgeklebt und alles verspachtelt - so trocknet sie nun vor sich hin. Über zwei Stunden Mühe, die Impis zu wuchten - nein, besser optimiert. Denn gewuchtet wäre anders - aber gut, sind nun auch nicht die teuersten gewesen und für einen Prototypen wirds reichen.
Erst- und Testflug (3.11.2012)
Weil sie stabil fliegt, kann man also bedenkenlos testen. Idee eines Beobachters: 'man möge - um das Modell vor Schaden bei weiteren Test zu bewahren - einen Fallschirm einbauen'. Antwort eines 13-jährigen, der die Testflüge mit verfolgte: "Das Flugzeug ist doch der Fallschirm".
Die Mitnehmer der Change Sun Impeller liefen etwas unwuchtig, was ein unangenehmens Geräusch ergab. Nach neuerlichem Wuchten ging Vollgas - an 4S laut GPS knapp 160km/h schnell (siehe Testflug-Video). Mit 6S sollten 180 km/h also auf jeden Fall erreicht werden können.
Im Bild die bei den beiden Videos verwendete Schubrohrverlängerung.
Weil unter Vollgas immer noch ein "unrundes" oder "stotterndes" Geräusch zu hören war, wurden vorne mit Epoxy ein Alu-Gitter als zusätzliche Luftzufuhr eingeklebt.
Forstsetzung folgt im Saarland (ab hier folgt der Bericht von Tobias)
Die V3p1 kam gut verpackt als riesiges Paket bei mir (Tobias) an. Die Versandkosten waren gerade so noch erträglich. In der Verpackung lag die flugfertige V3p1 TWA-Horten IX. Dabei war auch eine sehr ausführliche Anleitung u.a. auch für die auf den Seitenruderstick gelegte differentielle Steuerung der beiden Motoren für eine DX7 und ein Stützkondensator für den Empfänger.
Als Prototyp V3 und mit meinen begrenzten Flugkünsten hatte ich eigentlich große Schwierigkeiten erwartet, tatsächlich startet und fliegt sich die TWA-HIX aber ausgesprochen einfach, nur mit der Landung hatte ich so meine Probleme, für die ersten Landungen empfehle ich eine ungemähte Wiese, aber dazu später mehr. Im folgenden sind die Veränderungen aufgeführt, sinnvolle und weniger sinnvolle, welche die V1P3 nach dem sie das TWA-Horten-IX-Werk in Bayern verlassen hat erfahren hat.
Design
Zu viel Wärme
Bruch #1
Bruch #2
Bruch #3
Landeprobleme
Wir haben einen Landeplatz mit super kurzem Gras, jede Menge Unebenheiten und Gefälle sowohl nach vorne wie hinten (weniger ein Problem), als auch nach links rechts. Eine super ungünstige Kombination für die HIX. Sie bekommt einen tollen Bodeneffekt und gleitet rasant viele Meter über das Gras, bis sie unweigerlich irgendwo eine Bodenunebenheit mit der linken oder rechten Flügelspitze trifft, sich um eine Achsen dreht, aufbäumt und ein oder zwei Räder schlägt. Statistisch steht die Chance dann 1:3, dass der Flügel gebrochen ist. Also sollte für mich eine andere Lösung her, nämlich die
Vermutlich ist es denkbar auch an/in die V3p1 ein Einziehfahrwerk einzubauen, aber der Platz wäre sehr eng. Einfacher wäre eine Landekufe, nur wollte ich partout das reinrassige Nurflügel/Hortenkonzept nicht zerstören. Also provisorisch erstmal nur eine ganz kleine Kufe aus einem 4mm Carbonstab, aufgeklebt mit Heißkleber und am Ende überstehend und flexibel.
Ruderanschlag:
Der Ruderanschlag war aus Folie, sehr haltbar, aber mit der Zeit hat die hohe Belastung zu einer teilweisen Ablösung an den Enden geführt. Zunächst zwei, später dann drei Scharniere und eine neue Verklebung haben das Problem gelöst. Die V3p3 hat von vornherein deutlich bessere Scharniere bekommen.
Anlenkung:
Die Ruder waren mit einem zu dünnen und biegsamen Draht angelenkt. Bei kräftigem Gegenwind von vorne und leicht unten (Tiefe drücken, d.h. kein Zug sondern Druck auf die Ruderstangen) und in Verbindung mit dem weich gewordenen Ruderanschlag kam es zu heftigem Ruderflattern und einem Riss am Rücken.
Servos:
Ein Servo musste nach dem Ruderflattern sicherheitshalber getauscht werden. Es wurden stärkere Servos (2,5kg,13g) mit Metallgetriebe eingebaut. Für die V3p3 sind von vornherein derartige Servos vorgesehen.
Akkus:
Ich benutze eine 4S Hacker 3.900 (4 min), einen 4S Zippy Compact 5.800 (6 min) und einen 5S Zippy Compact 4000 (4 min). Alle sind gleich dick und breit, aber unterschiedlich lang und schwer. Am liebsten fliege ich den schwersten und billigsten (4S Zippy Compact 5.800).
Nach 3/5 Gas kommt viel Lärm, aber kaum zusätzliche Geschwindigkeit. Neue GPS Messungen stehen noch aus.
Neuerliche GPS-Messungen:
Die ersten zwei Flüge mit GPS zeigten eine maximale Geschwindigkeit von 136 km/h mit 4s und 179km/h mit 5s. Da ist sicherlich noch mehr drin, da zunächst die neue Empfängeranlage, Schwerpunkt etc und weniger die erreichbare Vmax getestet wurde. Überrascht hat der spürbare Geschwindigkeitszuwachs (>40km/h) von 4s auf 5s, was sich mit dem subjektivem Eindruck deckt. Mit 5s geht also deutlich mehr.
Unerwartet war auch, dass der Motorenklang mit 5S wesentlich angenehmer war. Laut Angaben ist der Turnigy L2855-2300 EDF Outrunner mit 450w nur bis 4s vorgesehen. Diverse Berichte im Internet(!) sprechen aber von einer problemlosen Eignung bis 6s. Regler und Akku waren nicht sonderlich warm, die Motoren hingegen wurden schon etwas wärmer. Durch den Einbau ist dies aber nur schwer zu bestimmen. Bei den nächsten Messungen kommt daher ein Infrarotthermometer mit.
Wenig überzeugend war die Spannungslinie des Zippy compact 5s 4000 25-35C. Laut Telemetrie ist bereits kurz nach dem Start die Spannung auf kleiner 5 x 3,3V = 16,5V gefallen. Das ist zwar nominal OK, da noch oberhalb von 2,9-3,0V, aber kein gutes Zeichen bei einem voll geladenem Akku. Der 4S Hacker TopFuel 3.900 ist dagegen wesentlich stabiler (und kostet das 3-fache).
Update April 2014
...ein Teil- oder Misserfolg. Bilder vor dem Flug (nach dem Flug sah sie noch genauso aus...). Abfluggewicht war mit etwa 180g Balast vorne drin 1.470g.
Zusammenfassung:
- die Horten lässt sich ohne Rohrverlängerungen nicht fliegen - sie dreht nach rechts ein, nimmt die Nase runter, rollt über rechts und stürzt unkontrolliert.
- es wurden verschiedene Längen ud Formen von Verlängerungen getestet - das Otpimum scheint bei 8cm zu liegen
- mit den 8cm-Röhrchen hinten drauf fliegt sie bis Vollgas stabil und zuverlässig
- die beiden Impeller bringen etwa 1,6kg Schub, die Schubröhren sind auf Strahlgeschwindigkeit = Speed optimiert
- wann immer etwas schief läuft - einfach Gas raus und sie lässt sich problemlos wieder fangen.
Links und rechts neben dem Cockpit sind Löcher für die Zuluft zu den Reglern im Inneren...
und hinten, auf der Oberseite = der Sogseite kommt die Luft wieder raus.
Und das Finish - unten hellgrau, oben mittel-/dunkelgrau....
Vorne neben der Kabine die Kühlluftzufuhr für die Regler...
...und hinten die Abluftöffnungen.
So weit, so gut. Das Ziel - eine Horten mit ordentlich "Bums" und ohne Hilfsmittel zu bauen, war nicht erreicht. Mögliche Verbesserungen indes aber gleich haufenweise in Sicht. Es muss also eine neue gebaut werden - die V3p2. Aus Platzgründen muss der erste Prototyp - die V3p1 - weichen und findet mit Tobias einen neuen Besitzer.
Im Laufe der Zeit ist die HIX gealtert und hat diverse Farbschichten abbekommen. Aktuell ist dieses Design:
Die 30A ESC gingen bei ausreichend dimensioniertem Akku, viel Vollgas und/oder hoher Außentemperatur schnell auf über 100°C und regelten dann ab. Diese hübschen Abluftöffnungen (einmal im Rohzustand, einmal verblendet) und diese Zuluftschächte konnten das Problem nur mindern (wer sich über das Cockpit wundert, dies ist ein Provisorium. Das Original liegt irgendwo im Wald, und das neue mit Klarsichtkanzel bleibt solange noch verschont).
Zu schwache Regler
Die Plush 30A waren also zu schwach dimensioniert. 40A Plush ESC lösten das Problem perfekt. Die V3p3‘s sind bereits von vornherein auf 40A Regler ausgelegt.
Durch die zusätzlichen Abluftöffnungen, die zwar mit Karbonstäbchen (Pfeil) aber nicht mit einem echten Karbonkasten, stabilisiert waren, wurde die Konstruktion geschwächt. Durch einen Sturz und/oder das Festhalten des Model am Schwanz (beim Flitschenstart), ist hier (grüne Linie) der Schwanz angebrochen. Drei Lagen Glasfasermatte mit Epoxy und zwei längere Karbonröhrchen stabilisieren nun den Hortenschwanz.
Bei einer unsanften Landung mit Radsschlag ist der Flügel gebrochen. Repariert wurde mit Epoxy und Glasfasermatten. Mit Glaspulver und Paintbrush noch etwas nachgeholfen um alles stark gealtert aussehen zu lassen.
Ein aufgeklebter Carbonstab soll zusätzliche Stabilität über die Bruchstelle bei hoher G-Belastung in engen Kurven bieten. Zumindest bei weiteren Abstürzen hat sich dies bewährt. Dieser Schaden ist nach mehreren Abstürzen an beiden Flügeln aufgetreten. Ein Carbonstab begrenzt den Bruch auf die Strecke von der Vorderkante bis zum Carbonstab, und hält den Schaden gering. An der Vorderseite ist bereits auf ¾ der Spannweite ein Carbonstab aufgeklebt, was diesen Bereich offensichtlich sehr gut schützt.
Ebenfalls in Folge der unsanften Landungen wurde im Laufe der Zeit die Nase immer brüchiger. Das übliche Epoxy mit Glasfaser leistet auch hier gute Dienste.
Wer nun glaubt, dass all das Epoxy die gute leichte HIX zu schwer gemacht hat, irrt. Die V3p1 ist so leicht, dass das zusätzliche Gewicht praktisch nicht merklich ist. Zudem benötigt/verträgt sie ohnehin einiges an Blei vorne.
Um meine häufigen Landeunfälle einzudämmen wurde eine Landekufe angebaut. Doch woher kommen die Landeunfälle? Erstens von meinen begrenzten Fähigkeiten. Zweitens hat die Horten einige Besonderheiten. Ein sehr starker Bodeneffekt, sie gleitet ewig über die Landebahn. Die HIX ist flach – sie landet sie nicht auf der Mitte des Rumpfs, sondern auf dem vorderen Bereich der beiden Schubrohre. Nach der Bodenberührung senkt sich unweigerlich irgendwann eines der beiden Flügelenden dem Boden zu. Sobald dies geschehen ist, dreht sich die HIX in diese Richtung und – sofern sie noch schnell genug dazu ist – überschlägt sich. Die HIX ist extrem stabil und steckt viel weg, aber nicht alles.
Gegenmaßnahmen
a) so langsam wie möglich reinkommen. Die HIX hat fast keinen Strömungsabriss, aber auch keinen Propeller der die Ruder anströmt. D.h. im Langsamflug wird sie ganz schön wackelig auf den Querrudern, viel Können hilft hier. Wer nicht so viel kann (ich) liest weiter:
b) Eine lange und perfekt ebene Landefläche, ohne Grasbüschel und andere Unebenheiten.
oder
c) hohes Gras, dies ist wohl die beste Möglichkeit. Weniger Bodeneffekt, moderate Schieflagen sind völlig ohne negative Konsequenzen und vor allem die HIX kommt gar nicht erst ins Ausrutschen, sondern wird über die gesamte Spannweite sanft und unmittelbar abgefangen.
d) Landekufe. Hortensegler hatten Landekufen. Bei der Horten IX wurde ein übrig gebliebenes Fahrgestell der Me109 verbaut.
Tatsächlich haben sich die Flugeigenschaft nicht merklich verändert und es gab seitdem keinen Landeunfall mehr. Allerdings lande ich heute auch langsamer und mit besserer Vorauswahl des Landeplatzes (möglichst ebene Fläche). Dies mag gemeinsam mit der Landekufe zu dem besserem Ergebnis geführt haben. Fazit: das Provisorium bleibt.
Die Anlenkung wurde gegen kräftigere Carbonstäbe getauscht. Die V3p1 reagiert nun direkter. Mit den kräftigeren Servos (s.u.) hätte es die alte Anlenkung vermutlich auch getan.
Servos:
Nachdem die Anlenkung der Ruder verbessert wurde (aber damit immer noch unter der Ausführung bei der V3p3 bleiben) und die ersten einfachen Turnigy-HXT900 bei Wind und an 4s überfordert waren, kamen im nächsten Schritt TGY-9018MG Metal Gear Servo 2.5kg/13g/0.10 rein. Jedoch haben auch die bei 5s im Grenzbereich geschwächelt. Jetzt sind Futaba S3150 Digital Servos drin (3,7+kg). Damit wird die HIX in eine neue Leistungsklasse katapultiert, nicht zuletzt wegen der erstaunlich feinfühligeren Steuerung. Auch die Landung wird jetzt zu einer vollständig kontrollierbaren Sache. Sanft wie ein Wattebausch lässt sich die HIX nun landen. Traumhaft. Durchaus möglich, dass der Gewinn bei der V3p3, wegen der besseren Ruderansteuerung, nicht ganz so deutlich ausfällt.
Servoanlenkung:
2mm Federstahl mit Kugelgelenkschnapper und Metallgabelkopf. Damit ist das Spiel endlich raus und die neuen Futaba Servos kommen voll zur Geltung.
Beim Einbau der Servos und der Anlenkung die Ruderausschläge sauber vermessen und einregeln, so dass beide Ruder völlig gleichmäßig (weit) laufen und die Softwareregelung so wenig wie möglich benötigt wird. Die V3p1 fliegt so praktisch ohne jegliche Trimmung auf Quer völlig sauber.
Stromaufnahme:
Mit 5s/5.000/35C Nanotech Akkus zieht meine HIX 98,5A. Die Motoren stecken dies anscheinend problemlos weg. Die 40A Plush-Regler regeln bei viel Vollgas dann irgendwann die Leistung deutlich runter (ab ca. 120°C Reglertemperatur), was aber nur die Leistung und nicht die Steuerung beeinflusst. Das bleibt also zunächst einmal so.
Schwerpunkt:
Dieser ist der HIX vom Thomas recht egal, ich fliege um 23cm COG von der Nasenspitze aus gemessen. Nachteil, sie dreht auf Quer stärker in die Gegenrichtung (wie die echten Horten auch). Vorteil: Weiter Front lastig muss ich die Ruder zu sehr aus der Neutralstellung trimmen, was vor allem im schnellen Gleitflug ordentlich Leistung kostet. Allerdings zieht die V3p1 bei Vollgas Höhe, mal sehen wie ich das auch noch weg bekomme (Winkel der Schubrohrverlängerungen?).
Differenzierung:
Die Gegenbewegung auf Querruderbefehle lassen sich gut reduzieren wenn man die Querruder kräftig differenziert. Ich habe ein wenig feste Differenzierung (ca. 15° Vorstellung der Ruderhörner in Richtung Ruder), der Rest liegt auf einem Dreistufenschalter per Software.
"Vektorsteuerung":
Thomas hat ja sehr genau beschrieben wie die beiden Motoren für eine Vektorsteuerung benutzt werden können. Dies funktioniert sehr gut und ersetzt in vielen Bereichen erstaunlich gut das fehlende Ruder. Hiermit lässt sich der letzte Hang zum Ausdrehen wegsteuern. Braucht man nicht für die ersten Flüge. Ist aber trotzdem empfehlenswert. Ich habe auf Ruder ordentlich Expo drauf, denn die HIX reagiert feinfühlig (uwenn auch völlig unkritisch) auf diese Steuerbefehle.