Sondermessprojekt Seitenruderkräfte

By | 6. März 2018

Während der Recherchen zur Neuauslegung der Steueranlage der D-B11 wurden, u.a. um sich einen Überblick zu verschaffen, welche Betätigungskräfte als angenehm empfunden werden, die Zacherprotokolle der letzten Jahre verwertet. Dabei fiel wieder auf, das die Seitenrudersteuerung diesbezüglich nicht erfasst wird. Daher kam von Willi, einem unserer ADH, die Anregung, das als Gelegenheit für ein Sondermessprojekt zu nutzen. Um möglichst wenig bauliche Veränderungen am Flugzeug vornehmen zu müssen und mit geringem Aufwand mehrere Muster testen zu können war eine Art Schuhsohle zur Messung von Druckkräften angedacht, die sich der Versuchspilot um den Fuß schnallen kann, um damit bei Betätigung des SR die dafür nötigen Kräfte aufzuzeichnen.

Die Idee wurde für gut befunden und fiel dann erstmal unter den Tisch. Als dann der August näher kam und das Projekt langsam wieder ins Bewusstsein rückte, stand jedoch auch schon die Prüfungszeit und unmittelbar danach das Sommertreffen vor der Tür, gefolgt von der Erkenntnis, dass es doch günstiger gewesen wäre, sich eher um die Realisierung Gedanken zu machen. Denn die naheliegendste Wahl dafür wären natürlich Druckdosen gewesen, die Druckkräfte in Spannungen umwandeln, diese sind jedoch wie wir feststellen mussten entweder teuer oder aus China importiert und daher eine Weile (zu lange) unterwegs. Eine kurzfristig umsetzbare Alternative musste also her. In einem Bastlerforum bekamen wir den Tipp, es mit PU-Schaum zu versuchen. Dieser ändert bei Aufbringen eines Drucks seinen elektrischen Widerstand. Also wurden schnell zwei Schuhsohlen aus kupferbeschichteten GFK-Platten mit einem Stück des besagten Schaums dazwischen gebastelt,  mit einer Messschaltung verkabelt und der bei solchen Konstruktionen unvermeidliche Arduino verbaut, um die gemessenen Spannungen aufzuzeichnen und auf einem Display auszugeben. Dann ging es mit den Schuhsohlen noch schnell in den Windkanal zum Kalibrieren und daraufhin zum Sommertreffen.

Nach ein paar Nacharbeiten in Aalen konnten diese auch im Flug erprobt werden. Zur Installation von Fluglage- und Ruderwinkelsensoren für das SR war selbstverständlich keine Zeit mehr, daher sollten Fahrtmesser und Horizont abgefilmt werden, um so zumindest Staudruck und ungefähre Fluglage zu ermitteln, dabei gab es auch noch Probleme mit der geborgten Action Camera. Letztlich gelangen uns 3 verwertbare Flüge. Bereits nach dem Ersten fiel auf, dass die eigentlich vorhergesehene digitale Aufzeichnung der Messwerte nicht wie vorgesehen funktionierte und für die Auswertung daher nur auf die Filme zurückgegriffen werden konnte.

Die Auswertung der aufgezeichneten Kräfte scheint in Hinblick auf die zeitgleich anliegende Fahrt sinnvolle Werte zu ergeben, allerdings können mit den erfassten Größen, vor allem ohne den Ruderwinkel, keine zu erwartenden Pedalkräfte zum Vergleich errechnet werden. Dass das nicht der Fall sein würde, wurde aber schon beim Bau der Messschuhe klar, dafür konnte hier ein unkonventionelles Konzept auf seine Praxistauglichkeit erprobt werden. Die Idee des Aufbaus mit dem Schaum mag vielleicht zunächst charmant klingen, leidet jedoch in der Reproduzierbarkeit der Werte unter gewissen Hystereseneffekten, da sich der gestauchte Schaum erst nach einer Weile wieder auf seine ursprünglichen Maße ausdehnt und bis dahin auch einen veränderten Widerstand hat, des weiteren reagiert der Aufbau auf eine auf den Schaum aufgebrachte Kraft teilweise nicht sofort mit dem vollen Spannungsausschlag sondern braucht 1-2 Sekunden um diesen zu erreichen. Das Fazit lautet daher – interessante Idee, aber nicht unbedingt praxistauglich.

Jedoch wurden andere Erkenntnisse gemacht, etwa über die Anpassung der Schuhsohlen auf das beengte Cockpit eines Segelflugzeugs, die Organisation der Verkabelung, Positionierung der Kamera, mechanische Probleme der Schuhsohlen etc.

Das wichtigste bleibt aber die Bestimmung des Seitenruderausschlags. Erst mit dessen Kenntnis können das Rudermoment und damit die zu erwartenden Pedalkräfte zur Validierung der Messwerte berechnet werden.

Mit den gewonnenen Erkenntnissen soll das Projekt dieses Jahr daher mit verbessertem Aufbau neu aufgerollt werden, unter anderem mit Erfassung des Ruderwinkels und Druckdosen statt des PU-Schaums. Auch die Aufzeichnung der Daten soll diesmal über den eigentlich für solche Projekte vorgesehenen Messrechner der Akaflieg geschehen, der letztes Jahr aber mit anderen Projekten ausgelastet war.

Sondermessprojekt
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