Der überarbeitete Entwurf des HTW-Luftschiffes

Herausforderung Gewichtsoptimierung

Neben zahlreichen konstruktiven Änderungen steht vor allem die Gewichtsoptimierung im Vordergrund. So wird bei unserem Redesign jedes neue Konstruktionselement gewogen und mit dem ersten Entwurf verglichen. Für das Chassis greifen wir auf die Idee des Upcycling zurück und verwenden eine deutlich kleinere Schmelzkäse-Verpackung. Ein weiteres Problem aus dem ersten Entwurf ist die schlechte Manövrierfähigkeit des Luftschiffes. Der Abstand zwischen den Rotoren beträgt sowohl an der Gondel des Herstellers als auch in unserem ersten Entwurf 200 mm. Er soll in der neuen Entwicklungsstufe auf 400 mm erhöht werden. Für die Ausleger verwenden wir handelsübliche Trinkhalme. Zur Aufnahme der Motoren wird das Ende ca. 2 cm eingeschnitten, eine Öse entsprechend dem Motorengehäuse geformt und die Enden mit Pattex Kraftkleber verbunden.

Beide Ausleger werden in der neuen Gondel zusammengeführt und dort verklebt. Die Höhenregulierung erfolgt über einen dritten Antrieb, der nach unten gerichtet ist. Insgesamt können wir so eine deutliche Reduzierung des Gewichts erzielen. Erste Testläufe förderten jedoch ein neues Problem zutage. Im Sinne der Gewichtsoptimierung kamen Kleinstmotoren zum Einsatz, wie sie zum Beispiel in Stellantrieben (Servos) Verwendung finden.

Handskizze der überarbeiteten Gondel
Handskizze der überarbeiteten Gondel. Auffällig ist der weite Abstand zwischen den Vortriebmotoren und das schlanke Design der Gondel

Dilemma mit den Motoren

Während der permanente Lauf des Vortriebs weitestgehend zuverlässig arbeitet, funktioniert die Höhenregulierung nur sporadisch. Eine Strommessung ergibt, dass beim Anlaufen des Motors kurzzeitig bis zu 1 A, im laufenden Flugbetrieb über 600 mA benötigt werden. Die Propellermotoren erweisen sich als wahre Stromfresser. Insgesamt werden bis zu 3 W elektrische Leistung benötigt, die wiederum zur Erwärmung der Motoren führt. Angesichts der Motorenhalterung aus Kunststoff besteht neben der Unzuverlässigkeit der Höhenregulierung die Gefahr, dass sich die mechanische Halterung zu den Motoren im laufenden Flugbetrieb löst. Weitere Tests ergeben, dass die Langzeitbeanspruchung der Motoren zu kurzzeitigen Ausfällen im Vortrieb führen. Es erweist sich jetzt als ein Nachteil, die Motoren nicht vorab auf ihre Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität getestet zu haben.

Neben der Weiterentwicklung des Chassis beginnt die Suche nach neuen Motoren. Die Entscheidung fällt zugunsten der Micro-Elektromotoren K20WD beziehungsweise K30WA von Motraxx aus. Es handelt sich um eine Kompromisslösung, da wir uns die Zuverlässigkeit durch ein höheres Motorengewicht erkaufen. Auf der anderen Seite sind die äußeren Abmessungen der beiden Motortypen gleich und wir können bei annähernd gleichem Betriebsstrom unterschiedliche Leistungsparameter (zum Beispiel maximale Umdrehungszahl) fahren.


K20WD
Leerlaufdrehzahl: ca. 12.000 U/min 
Drehzahl unter max. Last: 5.800 U/min bei 0,1 A und einem max. Drehmoment: 0,15 mNm

K30WA
Leerlaufdrehzahl: ca. 15.000 U/min
Drehzahl unter max. Last: 12.000 U/min bei 0,11 A und einem max. Drehmoment: 0,16 mNm

Zwar lassen sich die Kunststoff-Ösen am Ende der beiden Ausleger auf die neuen Gegebenheiten gut anpassen, durch den geänderten Durchmesser der Motorwellen müssen wir auf andere Propeller zurückgreifen. Das zieht wiederum Konsequenzen bei den mittlerweile eingebauten Strahldüsen nach sich.

Text und Skizze: Thomas Weiland und Ronald Puhle