EIGENBAU

XXXL

Vom Spinner zum XXXL-Turboprop PC-21

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Mein neues Projekt sollte ein Modell mit Turbinenantrieb sein – möglichst groß, gleich mit einer Zulassung ab 25 kg aufwärts. Da es aber schon eine Menge großer Jets gibt, darunter die beliebtesten Typen, beschloss ich, ein Modell mit einem Turboprop-Triebwerk zu bauen. Beim Durchforsten meiner Werkstatt fiel mir ein großer Spinner auf, den ich vor einigen Jahren beim LVB-Flugtag in Oberschleißheim für meine Hall Springfield Bulldog bekommen hatte. Mit 235 mm Durchmesser und 340 mm Länge würde dieser zu einer PC-21 im Maßstab 1:2,5 passen. Und eine so große PC-21 über 25 kg kannte ich bis dahin noch nicht. Das Ziel war damit gesetzt.

HARALD JEZEK

Konstruktion

Eine Dreiseitenansicht der PC-21 im Maßstab 1:20 kann man von der Homepage von Pilatus herunterladen. Mit den Daten besuchte ich einen Vereinskollegen, der sich ein wenig mit CAD-Konstruktion auskennt, um ihn zu fragen, ob er mit dem Plan etwas anfangen könnte. Er sagte nicht Nein – und nach zwei Monaten intensiver Arbeit am PC konnte der Rumpf mit Flächenmittelteil und Einziehfahrwerk fertiggestellt werden. Ich habe mich für ein Flächenmittelstück entschieden, damit der vordere Teil des Rumpfes komplett auf dem Fahrwerk stehen kann und so den Aufbau und das Handling des Modells erleichtert. Die Außenflächen und das Höhenleitwerk wurden mit dem Programm Winghelper konstruiert – ein gutes und günstiges Programm für Flächen und Leitwerke.

Als Antrieb kam nur das größte Turbopropantrieb von JetCat, die SPT15-RX in Frage. Laut Datenblatt bringt das Triebwerk mit einer 42×18-Zoll-Luftschraube etwa 600 N Schub. Als Gewicht hatte ich für das Modell 55 bis 64 kg hochgerechnet.

Rumpf und Leitwerk

Der Aufbau des Modells sollte wie bei mir üblich mit Balsa, Pappel- und Flugzeugsperrholz und Styropor erfolgen. Der größte Vorteil war für mich, dass sich mein Kumpel eine CNC-Fräse von Grund auf selber gebaut hatte und nun mit den PC-21-Bauteilen einarbeiten wollte. Die Rumpfspanten wurden aus Sperrund Pappelsperrholz gefräst und auf je einer Helling für Vorder- und Hinterteil liegend zusammengesetzt und verleimt. Den Rumpf habe ich dann komplett mit 3-mm-Balsa beplankt. Der Rumpf ist hinter der Tragfläche geteilt, die Verbindung erfolgt mit drei 25-mm-CFK-Steckungsrohren.

Die vorbereiteten Frästeile haben den Aufbau des Modells sehr erleichtert und beschleunigt – für das Leitwerk hieß es, die Höhenruderrippen mit den Nasenleisten- und Endholm zusammenzustecken, die Steckung in die Aussparung zu schieben und alles zu verkleben. Nach dem Trocknen kann das Höhenleitwerk schon am Rumpf mit einem 30-mm-CFK-Steckungsrohr montiert und angepasst werden. Das Seitenleitwerk ist ebenso aufgebaut wie das Höhenleitwerk und auch abnehmbar gestaltet. Als Steckung habe ich hier zwei CFK-Rohre mit 25 und 15 mm Durchmesser eingesetzt. Anschließend wurden Höhen- und Seitenleitwerk auch mit 3-mm-Balsa beplankt.

Tragflächenmittelteil und Fahrwerk

Als Nächstes wurde das Tragflächenmittelteil zusammengebaut. Dazu konnten die Rippen direkt auf zwei Verstärkungsrohre, die gerade durch das Mittelstück laufen, aufgeschoben werden. In der Mitte sitzen auch die V-Formverbinder mit 4,5 Grad – sie werden dann mit den Steckungsrohren verklebt. Nach dem Einkleben der Kieferleisten wurde das Mittelteil oben mit 3-mm-Balsa beplankt. Dabei wurde auf der ganzen Oberseite das Balsa mit CFK-Gewebe unterlegt.

Danach konnte das Hauptfahrwerk von unten eingepasst werden. Die Fahrwerke wurden aus hochfestem Alu komplett in Eigenregie hergestellt, die Luftreifen zwei Stück 200×50 mm und das Bugrad mit 160 mm Durchmesser wurden zugekauft.

Für die Federung des geschleppten Hauptfahrwerks habe ich Pneumatik-Luftzylinder verwendet und mit einer Druckfeder versehen. Der Ein- und Ausfahrvorgang des Fahrwerkes erfolgt elektrisch mittels 12-V-Getriebemotoren, gesteuert über einen Digitech CRU-Controller von Stein Elektronik. In der Version für Jeti-Duplex-Anlagen, stellt der Controller auch Telemetriedaten des Fahrwerkes wie Strom und Einfahrzeit zur Verfügung. Die Daten lasse ich mir auf dem Display des Jeti-Sender anzeigen.

Außenflächen und Landeklappen

Die beiden Außenflächen wurden ganz klassisch mit den Rippensätzen aufgebaut. Die Verbindung zum Flächenmittelstück geschieht mit zwei CFK-Rohren mit 50 und 25 mm Durchmesser. Nachdem die Außenflächen mit dem Mittelstück ausgerichtet waren, wurden sie oben mit 3-mm-Balsa beplankt.

Der nächste Schritt ist Sitz und Lagerung der riesigen Landeklappen. Aufgebaut werden die Landeklappen mit geschnittenen Styropor-Kernen und eingeklebten Balsastücken für die Lagerung der Landeklappenscharniere, auch wieder mit 3-mm-Balsa beplankt. Nach dem Ermitteln der Maße und Positionen der Landeklappenscharniere, habe ich sie zum Test aus Pappelsperrholz hergestellt. Sitz und Funktion der Klappen wurden geprüft und für gut befunden. Die endgültigen Scharniere wurden dann doppelt aus 2-mm-GFK gefräst, zu einem Kasten verklebt und anschließend außen mit Balsa verkleidet.

Kabinenhaube

Das Urmodell der großen Kabinenhaube, immerhin 1.400 mm lang, 350 mm breit und 300 mm hoch, habe ich aus grünem Styrodur hergestellt und anschließend mit sieben Lagen 160-g/m²-Glasgewebe beschichtet. Dann kam die Fleißarbeit: Schleifen, Spachteln, Spritzspachtel auftragen, wieder schleifen, Füllern und abschließend Feinschleifen. Den fertigen Klotz habe ich zum Tiefziehen zur Firma Ulmer gebracht. Der Haubenrahmen wurde aus Balsa und Pappelsperrholz angefertigt und mit Glasgewebe und CFK-Rovings verstärkt.

Zusammenbau

Die Fläche wurde nun am Rumpf eingemessen und mit dem Rumpf verschraubt, erst danach habe ich die Fläche von unten mit Balsa verschlossen. Die Winglets der Außenflächen habe ich aus Styropor mit der Bandsäge auf die ungefähre Form geschnitten, angeklebt und gemeinsam mit der Fläche angepasst. Die ganze Fläche wurde dann mit Glasgewebe beschichtet. Am Rumpf kamen links und rechts noch die Flächenanformungen zum Flächenmittelstück aus Balsa.

Weiter ging es mit dem Einbau des Triebwerkes. Die Abgasrohre aus Edelstahl konnte ich mit 70 mm Durchmesser und 2 mm Wandstärke im Internet bestellen, da ich zum Einstellen des Schwerpunktes wahrscheinlich vorne Gewicht brauchen würde. Das Gewicht der Abgasrohre spielt dann eine nur untergeordnete Rolle.

Als Luftschraube wurde einfach mal eine 5-Blatt-Holzluftschraube 28×20 bei SEP-Luftschrauben bestellt, weil es fast keine Erfahrung für dieses Triebwerk gab. Die Form meines vorhandenen Spinners entsprach leider nicht der Original-PC-21-Spinnerkappe. Deshalb habe ich im 3D-Druck einen neuen Spinner gefertigt, diesen gefüllert, lackiert und abgeformt.

Das komplette Modell erhielt ein Glasge-webe-Finish mit Clou DD-Lack SST auf 2K-Lack-Basis. Schleifen, Spachteln und Füllern waren wiederum obligatorisch.

Die Landeklappenscharniere wurden jetzt endgültig eingeklebt. Die Landeklappen müssen nach dem Anstecken der Außenflächen immer beim Aufbau des Modells angeschraubt und mit den Servos verbunden werden.

Bremse

Fahrwerksbremsen sind bei einem so großen Modell sehr wichtig. Zunächst habe ich ein hydraulisches Bremssystem mit Scheibenbremsen für große RC-Autos getestet. Aber die Bremswirkung war zu gering – Alubremsklötze auf GFK-Scheiben sind keine gute Kombination. Dann fand ich im Internet heraus, das es meine Räder auch in einer Ausführung mit Trommelbremsen gibt, die in jedem Fall besser funktionieren sollten. Angesteuert werden die Bremsen mit einem Servo, das direkt auf dem Bremsdeckel montiert ist. Die Bremswirkung ist mit dem Servo sehr gut einstellbar.

In der Zwischenzeit hatte sich Herr Ulmer gemeldet, dass die große Badewanne (Kabinenhaube) der PC-21 fertig und zum Abholen bereit ist. Da ich den Rahmen der Kabinenhaube schon fertiggestellt hatte, musste ich nur noch die Klarsichthaube anzeichnen und zuschneiden. Den Rumpf habe ich dann mit Folie am Kabinenhaubenausschnitt abgedeckt und die Haube mit eingedicktem Harz aufgeklebt.

Elektronik

Alle Ruder sind mit je zwei Hacker-Ditex-Servos TD2612P angesteuert. Für die Landeklappen werden sogar drei TD2612P eingesetzt. Zwei Stück Jeti Central Box 210 versorgen die Servos mit Strom. Die Verteilung ist so gestaltet, dass jede Box ein Servo je Ruder ansteuert. Als Empfänger sind zwei Empfänger REX 3 und ein Jeti-Duplex-Empfänger Rsat 900 im Einsatz. Weiter kommen zum Einsatz: Vier 2s-LiIon-Akkus 3.000 mAh Compact Black Edition 15A, eine Smokepumpe, zwei Bremsservos, ein Bugfahrwerk-Lenk-Servo, ein weiteres Servo für die Bremsklappe, vier LED-Scheinwerfer in den Flächen und zwei LED-Scheinwerfer am Bugfahrwerk.

Lackierung

Bei der Lackierung gibt es viele Möglichkeiten. Da ich aber noch nicht viele Modelle der Royal Australian Air Force PC-21 im Roulette-Schema 2018 gesehen habe, entschied ich mich für dieses Design. Die Grundfarben Rot und Blau lackierte ich mit Matt-Lack. Die roten und blauen Dreiecke wurden mit Folie aufgeklebt und mit weißer Folie umrandet.

Alles eingebaut und lackiert ging es ans Auswiegen. Dafür habe ich eine digitale Schwerpunkt-Waage bis 100 kg benutzt. Nachdem ich alle Werte eingegeben hatte, zeigte zeigte die Waage, dass ich vorne noch 2,5 kg im Bereich der Abgasrohre brauche. Als Gesamtgewicht konnte ich 55 kg ermitteln.

Erster Testlauf

Der erste Start des Turboprop-Triebwerkes JetCat SPT15-RX mit der 28×20-Fünfblatt-Luftschraube war ein besonderes Erlebnis für mich. Den Beuteltank mit Petroleum füllen, Trimmung vor und den Gasknüppel nach vorne und wieder zurück – das war’s, den Rest macht die ECU. Ich war erstaunt, wie viel Kraft das Triebwerk mit der Fünfblatt-Luftschraube lieferte, die Drehzahl beträgt am Boden 4.800 1/min. Nach meinem Gefühl müsste der Schub zum Fliegen reichen.

Die PC-21 sollte eigentlich 2020 zum Horizon-Airmeet oder der Jetpower fliegen, wegen der Veranstaltungs-Absagen konnte ich aber einen Gang zurückschalten. Den Abnahme-Termin der PC-21 hatten wir im Oktober/November geplant – aber Corona hatte wieder etwas dagegen und so musste ich die Abnahme und den Erstflug auf das Frühjahr 2021 verschieben.

Eine so große Kabinenhaube braucht natürlich ein Cockpit, und so nutzte ich die Zeit für den Ausbau. Damit das Cockpit nicht so schwer wird, dachte ich mir, es nicht aus Balsa zu machen, sondern aus 6-mm-Depron. Instrumentenpanel und Schalter wurde mittels 3D-Druck hergestellt.

Die Abnahme der PC-21

Im April diesen Jahres war es dann endlich soweit. Auch die ersten Rollversuche verliefen positiv und so konnten wir das Projekt Abnahme in Angriff nehmen. Dazu hatte ich im Vorfeld an den zuständigen Prüfer alle notwendigen technischen Unterlagen übermittelt. Also alles in den Anhänger packen und auf zur Abnahme.

Dort angekommen, wurden alle Komponenten vom Prüfer nochmal gewogen, inklusive einer Gewichtsreserve wurde das MTOM auf 70 kg festgelegt. Für die Belastung der Tragflächen für einfachen Kunstflug mit 6g positiv und 3g negativ bedeutete dies eine Belastung mit 250 bzw. 125 kg. Ebenso wurden die Manöverlasten am Höhen- und Seitenleitwerk geprüft. Zum Prüfverfahren gehört auch die Überprüfung der einzelnen Ruder unter Last. Hierzu wurde vom Prüfer ein 3,5 kg schweres Prüfgewicht auf die Ruder gelegt und damit deren Ausschlag und Spiel überprüft. Alle Prüfungen erfolgten ohne Beanstandungen! Somit stand dem Jungfernflug nichts mehr im Wege.

Im ersten Trimmflug musste ich lediglich drei Zacken Höhe trimmen, und auch die weiteren Abnahmeflüge verliefen zur vollen Begeisterung. Mit etwa 15° gesetzten Landeklappen hebt die PC-21 sehr harmonisch ab und mit zu 45° voll gesetzten Landeklappen ist die PC-21 sehr einfach zu Landen. Mit eingezogenem Fahrwerk zeigt das Modell eine gute Performance auf allen Rudern. Der JetCat-Turboprop ist in der Lage, das 70-kg-Modell vorbildgetreu anzutreiben.

Fazit

Der Bau der Pilatus PC-21 war wieder eine Herausforderung für mich und mein erstes Modell mit Turbinenantrieb. Auch die relativ kurze Bauzeit von nur zehn Monaten hat mich selbst überrascht. Die PC-21 besticht auch durch ein exzellentes Flugbild. Die Technik wie auch das Einziehfahrwerk im Modell sind solide aufgebaut, so dass ich mich auf viele schöne Flüge freuen kann.

So eine Aufgabe kann man allein fast nicht stemmen, darum ein Dankeschön für die Unterstützung dieses Projektes an Werner Löffler für die Konstruktion und Konrad Weigel für die Fräsarbeiten.