EIGENBAU

DAS RAVEN-PROJEKT

1:2,3-Raven im Eigenbau

---

Wir sind zwei Brüder, Chris 30 und Hannes 32 Jahre alt, die durch unseren Vater bereits sehr früh mit der Modellfliegerei in Kontakt kamen. Früher besuchten wir gemeinsam sämtliche F3J-Wettbewerbe in der ganzen Republik. Da wir aus der Segelflug- und Thermikszene kommen, hatten wir mit dem Motorflug wenig am Hut – bis wir 2013 zufällig an den Rumpf einer Raven gelangten. Ein Eigenbau in Voll-GFK reizte uns sehr, auch unsere langjährige berufliche Erfahrung im Bereich Faserverbundwerkstoffe half uns, dieses Projekt zu realisieren.

CHRISTOPHER BOSCH

Am erstandenen Rumpf blieb nichts wie es war. Wir verstärkten und änderten ihn nach unseren Wünschen und Vorstellungen, um ihn am Ende abformen zu können. Mit Sca-le-Modellbau konnten wir noch nie etwas anfangen – somit verschwanden auch alle Nieten- und Schraubenattrappen.

Zwischenzeitlich lag das Projekt etwa vier Jahre im Keller, bevor wir Mitte 2017 richtig starteten. In unserer Freizeit entstanden nach und nach alle Urmodelle, Formen und Vorrichtungen. Gleichzeitig begannen wir auch schon mit dem Bau der ersten beiden Prototypen. Eine Version sollte mit einem Benzinmotor, die zweite mit einem Elektromotor ausgerüstet werden. Um einen hürdenfreien Ablauf gewährleisten zu können, orderten wir schon zu Beginn der Bauphase die beiden Antriebe. Unsere Wahl fiel auf einen DA150 mit Resonanzrohren und einen Hacker Q100 5L mit einem 12s-10.000-mAh-Akku.

Aufbau des Rumpfes

Um so leicht und gleichzeitig stabil wie möglich zu bauen, wählten wir als Sandwichmaterial für den Rumpf eine 3 mm dicke Wabe zwischen 80-g/m² Kevlar- und 50-g/ m²-Glasgewebe. Im Bereich des Motorspants kamen vier Glaslagen mit 110 g/m² zum Einsatz. Eine Lage 25-g/m²-Glasgewebe dient als Lackträger des PUR-Inmould-Lackes von HP-Textiles. Das letzte Drittel des Rumpfes wurde mit Kohlefaser verstärkt. Für das gesamte Projekt haben wir uns für das L385/ H386-Harzsystem entschieden.

Alle Spanten im Rumpf, mit Ausnahme des Motorspants, sind aus einfachen, glasfaserverstärkten Sandwichplatten hergestellt. Der Motorspant wurde aus jeweils zwei biaxial angeordneten 140-g/m²-Glasfaserlagen und einem 8 mm dicken Wabenkern hergestellt. Um den Motor befestigen zu können, wurde ein passender Kohlefaserinsert in die Wabe eingelassen.

Dank unserer Rumpfformteilung, die – anders als üblich – seitlich verläuft, ist es möglich, den Rumpf ohne extra Motorhaube zu bauen. In die offenen Halbschalen konnten Fahrwerksspant, Motorspant und sämtliche Verstärkungen einfach und bequem eingeklebt werden. Somit wurde der Rumpf nach der Verklebung beider Schalen im fast fertigen Zustand ausgeformt.

Damit später weniger Nacharbeiten nötig sind, wurde für den jeweiligen Motor ein Dummy hergestellt, der den Abstand des Motors zwischen Motorhaube und Motorspant simuliert. Somit konnte der fertig gebohrte Motorspant im richtigen Abstand und Winkel eingeklebt werden.

Ein weiterer, wichtiger Punkt bei der Elektroversion ist die Akku-Befestigung. Alle vier Antriebsakkus wiegen grob 3,2 kg – das ist nicht gerade wenig. Daher sollten diese gut im Modell gesichert werden. Unsere Überlegung war, das Akkubrett an den beiden stabilsten Spanten zu befestigen: Motor- und Fahrwerksspant. Das fertige Akkubrett wird vorne am Motorspant in eine dafür vorgesehene Vorrichtung geschoben und hinten zwischen den beiden Fahrwerksspanten, mit Hilfe eines Kohlefaser-U-Profils, festgeschraubt. Eine Akkubrücke hält die Akkus sicher auf dem Akkubrett.

Die Haubenrahmenaufnahme am Rumpf bekam eine Arretierung. Diese dient nicht nur der sicheren Verankerung der Haube, der Rumpf gewinnt dadurch auch deutlich an Stabilität. Die Haube passt saugend auf den Rumpf, weitere Maßnahmen zur Entkopplung, um Vibrationen und Klappergeräusche zu vermeiden, waren nicht mehr nötig. Lediglich ein einfacher Haubenverschluss mit einem federgespannten Stift und ein Haltebolzen im vorderen Bereich sind nötig, um die Haube fachgerecht zu sichern.

Die Resorohre der mit Benzin angetriebenen Raven befinden sich sauber verstaut im Dämpfertunnel. Dieser wurde in einer extra Form, die wir vor dem Rumpfbau in der eigentlichen Rumpfform positionierten, laminiert. Die von MTW-Dämpfer mitgelieferten Befestigungen wurden dem Dämpfertunnel angepasst und eingeklebt.

Leicht und stabil

Bei einem solchen Modell spielt die Transportfähigkeit natürlich eine große Rolle. Daher wollten wir das Fahrwerk abnehmbar gestalten. Die Fahrwerksbeine werden einfach in eine Tasche im Rumpf eingeschoben und gegen Rausrutschen gesichert. Um die Fahrwerkstaschen inklusive der Spanten im richtigen Vorhaltewinkel schoan außerhalb des Rumpfes zu verkleben, haben wir eine Vorrichtung dafür gebaut. Die Idee dazu lieferte unser lieber Arbeits- und Modellflugkollege Karl, der sich auch um alle weiteren Fahrwerksteile kümmerte. Somit bekamen wir ein superleichtes Fahrwerk, das auch im Flugalltag sehr gut funktioniert.

Flügel & Leitwerke

In der Materialwahl für Flügel und Leitwerke entschieden wir uns für ein 80-g/m²-Spreadtow-Kohlefaser-Gewebe und 50-g/ m²-Glas. Als Stützstoff kam eine 2-mm-Airex-Platte zum Einsatz. Die Flügel der Verbrenner-Version erhielten zusätzlich eine 93-g/m²-Kohlefaser-D-Box. Der Holm-Gurt wurde aus unidirektionalem Kohlefaser-Prepreg-Gelege hergestellt. Holmstege und Rippen sind Sandwichzuschnitte aus jeweils 93-g/m²-Kohlefaser außen, mit einem 8-mm-Airex-Kern.

In die Unterschalen der Flächen wurden Servokästen laminiert, um die Servos bzw. Servorahmen nicht auf die Oberschale kleben zu müssen. Die Servos der Höhenruder fanden in Rippen mit passenden Holzinserts Platz. Beide Modelle wurden mit jeweils acht Ditex TD2612S ausgestattet. Die Servorahmen wurden von einem Modellfliegerkollegen konstruiert und aus Birkensperrholz gefräst. Ebenso sämtliche Ruderhörner, die aus einer von uns hergestellten Platte, die aus zwölf multiaxial gelegten 160-g/m²-Lagen im Vakuum aufgebaut wurde, gefräst.

Angelenkt wird, wie bei solch einem großen Modell üblich, mit 3-mm-Schubstangen, die mit Kohlefaserhülsen verstärkt wurden. Als letztes Verbindungsglied zwischen Servo und Ruderhorn kamen M3-Kugelköpfe von Gabriel zum Einsatz.

Profil zeigen

Philip Kolb, den wir bereits auf diversen F3J-Wettbewerben kennenlernen durften, war bereit, die für unser Konzept passende Flügelprofilierung zu erstellen. Die dafür notwenigen Schritte und Überlegungen hat er uns freundlicherweise hier detailliert beschrieben:

Bei der Auslegung der Tragflügelprofile für die Raven wurde besonderes Augenmerk auf einen möglichst großen Ca-Bereich, also die Möglichkeit, hohen positiven wie auch negativen Auftrieb erzeugen zu können, gelegt. Gleichzeitig war ein weiteres Kriterium, dabei die anfallenden Widerstandsanteile möglichst klein zu halten. Wichtig zu erwähnen ist, dass es sich hierbei nicht um ein einzelnes Profil für den gesamten Tragflügel handelt, sondern um einen Profilstrak. Das heißt, es wurden in Abhängigkeit der unterschiedlichen Strömungsbedingungen zwischen Tragflügelwurzel und Tragflügelrandbogen unterschiedliche Profile entwickelt, welche den jeweils vorherrschenden Reynoldszahlen – aufgrund der Zuspitzung des Tragflügels und dessen Auftriebsverteilung – angepasst sind. Selbstverständlich sind die Profile, wie es bei einem Kunstflugzeug notwendig ist, symmetrisch.

Die Gestaltung der Profilverläufe findet dabei nicht direkt über die Profilgeometrie statt, sondern im sogenannten „inversen Profilentwurf“ über die Druckverteilung der Profile. Hierbei kann viel feiner auf die notwendigen Auftriebsbereiche eingegangen werden. Mit Freeware-Computerprogrammen wie dem Xfoil-Programm von Mark Drela ist das sehr gut möglich. So wurde versucht, über einen weiten Anstellwinkelbereich die Neigung zu laminaren Ablöseblasen möglichst gering zu halten und gleichzeitig auch möglichst wenig laminare Lauflänge zu verschenken. Um an Tragflügelprofilen Widerstand zu sparen, ist in Abhängigkeit der jeweiligen Fluggeschwindigkeit nämlich einmal das eine (kleine laminare Ablöseblasen) und einmal das andere (lange laminare Lauflängen) notwendig. Schnell stellte sich dabei heraus, dass die deutlich dickere Grenzschicht an den Randbögen eine gänzlich andere Profilgeometrie zur Folge haben muss als in der Tragflügelmitte.

Um einen möglichst harmonischen und gutmütigen Strömungsabriss (dabei sollte der Randbogen der Tragfläche im besten Falle später abreißen als die Tragflügelmitte) zu erreichen, war hierfür vor allem die Modellierung der Profilnasen in den Fokus zu rücken. Das Modell sollte letztendlich beim langsamen Überziehen problemlos in einen stabilen Sackflug zu bringen sein. Diese Flugeigenschaft ist vor allem beim Übergang in Torque-Figuren sehr hilfreich. Ein definierter Abriss am Randbogen, wie er beim Trudeln oder in Snap-Figuren notwendig ist, soll durch ausreichend tiefe Querruder, welche bis in den Randbogen gehen, durch beherzten Querruderausschlag präzise hervorrufbar sein.

So ergaben sich Profile mit deutlich unterschiedlicher Dicke und Dickenrücklage für den Innen- und Außenflügel: 11% Dicke bei 32% Rücklage am Innenflügel und 9,2% Dicke bei 28% Rücklage am Außenflügel.

Durch die Verwendung von Wölbklappen soll es darüber hinaus möglich sein, vor allem im 3D-Kunstflug, möglichst „eckige“ Manöver fliegen zu können. Hierbei kann die Wölbklappe auf die Höhenruderfunktion gemischt werden. Die Druckanstiege in der Geschwindigkeitsverteilung der Profile wurden dabei so gewählt, dass sie noch relativ sanft (nicht sprunghaft) verlaufen. Somit hat man genügend Reserven für relativ große Wölbklappenausschläge, ohne dass ungewollt die Strömung abreißt.

Soweit Philip Kolbs Erläuterung zur Profilierung.

Flügel-Verbinder

Für den Verbinder haben wir uns wieder auf die Expertise unseres Vaters verlassen. Mit Hilfe eines speziellen Programms rechnete er den für unser Vorhaben passenden Flügel-Verbinder. Die Außenlage bildet einlagiges 80-g/m²-Spreadtow-Kohlefaser-Gewebe. Anschließend liegen umlaufend drei 160-g/m²-Kohlefaser-Gewebe, oben und unten jeweils fünf unidirektionale-Kohlefaser-Lagen mit 390 g/m². Mittig liegt ein Schaumkern. Die Form wird nass geschlossen und gepresst. Als Urmodell wurde ein passendes Alu-Vierkant verwendet. Es ist eine einfache Form mit Pressstempel.

Somit haben wir einen Verbinder, der jeder positiven sowie negativen Belastung des Modells standhält.

Die Taschen in den Flächen wurden je aus zwei Lagen 140er Glasgewebe mit 45° Faserorientierung hergestellt. Strinseitig am Verbinder-Ein- bzw. -Ausgang haben wir als Verstärkung einen Kevlarroving gewickelt.

Design

Wie jedes Mal, wenn man ein neues Modell beginnt zu planen und zu konstruieren, will man auch schnell ein schönes Design gestalten. Das ist gar nicht so einfach. Wichtig war uns ein dezentes und zeitloses Design. Insgesamt entstanden ungefähr fünfzehn handgezeichnete Designvorschläge, aus denen wir einen Favoriten auswählten. Das Grunddesign war damit geboren. Das i-Tüpfelchen wurde dann von Andys Folienwelt designt und geplottet.

Wichtig

Alles so leicht wie möglich – das war unser Ziel. Im Nachhinein wissen wir, es ist noch Potenzial da, um noch mehr Gewicht sparen zu können. Hier und da könnte man leichteres Gewebe einsetzen, zum Teil könnten Verstärkungen kleiner ausfallen. Insgesamt sind wir aber sehr zufrieden. Am Ende sind wir bei unserer Elektro-Raven flugfertig bei 16 kg angelangt. Die folgende Gewichtstabelle fasst die wichtigsten Bauteile zusammen.

Flugerfahrungen

Die Anspannung am Erstflugtag war riesig. Das kennt sicher jeder Modellbauer: Nach langer Bauzeit geht es endlich mit dem fertigen Modell auf den Flugplatz. Wir planten den Erstflug an einem Nachmittag unter der Woche, damit wir möglichst ungestört in aller Ruhe nochmal alles kontrollieren konnten. Nach dem erfolgreich abgeschlossenen Reichweitentest wurden die vier Antriebsakkus angesteckt und damit der Q100 scharf gestellt. Dank des geringen Gewichts von 16 kg und der brachialen Kraft des Elektroantriebes, hob unsere Raven schon nach wenigen Metern ab. Es mussten nach dem Erstflug weder Sturz noch Seitenzug geändert werden, selbst die Trimmung musste nicht bemüht werden. Lediglich den Expo-Wert haben wir noch etwas angepasst.

Die Raven lässt sich durch sämtliche Figuren hindurch sehr präzise und sauber fliegen. Das liegt vor allem an Philips Profil. Auch das Abrissverhalten ist vorbildlich. Für uns ist die Raven ein perfektes Modell, um in die 3D-Fliegerei hinein zu schnuppern, was uns natürlich zunehmend Spaß macht. Die Sicherheitshöhe beim Torquen bzw. Hovern wird mit der Zeit immer geringer, die Figuren sehen noch nicht perfekt aus, aber Übung macht bekanntlich den Meister.

Niemals hätten wir gedacht, dass ein Elektromotor so einen tollen Sound produzieren kann. Man kann die Kraft, die der Motor mit Hilfe des 32-Zoll-Propellers entfaltet, deutlich hören. Sogar eingefleischte Verbrenner-Piloten sind begeistert. Bei Vollgas belastet der Antrieb die Akkus mit 260 Ampere – gemessen mit dem UniSens-E. Wenn man die Akkus schonen möchte, beträgt die Flugzeit sechs bis acht Minuten.

Unser Fazit

Viel Zeit, Schweiß, Nerven und Geld hat uns das Projekt gekostet. Es gab viele Hürden, die wir aber – meist gemeinsam mit Freunden – überwinden konnten. Am Ende zählt schließlich nur das Ergebnis – und da sind wir uns einig: Wir haben zwei außergewöhnliche Modelle erschaffen, die wir gerne mit auf den Flugplatz nehmen. Die Raven passt, dank des Fahrwerks, perfekt in einen durchschnittlichen Kombi. Natürlich ist das kein „immer dabei“-Modell. Man muss den Gang zum Flugplatz planen, Akkus laden und etwas Zeit zum Verladen in Kauf nehmen. Das Flugbild und die Flugeigenschaften machen das aber wieder wett.