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Modellhubschrauber

Ein Modellhubschrauber ist ein Flugmodell, das einem richtigen Hubschrauber in Form und Funktion nachempfunden wurde. Dabei ist es deutlich kleiner als dieser und kann keine Person tragen.

Im Gegensatz zum Hubschraubermodell aus Kunststoff oder Druckguss mit hoher maßstäblicher Detailtreue ist ein Modellhubschrauber flugfähig und wird meistens funkferngesteuert, muss aber nicht einem großen Vorbild nachempfunden sein. Dieser Artikel behandelt Modelle aller Arten von Senkrechtstartern, auch VTOL-Luftfahrzeuge, die sonst nicht zu den Hubschraubern gerechnet werden.

Inhaltsverzeichnis

Entwicklung

Der erste kommerziell erhältliche Modellhubschrauber wurde 1972 von Dieter Schlüter auf der Spielwarenmesse in Nürnberg präsentiert. Modellhubschrauber haben in den letzten Jahren einen deutlichen Auftrieb bekommen. Ermöglicht wurde dies durch Leistungssteigerung und neue Techniken bei Antrieben und Werkstoffen, so bürstenlose Motoren ('brushless'), Lithium-Polymer-Akkus, Gasturbinen und CFK. Weiterhin gibt es laufend neue Konstruktionen, eine kostengünstige Massenfertigung in der Volksrepublik China und nicht zuletzt eine zunehmende Bedeutung des Freizeitsports.

Technische Eigenschaften

Die Technik ist teilweise großen Hubschraubern nachempfunden. Besondere Eigenschaften der Modellhubschrauber bedingen aber auch abweichende Konstruktionen bzw. Möglichkeiten:

Als Motorisierung kommen entweder einzylindrige Hubkolbenmotoren oder Elektromotoren zum Einsatz, neuerdings auch kleine Gasturbinen.

Typische Konstruktionen

Drehzahlgesteuert

Bei drehzahlgesteuerten Modellhubschraubern (mit festem Pitch) erfolgt die Steuerung des Auftriebs durch Veränderung der Drehzahl, die bei elektrisch angetriebenen Klein-Modellhubschraubern von einem Steller geregelt wird, der gemeinsam mit dem Empfänger und dem Gyro (s. u.) in einem Modul vereint ist. Diese Bauweise spricht träger auf Steuerkommandos an als die pitchgesteuerte Variante, hat aber den Vorteil des einfacheren mechanischen Aufbaus, geringeren Gewichts und ist auch weniger sturzempfindlich. Sie hat sich besonders bei kleinen und günstigen Modellen unter 500 g bewährt. Auch gibt es größere Modelle im Bereich 1,5 kg, die besonders robust sind, so dass hier bei einer unbeabsichtigten Bodenberührung weniger Teile zerstört werden.

Die Gierachse wird dabei meistens kostensparend über einen eigenen Heckmotor geregelt. Da jede Drezahländerung des Hauptrotors eine Drehmomentänderung bewirkt, muss zwangsläufig auch die Gierachse ständig nachgeregelt werden - was dem Modellpiloten auch deshalb schwerfällt, weil sich die Bezugsachse, anders als bei einem im Cockpit sitzenden Piloten, beim Drehen ändert. Daher werden heute meistens elektronische Beschleunigungssensoren (sog. Gyro, aber selten ein echtes Gyroskop), eingesetzt, die die Gierachse so regeln, dass sich die Orientierung des Rumpfes nicht ändert bzw. sie gleichbehält.

Die Lateral- (vorwärts-/rückwärts- und seitwärts-, auch Nick und Roll-) Bewegung wird durch eine Taumelscheibe gesteuert, die von zb. min. zwei Servomotoren angelenkt wird. Bei ganz einfachen Konstruktionen wird darauf verzichtet, es ist dann nur die Flughöhe und die Drehung steuerbar.

Pitchgesteuert

Als Pitch bezeichnet man den Anstellwinkel eines Rotorblatts gegenüber der anströmenden Luft. Die Steuerung des Auftriebs erfolgt dann durch Veränderung des kollektiven Anstellwinkels (siehe Taumelscheibe), die Drehzahl bleibt dabei im Idealfall konstant. Die Ansteuerung erfolgt typischerweise mit drei Servos an der Taumelscheibe, häufig in 120-Grad-Anordnung, bei der die Kräfte sich gleichmäßig auf die Servos verteilen, deren Bewegungen dann (meistens im Sender) gemischt werden müssen.

Beim Heckrotor kommen Konstruktionen mit gesondertem Heckmotor, mit Antriebswelle und Umlenkgetriebe oder auch mit Zahnriemen zum Einsatz. Bei auf diese Weise mechanisch gekoppeltem Heckrotor wird die Gierachse über Anstellwinkel-Änderung des Heckrotors gesteuert, was ein weiteres Servo bedingt.

Koaxialrotor

Wie bei manntragenden Koaxialrotor-Hubschraubern haben zwei gegenläufige, übereinander angeordnete Rotoren den Vorteil, dass kein Heckrotor zum Drehmomentausgleich gebraucht wird. Vor allem entfällt damit der bei einem Heckrotor verbleibende Drift (siehe dort), was die Steuerung bei begrenztem Platz und in Innenräumen (indoor) sehr vereinfacht. Indem die Rotoren über getrennte Elektromotoren elektronisch gesteuert werden, kann der Heckmotor bzw. das Heckservo entfallen, da die Gierachse allein über Drehzahlunterschiede der Rotoren steuerbar ist. Sie reagiert jedoch deutlich träger als beim Heckrotor-Heli, was ein Fliegen bei Wind erschwert. Die Auftriebsregelung erfolgt meistens drehzahlgesteuert und nur der untere Rotor wird via Taumelscheibe zur Nick/Roll Regelung angesteuert. Der konstruktive Aufwand ist damit unterm Strich nicht höher als bei der Heckrotor-Bauweise, während die Steuerung schneller zu lernen ist.

Bei einfachen Konstruktionen wird auf die Taumelscheibe ganz verzichtet und der Nick über einen kleinen, senkrecht wirkenden Heckmotor geregelt. Bei geringer Fluggeschwindigkeit sind damit auch gezielte Flüge möglich, während Aufwand, Gewicht (typisch 50 g) und Sturzempfindlichkeit gering bleiben.

Tandemrotor

Auch die Tandem-Konfiguration wurde schon im Modellbau eingesetzt. Dabei sind zwei Rotoren meistens hintereinander angeordnet. Dieses bedeutet zwei unabhängige Rotorköpfe und Taumelscheiben mit entsprechen hohem Bauaufwand und hoher Empfindlichkeit. Da die Flugleistung eines Modellhubschraubers und insbesondere seine Nutzlast selten ins Gewicht fällt, wird die Tandem-Bauweise ggf. nur eingesetzt, um ein Original möglichst realistisch nachzuempfinden.

Mehrfachrotor

Einen anderen Ansatz verfolgen Designs mit mehreren Rotoren, üblicherweise vier beim Quadrocopter. Dabei wird die Steuerung aller drei Achsen durch unterschiedliche Drehzahlen der vier Rotoren realisiert. Da die Massen i. a. in der Mitte konzentriert sind, fehlt die Eigenstabilisierung eines Hubschraubers. Zur Lagestabilisierung werden daher meistens elektronische Beschleunigungsmesser mit Piezo-Technik oder auch Gyroskope eingesetzt. Durch schnell reagierende, von einem Mikrocontroller gesteuerte Elektromotoren kann hier, anders als bei Hubschraubern oder großen Quadrocoptern, auf empfindliche Rotorköpfe mit Blattverstellung verzichtet werden, was Aufbau, Gewicht und Sturzfestigkeit begünstigt. Diese Bauweise wird zunehmend bei Drohnen und UAVs eingesetzt.

Autogiro

Auch Autogiro oder Tragschrauber werden als Modelle gebaut und geflogen. Es handelt sich dabei nicht um Hubschrauber im engeren Sinne, da der Vortrieb durch einen gesonderten Propeller erfolgt, der Auftrieb aber wie beim Helikopter durch einen Drehflügel, der durch den Luftstrom in Drehung gehalten wird. Vorteil dieser Bauweise ist die äußerst geringe Stall-Geschwindigkeit (s. Strömungsabriss) und geringe Fluggeschwindigkeit, womit Modell-Tragschrauber besonders einfach zu fliegen sind.

Flugleistungen

Ausbildung zum Piloten

Die Kontrolle eines Modellhelikopters setzt ein intensives Training voraus. Da Helikopter nicht eigenstabil fliegen (Ausnahme Koaxialhelis), sind ständige Korrekturen erforderlich, die den Einsteiger zu Beginn überfordern. Da jeder Flugfehler mit Reparaturkosten verbunden ist, gibt es Simulationsprogramme, die den Einstieg erheblich angenehmer machen. Außerdem gibt es Flugschulen, bei denen ein Fluglehrer mit seinem an den Schülersender angeschlossenen Lehrersender Flugfehler korrigieren kann. Außerdem sollte man die Literatur und einschlägigen Webseiten und Foren studieren, bevor man die ersten Flugversuche unternimmt.

Modelle

Einfache Modelle gibt es ab 100 EUR, sie zeichnen sich durch ein geringes Gewicht (bis 300 g) aus und sind für den Einsteiger nur zu empfehlen, wenn er über einen windgeschützten Bereich (z. B. Sporthalle) verfügt, weil diese Modelle schon auf leichte Windböen sehr empfindlich reagieren. In dieser Preisklasse sind viele Modelle der Firma Walkera vertreten (Beispiel: Walkera Dragonfly 22E). Auch deutsche Firmen kaufen teilweise diese leichten Modelle der Firma Walkera ein, um diese unter der eigenen Marke zu verkaufen. Nur in dieser Gewichts/Preis-Klasse finden sich die Koaxialhelis. Bezeichnend ist für diese Modelle, dass sie fast ausnahmslos als Fertigmodelle angeboten werden. Die sehr billigen Modelle unter 50 EUR sind in der Regel in den Steuermöglichkeiten sehr eingeschränkt; sie haben oft nur zwei Freiheitsgrade (Höhenänderung, Rotation um die Hochachse), so dass sie alleinig aufgrund ihrer durch geschickte Gewichtsverteilung eingestellten Neigung einen horizontalen Flug durchführen können. Ein Heli ist aber erst mit mindestens 4 Steuerachsen wirklich komplett steuerbar (Höhe,Nick,Roll,Drehen), ein weit verbreitetes Modell wäre der E Sky Lama V4.

Der Markt der etwas schwereren Modelle bis 1kg ist sehr unübersichtlich. Hier finden sich Fertigmodelle (z. B. ECO-Serie der Firma Ikarus) genauso wie Bausätze, die je nach Importeur in unterschiedlichen Vorfertigungsgraden geliefert werden. Zudem werden die meisten Modelle in verschiedenen Versionen verkauft (vom Align T-Rex 450 gibt es beispielsweise 7 verschiedene Versionen). Für den Einsteiger ist in dieser Klasse der LMH Corona 120 empfehlenswert, weil er sich durch eine robuste Konstruktion auszeichnet. Noch recht neu auf dem Markt ist der Thunder Tiger Mini Titan E325, der für seine Größe sehr ausgewogene Flugeigenschaften bietet.

Einen Preissprung nach oben zeigen die Modelle über 1kg, denn sie benötigen größere Servos und bei E-Modellen höherkapazitive Akkus. Diese Modelle wären aufgrund ihrer Trägheit ideale Einstiegsmodelle, doch schaffen sich aufgrund des hohen Preise meist nur fortgeschrittene Piloten diese großen Modelle an.

Für den Anfänger ist zu empfehlen, ein Modell auszuwählen welches in unterschiedlichen Flugzuständen einstellbar ist. Die Modellhubschrauber bieten im mechanischem Aufbau die Möglichkeit Einstellungen in unterschiedlicher Art vorzugeben. Damit lässt sich eine "anfängerfreundliche" zum Anfang und eine "fortgeschrittene" Einstellung für den Kunstflug vorgeben.

Literatur

(das Standardwerk des Erfinders des Modellhubschraubers)

- ISBN 3-7883-0695-5 - Neckar-Verlag (Die Lebensgeschichte vom "Vater des Modellhubschraubers")