REPORTAGE

Nurflügel XXL

Von einer „Schnapsidee“ zum Großmodell


Mit über vier Metern Spannweite und 350 Quadratdezimetern Fläche ist das „Four Foam“ ein Riesending geworden.

Wer kennt das nicht! Nach einem Vereinsausflug werden Bilder und Videos in gemütlicher Runde im Vereinsheim bestaunt und beiläufig schon neue Ideen für den nächsten Ausflug geboren!

So ähnlich erging es uns beim alljährlichen Hahnenmoos-Treffen im Juni 2009. Alle Vereinsmitglieder hatten ihren „Thor“-Nurflügel von den „Küsten- fliegern“ dabei und beim Herumturnen im Nebel, beim Combatfliegen und im Hangwind und beim Kreisen Ameisenkniehöhe viel Spaß damit. Jetzt kam uns der Gedanke: So einen Styropor-Nurflügel müss-te man mal in Groß bauen. Spannweiten zwischen drei und sechs Metern machten die Runde. Was wird so ein Riesending wiegen? Und wird er gegen leichten Wind im Gebirge überhaupt eine Chance haben? Braucht so ein Modell einen Holm? Oder klappt das mit dem Tapen auch in dieser Baugröße? Diese und ähnliche Fragen wurden diskutiert. Letztlich war nur klar: Es muss eine beeindruckende Größe mit Show-Effekt werden. Doch wie so manche Idee, verschwand auch diese im allgemeinen Winterschlaf, bis die warme Frühlingssonne 2010 alte Gedanken weckte: „Wir brauchen einen größeren Nurflügel. Einen, der im Flug Schatten spendet wenn die Sonne mal wieder richtig heftig auf unser Vereinsgelände brennt!“ Schließlich wurde die Sache angepackt. Ziel war, bis zur nächsten Fahrt zum Hahnenmoos im Juli musste das Projekt abgeschlossen sein.

Den Nurflügel wollten wir entsprechend schon vorhandener Konzepte aufbauen. Im Wesentlichen sollte Styropor zum Einsatz kommen. Verklebt mit Sperrholzrippen, die Lastpfade verstärkt mit reißfestem Glasfasertape und schließlich bespannt mit handelsüblichem Klebeband – so sah der Plan des Pro- jektes aus.

Einer der ersten Schritte war die aerodynamische Auslegung. Fachliteratur über Nurflügel wurde zu Rate gezogen, unter anderem auch die Homepage www.aerodesign.de von Hartmut Siegmann. Da unser Nurflügel die gleiche Flächengeometrie wie seine kleinen Brüder haben sollte, mussten natürlich deutliche aerodynamische Kompromisse eingegangen werden. Unter anderem war zu erwarten, dass der induzierte Widerstand relativ hoch sein würde. Diese Auswirkung einer einfachen Skalierung der Geometrie war ein weiterer Punkt, der uns bei diesem Projekt sehr interessierte. Als Variablen standen uns schließlich nur noch das Profil sowie die Schränkung zur Verfügung. Nach reiflicher Überlegung haben wir uns für das Profil „MH-60“ von Martin Hepperle entschieden. Dieses Profil zeichnet sich durch seine guten Langsamflugeigenschaften aus und ist bestens für die zu erwartende, niedrige Flächenbelastung geeignet. Zur Auslegung der Auftriebsverteilung, des Stabilitätsmaßes, des Schwerpunktes sowie anderer Beiwerte wurde das Programm Ranis (Quelle: www.aerodesign.de) verwendet. Schließlich war noch zu klären, welche Verschränkung wohl geeignet sein würde. Hier haben wir uns für die Variante von 3,5 Grad entschieden. Nachdem erste Rechnungen für eine Spannweite von vier Metern ein Gewicht des Styropors von fünf Kilogramm ergaben und das erste geschätzte Gesamtgewicht zwischen zehn bis 12 Kilogramm liegen sollte, haben wir uns dafür entschieden nicht dem Tape als Flächenverbinder alleine zu vertrauen, sondern ein entsprechendes Holmsystem zu integrieren.

Folgende Bedingungen haben wir uns ins Lastenheft geschrieben: Die Flächen sollten steckbar und mit wenig Aufwand zu bauen sein. Außerdem war es aus Transportgründen wichtig die Winglets schraubfähig zu gestalten. Der Flügel sollte mit vier Klappen ausgestattet sein um aerodynamisch einen größeren Spielraum zu haben. Da das Modell auch mit dem Auto transportiert werden soll, beschränkte sich die maximale Flügeltiefe an der Flügelwurzel auf 110 Zentimeter. Des Weiteren war gefordert eine Schleppkupplung zu integrieren. Auch eine Ballastkammer für bis zu fünf Kilogramm Zusatzgewicht wurde im Schwerpunkt projektiert – wir ahnten zu diesem Zeitpunkt noch nicht, dass wir diese später für ganz andere Zwecke benötigten. Zur Einstellung des Schwerpunkts wurden zwei Ballastrohre im Bereich der Profilnase eingeplant.

Der nächste Schritt war das Erzeugen eines entsprechenden CAD-Modells und die Konstruktion der Fräsrippen. Da unsere Styroporschneidevorrichtung maximal Stücke mit einer Breite von 50 Zentimetern schneiden kann, entschieden wir uns dafür, pro Seite fünf Rippen zu verbauen. Dies passte auch sehr gut zu den Baumarktmaßen eines Styroporblocks von 100x50x12 Zentimetern. So hatten wir Wurzel-, Zwischen- und Endrippen. Die Klappenservos sollten mit den Zwischenrippen verschraubt werden, damit ausreichende Stabilität für die starken Servos garantiert ist. Für die Holme wurden Buchenrundstäbe verschiedener Dicke eingeplant, die mit Kohlefaserschlauch im Bereich der höchsten Biegebe- lastung verstärkt werden sollten. Als Hauptholm sollte ein 25-mm-Buchenrundstab zum Einsatz kommen, als Nebenholme wurden 20-mm-Rundstäbe vorgesehen.

Bei der elektrischen Ausstattung wurde auf Robustheit gesetzt: Als Servos wurden vier Hitec-„HS-5645MG“ bestellt, dazu ein Multiplex-Empfänger mit Doppelstromversorgung und die Akkus aus je fünf SC-Zellen.

Nun konnte gebaut werden: Der erste Schritt bestand in der Herstellung von insgesamt zehn Rippen aus 4-mm-Buchensperrholz. Bei einer Profiltiefe von 60 bis 110 Zentimetern wurde hierfür schon einiges an Holz benötigt. Um den Arbeitsaufwand in Grenzen zu halten haben wir diese Rippen auch zum Schneiden der Styroporkerne verwendet. Wer sich mit dem Schneiden von Styroflächen schon beschäftigt hat, wird nun leicht mit der Stirn runzeln, da hier gewöhnlich besonders aufgebaute Schneiderippen zum Einsatz kommen. Mit ein paar kleinen Tricks aber standen unsere Originalrippen den richtigen Schneiderippen allerdings in nichts nach. Um einen sauberen Schnitt zu bekommen haben wir die Profilkontur mit einem dünnen Kupferlackdraht beklebt. Somit wurde das Profil leicht aufgedickt, der Schneidedraht glitt sauber über das Profil und der Abbrand wurde annähernd ausgeglichen. Nach dem Schneiden wurde der Kupferdraht wieder entfernt und die Rippen fein gesäubert. Das Schneiden der Flächenkerne war an zwei Samstagen erledigt. Insgesamt wurde fast ein halber Kubikmeter Styropor benötigt. Es ist sehr ratsam, diese Arbeiten bei guter Belüftung durchzuführen. Und für die Entsorgung des entstandenen Abfalls mussten alle Reserven an blauen Plastiksäcken verwendet werden.

Da für die gemeinsame Arbeit am Modell im Wesentlichen nur die Wochenenden zur Verfügung standen, lag diesem Projekt ein straffer Zeitplan zugrun- de und wir konnten nur durch eine geschickte Arbeitsteilung den Termin Anfang Juli als Ziel im Auge behalten. Also wurde beschlossen, als Nächstes Holme und Ruderklappen parallel in getrennten Werkstätten zu bauen: Der Hauptholm mit einer Länge von 2,2 Metern wurde mittig mit einem ein Meter langem Kohleschlauch verstärkt. Diese Einheit wurde dann mit Trennmittel bestrichen und nochmals mit zwei Schichten Kohleschlauch beschichtet. Die so erzeugten Negativrohre wurden zur Trennung mittig aufgeschnitten, dann konnten die zwei Rohre vom Hauptholm abgezogen werden. Diese Rohre dienten später als Aufnahme für die Steckung. Der Nebenholm, der genau entlang der t/4-Linie des Flügels verläuft, wurde direkt über die gesamte Länge mit 150 Metern Kohlerovings belegt und anschließend noch mit Glasfaserschlauch fixiert.

Die Ruderklappen sollten stabil werden. Nach den Flugerfahrungen mit den „Thor“-Modellen haben die Klappen bei jeder Landung Bodenberührung und sind dadurch knick- und bruchgefährdet. Um die XXL-Klappen zu schützen wurden diese rundherum mit 3-mm-Buchensperrholz verkastet. Die Endleiste wurde zusätzlich mit einer 3x10-mm-Buchenleiste geschützt. Trotz der Verkastung waren die jeweils ein Meter langen und 20 Zentimeter tiefen Klappen noch recht labil. Abhilfe konnte durch eine Beschichtung mit 160-g/qm-Glasgewebe auf der Ober- und Kohlegewebe auf der Unterseite geschaffen werden. Jetzt waren die Klappen ausreichend biege- und torsionssteif. Alle vier Klappen wurden zusammen gewogen: 1,3 Kilogramm! Erste unangenehme Vorahnungen zum möglichen Gesamtgewicht kamen uns in den Sinn.

Die Flächenkerne wurden nun entsprechend ausgerichtet, die Sperrholzprofile platziert und ein erster Check der Konfiguration durchgeführt. Zudem wurden noch Aussparungen für die Ballastkammern sowie Steckungen für die Winglets vorgesehen. Dann konnten die Flächenteile mit 24-Stunden-Epoxidharz verklebt werden. Die genaue Ausrichtung der einzelnen Flächenteile war hier eine besondere Herausforderung, da ein Zusammenhalten mit Klebe- band bei diesen Ausmaßen nicht mehr ausreichte. Nach der Verklebung wurden die beiden Nebenholme sowie die Aufnehmer für den Hauptholm in die Tragfläche eingepasst und entsprechend mitein-ander verklebt. Auch eine Verklebung der Holme an den entsprechenden Durchgängen durch die Sperrholzprofile mit Glasfaserschnitzel verstärktem Harz wurde durchgeführt. Die Ballastkammer sowie die Aufnahme der Winglets wurden ebenfalls sauber mit den Rippen verklebt. Die Winglets bestehen aus 3-mm-Depron, das beidseitig mit dünnem Glasgewebe beschichtet wurde. Zudem wurden aus Gründen der Torsionssteifigkeit noch Kohlerovings in +/-45-Grad-Ausrichtung auf dem Winglet verlegt.

Nun war alles bereit für einen Check des Schwerpunkts. Theoretisch ermittelt lag er laut unseren Berechnungen bei 54 Zentimetern hinter der Profilnase an der Profilwurzel. Mit großem Unbehagen mussten wir feststellen, dass das Gewicht der Ruder und der Winglets ein heftiges Ausgleichsgewicht in der Flügelnase erfordern wird. Ein 5-Liter-Wasserbehälter voll gefüllt auf die Profilnase gestellt reichte nicht, um den Schwerpunkt zu erreichen. Erst bei circa 6,5 Litern Zusatzgewicht lag der Schwerpunkt richtig. Ernste Zweifel an der „Realisierbarkeit“ des Projektes überkamen uns – es war klar: Das Gesamtgewicht würde an die 20 Kilogramm kommen. Zudem hatten wir noch keine genaue Vorstellung, wie denn die Verdrehsicherung für die beiden Tragflächenhälften funktionieren sollte.

Um das Trimmgewicht in Form von Stahlplatten, die bei einer Dichte von 7,8 Kilogramm/Liter nur wenig größer als eine Milchtüte sein müssen überhaupt einbauen zu können, genügend Platz für die Elektronik zu haben und eventuell sogar ein Einziehfahrwerk zu integrieren, haben wir uns kurzerhand entschieden ein Rumpfboot zwischen die Flächenhälften zu integrieren. Mit 12 Zentimetern Breite sollte es nicht sehr groß ausfallen, allerdings trotzdem genügend Platz für alle Komponenten bieten. Die Verdrehsicherung der Flächen konnte nun auch einfach gestaltet werden. Auch die Ballastrohre in der Profilnase wurden verlängert, damit auf jeder Seite circa 1,3 Kilogramm Trimmgewicht in Form von Rundstahlstangen eingesteckt werden konnte.

Und wieder war Arbeitsteilung angesagt, denn der Hahnenmoos-Termin rückte immer näher. In einer Werkstatt entstand das Rumpfboot, in der anderen Garage wurde geschliffen, gespachtelt und mit Klebeband hantiert. Die Servos wurden schon in diesem Bauabschnitt mit den Sperrholzrippen verschraubt, um die entsprechenden Ausschnitte im Styroporkern schneiden zu können. Nachdem dann alle Holme und Rohre sauber ausgerichtet waren und entsprechende Servokabel mit in den Aussparungen verlegt waren, wurde das Holm/Styropor-System miteinander verklebt. Hierfür wurde handels- üblicher PU-Bauschaum verwendet. Dieser gewährleistet eine feste Verbindung der einzelnen Bauteile und füllt zudem eventuelle Hohlräume sauber aus. In Tests hatte sich gezeigt, dass diese Verbindung extrem gut hält und gegenüber der Variante mit Epo-xydharz große Gewichtsersparnisse bringt. Ein leich- tes Einsprühen des Styropors mit Wasser erhöht die Klebekraft des PU-Klebers erheblich. Nach dem Aushärten wurde erst das überschüssige Material grob entfernt und anschließend die Oberfläche mit einem langen Schleifklotz sauber verschliffen und verspachtelt.

Die komplette Tragfläche wurde nun großflächig mit Sprühkleber überzogen um einen festen Halt des Klebebandes zu gewährleisten. Wir haben uns bewusst gegen die Variante entschieden, die Oberfläche zu laminieren, da eine „weiche“ Oberfläche besonders bei Landungen in schwierigem Gelände im Gebirge von Vorteil sein wird. Entlang der Hauptlastpfade wurde glasfaserverstärktes Tape eingesetzt um die auftretenden Lasten entsprechend zu verteilen. Dies sollte zusätzlich zu den Holmen Stabilität bringen. Schließlich wurde nun die komplette Oberfläche mit klarem, 50 Millimeter breitem Klebeband überzogen. In der Summe wurden hier deutlich über 200 Meter Klebeband verwendet. Dann wurden noch die Ruder mit extra dickem Klebeband angeschlagen und mit 3-mm-Gewindestangen über die Servos angelenkt. Die Winglets wurden mit einer kurzen, zehn Zentimeter langen Steckung aus 20-mm-Buchenstäben versehen und zusätzlich mit je zwei Schrauben an die Stirnseiten angebracht. Die Verdrehsicherung der beiden Flächen lösten wir über ein Holzklemmstück, das die Nebenholme mit vier Schrauben sicher in Position hält. Als Trimmgewicht wurde nun einfacher Rund– und Flachstahl aus dem Stahlhandel verwendet, der in die Rohre und in die Ballastkammer eingeschraubt wurde. In die ursprünglichen Ballastkammern wurden rechts und links die zwei Akkupacks für die Empfängerstromversorgung eingesteckt.

Der finale Gang zur Waage bescheinigte: Das Gesamtgewicht lag nun bei 21 Kilogramm. Wie soll damit überhaupt ein Handstart am Gebirgshang funktionieren? Eine Person alleine kann das Modell kaum über dem Kopf halten, Griffmulden hatten wir ja nicht vorgesehen. Etwas ratlos wurden verschiedene Startmethoden besprochen und wieder verworfen. Wir wollten es am Ende der Überlegungen mit einem modifizierten Startwagen versuchen.

Der Erstflug fand schließlich am 26. Juni statt, eine Woche vor der Fahrt zum Hahnenmoos. An diesem Tag gab es bei einem Nachbarverein einen Flugtag und dort stand eine 3,2 Meter große „Wilga“ mit 140-ccm-Motor als Schleppmaschine zur Verfügung. Nach kurzem Telefonat fuhren wir am späten Nachmittag zum Flugtag um den ersten Flug unseres Riesen-Nurflügels zu wagen. Der Aufbau des Modells auf dem Platz nahm zu zweit rund 20 Minuten in Anspruch. Die Zuschauer staunten nicht schlecht, als wir unseren XXL-Flügel zum Startplatz schleppten. Nach den letzten Checks der Ruder, der Schleppkupplung sowie des Varios waren wir nun also bereit zum Start. Ein für 1,1 Meter Flächentiefe um- gebauter Startwagen sollte uns bei den ersten Metern unterstützen und die Schleppmaschine etwas entlasten. Nach einer längeren Startstrecke erhob sich das Modell zwar spät aber doch völlig unkritisch von seiner rollenden Unterlage. Ein leicht kopflastiges Flugverhalten konnte schnell ausgetrimmt werden und so ging es mit Hilfe der starken Schleppmaschine majestätisch in die Höhe. Die „Wilga“ hatte einen richtig dicken Fisch am Haken und wirkte gegenüber dem Flügel eher schmächtig.

Nach dem Ausklinken aus dem Schleppseil wurden die letzten, minimalen Trimmausschläge eingestellt. Bei einer „gefühlten“ angenehmen Grundge- schwindigkeit zeigte das Modell ein überraschend unkritisches und stabiles Flugverhalten. Nach einigen Flugmanövern zur Kontrolle der Flugstabilität konnte die berechnete Lage des Schwerpunktes bestätigt werden. Auch ein provozierter Strömungsabriss verlief ohne Überraschungen: Der Flügel nahm nur die Nase runter und war danach sofort wieder steuerbar. Eine der größten Herausforderungen war nun die Landung: Der Landeanflug wurde großräumig eingeleitet, eine doch überraschend gute Gleitleistung und die leicht abfallende Landebahn waren schließlich der Grund für die relativ hohe Endgeschwindigkeit bei der ersten Landung. Jetzt ließen die 21 Kilogramm den Nurflügel sichtbar laufen. Trotz alledem konnte das Modell schließlich unter dem Applaus der anwesenden Zuschauer sicher und ohne Beschädigung auf der Landebahn aufgesetzt werden. Wir atmeten auf und freuten uns über den gelungen Erstflug – wer mag uns das verdenken!

Der nächste Flug sollte nun am Hang erfolgen. Nach einer langen Schlepperei vom Hahnenmoos-pass nach oben erreichten wir eine geeignet Stelle Richtung Lavey, mit leichtem Gegenwind und einem Gefälle mit mehr als 45 Grad. Zu zweit trugen wir den Nurflügel über unseren Köpfen und stießen ihn mit zwei Schritten Anlauf den Berg hinunter. Leider reichte die Startgeschwindigkeit noch nicht aus zum Gleiten. Das Modell setzte nach kurzem Plumps auf der Wiese auf, rutschte noch einige Meter weiter und hob dann doch noch ab. Hier zeigte sich deutlich die Robustheit der Konstruktion. Nach diesem holprigen Start zog das Modell ruhig seine Kreise im Hangaufwind. Weiträumiges Fliegen in der Gebirgsthermik war nun angesagt. Die Sichtbarkeit des Modells gegenüber 5- und 6-m-Seglern ist beeindru- ckend und auch weit entfernte Stellen konnten gefahrlos angeflogen werden. Insgesamt ist die Thermikleistung aber natürlich weit von den kleinen Nurflügelbrüdern entfernt! Der flitzende breite Schatten am Boden, wenn das Modell nahe der Hangkante fliegt hat allerdings alle Erwartungen über- troffen.

Ein rundum gelungenes Projekt also und wir freuen uns auf viele weitere Flüge mit dem Riesen. Großer Dank gilt unseren Helfern und Ideengebern für dieses Projekt sowie unserem Heimatverein MSG-Keltern.

Dominic Gloß, Roger Kirsch


Der Sommerausflug mit der MSG Keltern zum Hahnenmoos war Anlass für den Bau des großen Modells.


Die Endmontage des Modells gelingt mit tatkräftiger Unterstützung am besten.


So fing alles an: Styroporblöcke wurden von Hand in Form geschnitten.


Die Holme sind Buchenrundstäbe mit Kohleschlauch und Rovings belegt. Man beachte die Rolle Rovings vorne links.


Das 12 Zentimeter breite Rumpfboot aus Sperrholz bietet allen Komponenten Platz.


Der Transport gelingt im Familienkombi. Die Wurzeltiefe wurde entsprechend der Kofferraumöffnung bemessen.


Zum Erstflug ging es hinter eine 3,2 Meter große „Wilga“. Der Nurflügel flog von Beginn an ohne Fehl und Tadel.


Am Hahnenmoos im Sommer 2009 wurden die ersten ausgedehnten Hangflüge gemacht.


Auf dem heimischen Fluggelände der MSG Keltern wird auf dem Startwagen gestartet.


Der Aufbau des Flügels in der schematischen Übersicht.


Als Profil wurde das MH-60 ausgewählt und erwies sich als Glücksgriff.


FAKTEN

Spannweite: 4.150 mm
Tiefe innen: 1.100 mm
Tiefe außen: 600 mm
Fluggewicht: 21 kg
Fläche: 350 qdm
Flächenbelastung: 60 g/qdm
Profil: MH-60



Hier geht es zur Artikel-Übersicht

Diesen Beitrag und noch viel mehr finden Sie in AUFWIND Ausgabe 2/2011

Das komplette Inhaltsverzeichnis 2/2011
Zur Heftbestellung bitte hier entlang.

©AUFWIND 2011