TECHNIK

Pinocchio

Ein Scale-, Allround- und Kunstflugsegler



Ich hatte mich entschieden, einen Segler nach meinen eigenen Vorstellungen zu bauen. Neben gutmütigen Flugeigenschaften und einer Gemischtbauweise in Glas- und Kohlefaser sollte es ein vorbildgetreues Modell sein und zudem für Kunstflug geeignet. Zusätzlich sollte dieses Modell auch gut in der Thermik zu fliegen und noch halbwegs normal zu transportieren sein. Also ein Multi-Allrounder. Zufällig lernte ich Dietmar Poll kennen, mehrfacher Staats- und Europameister sowie Weltmeister im manntragenden Segelkunstflug und in Österreich beheimatet. Er fliegt einen "MDM-1 Long-Fox" mit dem Namen "Pinocchio". Nach einem Telefonat wurde ein Termin vereinbart, bei dem er mir im Verlauf des Tages die Möglichkeit anbot, ein naturgetreues Modell seines Flugzeuges zu bauen.

Ein gutes Profil ist der Schlüssel zu einem guten Modell, da bin ich mir sicher. Nachdem ich die Spannweite auf vier Meter festgelegt hatte, standen auch die Re-Zahlen für die Tragfläche fest. Ich war lange auf der Suche, verglich unterschiedliche Profile und schlug mir so manche Nacht um die Ohren, um gute Profile noch besser zu machen. Die ursprüngliche Wahl fiel auf ein Profil von Norbert Habe. Seine Profile charakterisieren sich im Allgemeinen durch eine kontinuierliche Polare, ohne viel Ecken und Sprünge im Verlauf, was das Fliegen angenehm gestaltet. Ein Strömungsabriss zum Beispiel kündigt sich langsam an, beziehungsweise kommt bei guter Auslegung erst gar nicht zustande. Den Piloten trifft somit nichts Unvorhergesehenes.

Das erste Kriterium, ein gutmütiges Verhalten, war damit also abgehakt. Ich entschied mich für das "HN-309". Durch die geringe Profildicke von 10,8 Prozent hat es wenig Widerstand, was für den Kunstflug natürlich von Vorteil ist. Der Nachteil bei geringen Dicken ist der sprunghaft ansteigende Widerstand bei Anstellwinkelerhöhung. Das ist für Kunstflug eher ungünstig, weil dadurch der Durchzug "abgestochen" wird. Diese Eigenschaft ist bei diesem Profil im Vergleich zu anderen aber nicht stark vorhanden. Durch Anpassung, beziehungsweise Veränderung des Profilverlaufes konnte ich den ansteigenden Wider- stand noch zusätzlich verringern. Damit war auch das zweite Kriterium für den Flugeinsatz erreicht. Für den Auftrieb ging ich mit der Wölbung auf Tuchfühlung, wobei natürlich immer die vorher angestrebten Eigenschaften (gutmütiges Verhalten und wenig Widerstand) im Auge behalten werden mussten. Diese Art der Profilfindung ist ein permanentes Ausloten. Wird ein Faktor verändert, hat das natürlich Auswirkung auf die anderen, und man sollte sich nie zu weit von seinen Rahmenbedingungen entfernen. Dies spielte ich dann an mehreren Stellen der Tragfläche durch. Aufgrund der unterschiedlichen Re-Zahlen muss für eine sinnvolle Auftriebsverteilung auch immer das Profil angepasst werden. Irgendwann saß ich dann vor einem Flügelstrak, an den ich erst glaubte, als ich ihn in der Hand hielt, sprich, damit flog. Theoretisch waren also alle Kriterien erfüllt.

Von diesen Berechnungen direkt an die Fräse zu gehen, bedeutet unter Umständen viel Zeit und Geld in den Sand zu setzen. Bei der Entwicklung des "Pinocchio" war ich aber schon halbwegs gelassen, weil ich zwei vorangegangene Projekte - ebenfalls mit eigens dafür entwickelten Profilen - mit vollem Erfolg fertigstellen konnte. Die Urmodelle wurden also in Kunststoffplatten aus Necuron mit 650 Kilogramm/Kubikmeter Dichte gefräst. Dieses Material ist sehr gut zerspanbar, und kann bis zu einer 2.000-er Körnung feingeschliffen und poliert werden. Der einzige Nachteil im Vergleich zu einem lackierten Urmodell sind die immer noch großen Poren, die das Trennwachs förmlich aufsaugen. Dadurch entsteht eine relativ dicke Schicht, die zwar perfekt trennt, aber beim Entformen auf der neu erstellten Form haften bleibt und mühevoll entfernt werden muss.

Der Rumpf wurde nach den Maßen des Originals aus Styropor geschnitten und von Hand geformt. Für die Tragflächenanformung, die Höhen- leitwerksauflage, das Seitenleitwerk, die Radausschnitte und die Kabinenhaube wurden einige Vorrichtungen gefräst und in das Urmodell integriert. Die Kabinenhaube wurde, im Unterschied zum Original, einteilig gestaltet. Auf den Bügel zwischen den Kabinenhauben habe ich aus Erfahrung verzichtet, weil er bei einem Modell dieser Größe hinderlich wäre für das Handling im Rumpf. Beim Original wurde er zum einen als Verstärkung für das Rumpfboot, zum anderen für das Abdichten zwischen den Kabinenhauben einbaut. Dies war für den Piloten ein ganz wichtiger Punkt, weil man beim "Fox" bei negativen Figuren, wie er mir erzählte, "die Hand zwischen den beiden Hauben durchstrecken kann, so sehr verformt sich der Rumpf."

Nachdem der Rumpf des Models in der Rohform erstellt war, wurde er mit GFK überzogen und in mehrwöchiger Arbeit gespachtelt und geschliffen. Für die Passgenauigkeit des Urmodells waren die Vorrichtungen von großem Nutzen. Da immer an die Hilfsrippen geschliffen werden konnte, blieb ein Verschleifen, beziehungsweise ungewolltes Abrunden der eigentlichen Kanten am Urmodell aus. Die Form blieb zu hundert Prozent erhalten. Für den "letzten Schliff" wurde der gesamte Rumpf noch einmal mit Spritzfüller lackiert und bis zu einer Körnung von 2.000 geschliffen und poliert.

800 Stunden sind alleine in die Entwicklung und Erstellung der Urmodelle geflossen. Insgesamt, angefangen von der ersten Idee inklusive aller Fahrten, Anschaffungen, technischen Gebrechen und auch Reparaturen von Maschinen wurden bis hin zum Erstflug des Prototyps knapp über 1.900 Stunden investiert.

Die Tragflächen und Leitwerke habe ich in Schalenbauweise gefertigt, mit Fokus auf ein geringstmögliches Abfluggewicht. Der Holm der Tragfläche wurde für 50 Meter/Sekunde (180 km/h) bei vollem ca ausgelegt. Ebenso die Schalenstruktur. Dieser Wert ergab sich aufgrund der Durchrechnung der maximalen Fallgeschwindigkeit (176 km/h), mit Berücksichtigung des Widerstandes. Ein volles ca aus dem Grund, da zum Beispiel während eines schnellen Überfluges in einer Schrecksekunde schon einmal zu viel und abrupt ins Höhenruder gegriffen werden kann.

Aufgebaut sind die Tragflächen mit Diagonalgewebe und einem Sandwichkern aus Airex. Je nach Version des "Pinocchio" beginnt die Diagonallage bei 50 Gramm/Quadratmeter GFK, über Mischbauweise in Glasfaser mit Carbonverstärkungen bis hin zur Voll-Kohle Fläche. Der Sandwichkern ist an der Unterseite für das Elastic- flap-Scharnier ausgenommen. Die innere Diagonallage wird mit einem Stempel beim Pressen an die Außenlage geführt, um eine optimale Verklebung im Ruderbereich zu garantieren und ein Delaminieren des Scharniers zu verhindern. Der Kern wird damit komplett eingeschlossen. Diese Bauweise ist zwar sehr aufwändig, garantiert aber größte Standhaftigkeit, auch bei extremen Überbelastungen, wie zum Beispiel einer Stecklandung.

Für die Holm- und Querruderstege kommen passend geschnittene Kerne mit GFK- beziehungsweise CFK-Ummantelung zum Einsatz. Getragen werden die Tragflächen mit einem eigens gebauten Kohlefaser-Verbinder mit Rechteckquerschnitt, der im Schwerpunkt sitzt und im Inneren Platz für mehr als zwei Kilogramm Ballast hat. Das Seitenruder ist ebenfalls in Sandwichtechnik gebaut. Drei gefräste Rippen aus Balsaholz sorgen für mehr Torsionsfestigkeit. Beim Zusammenkleben wird die Lagerung bereits mit Einlagen in der Form positioniert. Dadurch erhält man nach dem Entformen ein fertiges Ruder, das sogleich am Rumpf montiert werden kann. Lediglich die Anlenkung muss noch angebracht werden. Beim Höhenleitwerk wird gleich verfahren wie bei den Tragflächen: Scharnier und Ruderspalt werden vor dem Pressen beim Sandwichmaterial entfernt und passende Stempel verpres- sen Innen- mit Außenlage der Schale. Das Sackloch für die Verschraubung wird mittels Einsatz schon beim Bau abgebildet. Es sitzt direkt am Holm und muss nur noch an der unteren Beplankung durchgebohrt werden. Je nach Version sorgen Einlagen an der Nasen- beziehungsweise Endleiste beim Verkleben für ein geschlossenes Ruder. Auch dieses Bauteil ist gewichtsoptimiert und bringt nur knapp 200 Gramm auf die Waage. Die Ruderspaltabdeckung wird, wie bei den Tragflächen, in einer eigenen Form gebaut, und nach dem Ausschneiden des Ruders verklebt. Die eigene Form ermöglicht das Lackieren in mehreren Farben, und die Spaltabdeckung integriert sich dadurch komplett in das Finish.

Der Rumpf ist in zwei Ausführungen gebaut: Die Standardvariante in GFK ist mit GFK-Stringern über die gesamte Rumpflänge verstärkt. Für die Beulfestigkeit sorgen zwei geschnittene Styroporteile, in die die Lagerung der Schubstange der Höhenruderanlenkung bereits integriert ist. Diese zwei Stützteile sind nur mit leichter Pressung in das Rumpfrohr geschoben, und können dadurch jederzeit getauscht werden. Die leichte Bauvariante, zum Beispiel für die Impeller-Version, ist gemischt gebaut. Das Rumpfboot ist bis zur Nasen- leiste in Glasfaser gebaut, da einerseits ohnehin Gewicht für den korrekten Schwerpunkt in der Nase benötigt wird, und andererseits dadurch keine Probleme beim Empfang auftreten. Nach hinten ist das Rumpfrohr bis ins Seitenleitwerk mit bidiagonalem Carbongelege gefertigt. Das Rumpfrohr ist mit vier Spanten, die am Innendurchmesser mit Carbon belegt sind, verstärkt. Stringer und Spanten ergeben damit die tragende Struktur, die Rumpfhaut übernimmt die Torsionsbelastung. Ein weiterer Stützspant in der Seitenleitwerksbasis verteilt die Belastung durch das Höhenleitwerk auf den gesamten hinteren Rumpfbereich. Die Höhenleitwerksauflage mündet ebenfalls in einen Spant, der den Arretierbolzen schon integriert hat. Die Radkästen werden beim Rumpfbau durch Füllstücke in der Form gleich mit verklebt. Genauso wie die Durchführung des Flächenverbinders, der Kabel und die Löcher der Torsionsbolzen, die ebenfalls mit Einsätzen gleich fertig abgebildet werden. Je nach Ausführung werden auch der Seitenruderspant, die Hauptfahrwerksspanten und die Montage für das Schleppkupplungsservo gleich verbaut.

Bei beiden Rumpfversionen verstärken Einlagen das Rumpfboot zusätzlich, um die Belastung durch das Bugrad aufzunehmen. Wenn man das liest wird klar, dass nicht ohne Grund für die Laminierarbeiten am Rumpf 14 Mannstunden anfallen. Komplettiert wird der Rumpf mit dem Hauptfahrwerk, das eigens für den Pinocchio von mir entwickelt wurde. Es ragt im eingefahrenen Zustand, wie beim Original, zu einem kleinen Teil aus dem Rumpf heraus. Das hat den Vorteil, dass auch mit eingefahrenem Hauptfahrwerk gestartet und gelandet werden kann, ohne dass Strukturschäden am Rumpf entstehen. Die Betätigung läuft über ein Servo, das direkt am Fahrwerksspant sitzt. Die Kulisse fährt in beiden Endpositionen leicht über den Nullwinkel und arretiert dadurch das Fahrwerk, ohne das Servo zu belasten. Alle Abdeckungen, wie zum Beispiel die der Landeklappen, wer- den in separaten Formen gebaut und auf eigenen Vorrichtungen passgenau gefräst.

Wird ein Teil des "Pinocchio" beschädigt, erweisen sich die einzelnen Einsätze und Vorrichtungen an den Formen als klarer Vorteil. Jedes Bauteil kann ganz einfach durch ein neues ersetzt werden, ohne jegliche Anpassungen am Modell. In der vergangenen Saison hat das einem Piloten in seinem Urlaub ein paar schöne Flüge gesichert. Durch ein Missgeschick erlitt sein Höhenruder einen Schaden. Ich borgte ihm kurzerhand das Höhenruder meines Prototyps. Die Anlenkung wurde um zwei Millimeter eingekürzt - schon war sein "Pinocchio" wieder in der Luft. Auch bei meinem eigenen "Pinocchio" hat mir die Modulbauweise schon Anpassungsarbeiten erspart. Durch einen Flugfehler vor einem Wettbewerb landete ich mein Modell ungewollt auf dem Rücken. Durch viel Glück erlitt nur das Seitenruder einen Schaden, den ich notdürftig beheben konnte, um im Wettbewerb anzutreten. In der folgenden Woche baute ich ein neues Seitenruder, tauschte die Anlenkung, setzte es in den Rumpf, und war schon wieder flugbereit.

Mittlerweile haben sich durch verschiedene Kundenwünsche mehrere Versionen des "Pinocchio" entwickelt. Nach der Premiere auf der Segelflugmesse 2013 in Schwabmünchen, nahm ich eine Impeller-Mechanik von MIG Flight Solutions mit auf die Rückreise. Im Herbst 2013 entstand damit die erste Impeller-Version des "Pinocchio". Ebenfalls im vergangenen Jahr stellte ich die erste Version mit Turbine fertig. Anfang 2014 wurde die erste Wölbklappen-Version in extremer Leichtbauweise ausgeliefert. Und nun verlässt die erste Mischversion mit Wölbklappen und Impellerantrieb die Werkstätte.

Ein paar Worte zum Flugverhalten: Schon bei den ersten Flügen war klar, dass das Profil ein voller Erfolg ist. Bereits nach einem kurzen Tiefenruderausschlag beschleunigt der "Pinocchio" sehr schnell und hält diese Geschwindigkeit auch länger als alle mir bekannten Segler, die ich bis dahin in der Hand hatte. Bei den ersten Kunstflugfiguren war keine Regung der Tragflächen zu bemerken, erst bei voller Ballastierung sieht man dabei ein leichtes Durchbiegen über die gesamte Spannweite. Der Flächenverbinder im Rechteckquerschnitt und die verwendete Bauweise war also die richtige Entscheidung.

Die Festigkeitsberechnung verschafft mir als Konstrukteur und Hersteller einen klaren Überblick über die benötigte Menge und Platzierung des Holm-Materials. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Gewichtsverteilung, die den Schwerpunkt der einzelnen Tragfläche in die Nähe der Rumpfachse platziert. Alle Ruder reagieren prompt und sehr feinfühlig, ohne jede Verzögerung. Speziell am Querruder ist dadurch ein regelrechtes "Einrasten" zu erkennen, sobald man den Knüppel in Nullstellung bringt. Auch bei gerissenen oder gestoßenen Figuren gibt es kein Überdrehen. Im Übrigen kommt man mit sehr wenig Maximalausschlag an allen Rudern aus. Das ist ebenfalls ein Verdienst des modifizierten Profils. Für einzelne Figuren sind, zum Beispiel am Seitenruder, dennoch bis zu 50 Grad möglich. Das Verhalten bei langsamem Thermikkreisen ist mehr als angenehm. Versucht man den "Pinocchio" zu überziehen, nimmt er lediglich die Nase nach unten, sobald die Geschwindigkeit nicht mehr ausreicht. Ein Abkippen zur Seite gibt es nicht. Das macht das Fliegen, und vor allem das Landen, zum reinen Genuss.

Ing. Harald Schüßler www.mts-c.at


Fakten

"Pinocchio" (MDM-1 Longfox)
Ein außergewöhnlicher Kunstflugsegler

  Modell Original
Maßstab: 1:3,5 1:1
Spannweite: 4,00 m 14,00 m
Länge: 2,15 m 7,54 m
Gewicht: 9,5-11,8 kg 555 kg
Fläche: 101 qdm 12,33 qm
Flächenbelastung: 94-117 g/qdm 54,5 kg/qm
Profil: HN309 mod. NACA 641412


Das Seitenruder nach dem Entformen. Nur die Anlenkung muss noch montiert werden


Der Scharnierspalt im Sandwichkern am Elastic Flap. Gut zu sehen ist auch die separat gebaute Ruderspaltabdeckung


Der in "GFK-Standard" aufgebaute Rumpf. Die Styroporteile geben zusätzliche Beulfestigkeit und lagern gleichzeitig die Höhenruderanlenkung


Hier eine leichte Variante des Rumpfes in GFK/CFK-Mischbauweise


Steckung und Verschraubung in der Auflage des Höhenleitwerks kommen bereits fertig aus der Form


Die Einlagen in Längs- und Querrichtung des Rumpfboots geben zusätzliche Festigkeit


Im Fahrwerkspant eingebaut ist das Servo zur Betätigung des Einziehfahrwerks, ebenso das Servobrett für Höhen- und Seitenruderservos


Das Fräsen der Landeklappendeckel. Auch sie werden in eigenen Formen gebaut und auf separaten Vorrichtungen ausgefertigt.


Der "Pinocchio" beim Kürflug 2013 in der Schweiz kurz vor der Landung


Der Turbo-Pinocchio nach dem Erstflug


Schon bei den ersten Flügen war klar, dass das Profil ein voller Erfolg ist


Unterstützt von Rauchpatronen sind beeindruckende Kunstflugvorführungen möglich



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