Tragflächen

Nun geht es an die Tragfläche. Sie ist das wichtigste Bauteil des ganzen Flugzeugs und sollte deshalb auch mit Bedacht und Sorgfalt gebaut werden.

Der Holm

Bei der Rippen-bauweise ist der Holm das wichtigste Teil. Der Holm soll:

• Die Biegekräfte auf die Tragfläche auffangen
• Torsionskräfte auffangen oder zumindest mit der Beplankung eine torsions Box bilden.
• Dazu dienen die Rippen aufzufädeln oder zumindest zu positionieren. (Wichtig für den Bau)

Um welche Kräfte geht es denn hier? Normalerweise geht man bei einem Flugzeug von drei G aus. Also das dreifache Gewicht. Wenn man also das Flugzeug umdreht und das dreifache Gewicht gleichmäßig auf der Tragfläche verteilt dann sollte sie nicht brechen. Vorsicht: Für irrsinniges rumheizen und besonders für den Windenstart gelten andere Anforderungen. Also ein kleines Beispiel: Mein ein Kilo schwerer Segler bekommt auf jede Tragfläche fünfzehn 100 gramm Gewichte verteilt.

Biegekräfte

Wie nehme ich die Biegekräfte am besten auf? Die Beste bauweise um die Biegekräfte aufzunehmen ist ein I-Träger. Dabei wird der obere und untere Teil "Gurt" genannt. Der Teil dazwischen ist der "Steg", "Verkastung" oder im Englischen "webbing".
Dabei nehmen die einzelnen Teile unterschiedliche Belastungen auf. Die Gurte nehmen Dehn- und Druckspannung auf. Die Verkastung nimmt Scherspannungen auf und sorgt dafür das die Gurte nicht nach oben oder unten ausweichen könnten (Beulen).
Ich will hier nicht weiter auf die Physikalischen Werte und Auslegungen eingehen. (Details kann jeder im Buch "Leichtflügel in Rohrholbauweise nachlesen) Viel lieber möchte ich Fehler und Möglichkeiten beim Bau aufzeigen.

Einen Tragflächenverbinder habe ich so gebaut: 3x3mm Balsa stehend als Steg und oben und unten Kohlefaser. Bei einem Belastungstest (zuhause) ist er gebrochen. Und zwar an einer Stelle, wo der Steg einen kleinen Spalt hatte (blöd gemacht) und auf der Druck belasteten Seite. Wir lernen daraus: Der Steg immer durchgehend und Kohlefaser lieber dicker. Die Druckbelastung ist hier ausschlaggebend.

Ein Höhenleitwerk aus Depron komplett mit Kohlegewebe 80g laminiert. Das Teil ist ziemlich stabil. Wenn man es aber verbiegt, dann merkt man wie sich die obere und die untere Seite gegeneinander verschieben. Ausserdem ist das ganze Ding viel zu schwer geworden. Also keinen Depron-Steg bitte.

Den Holm für ein etwas größeres Leitwerk (20cm) habe ich folgendermassen aufgebaut: 3mm Balsa hart Gurte oben und unten. 1mm Balsa stehend Verkastung beidseitig. Ein einfacher 3mm Balsa Holm war allerdings leichter und härter.

Tragflächenverbinder für 1m PSS Segler 3mm Balsa hart Gurte oben und unten. 3mm Balsa Steg längs. Bei einer härteren Landung ist der Steg dann hier aufgesplittert. Ich habe ihn mit einem Kevlar-Faden genäht und seither hält er wieder.
Deshalb: Verkastung immer stehend.

Tragfläche mit 1,1m für Segler 3mm Balsa Holm längs 1mm Balsa Verkastung stehend darauf Hat bisher noch alles ausgehalten, auch wegen der kleinen Spannweite.
Die Lehre daraus: Ein Balsaholm reicht bei kleinen Seglern. Die Verkastung ist für Torsionskräfte.

Tragflächen Holm for 2m Motorflieger Kohle Rowings Gurte oben und unten 3mm Balsa stehend Stege (innen 2x, aussen 1x) Die Stege waren allerdings nicht richtig verklebt. Deshalb habe ich probiert wieviel das Teil denn noch aushalten kann. Bei etwa 3kg Belastung hat sich dann auch der Steg völlig von den Gurten gelöst. Hier war die Schwachstelle eindeutig die Verklebung der Gurte.

Holm für einen 2,50m Segler Kohle profil-Stäbe als Gurte oben und unten. 3mm Balsa stehend Die Kohle Profile waren allerdings zu kurz und ich musste sie deshalb zusammenkleben. An dieser Stelle ist der Holm dann auch bei einem Test gebrochen. Die nächste Variante hatte dann durchgehende Kohle-Rowings.

Was lernen wir daraus:

• Einen richtigen Holm braucht man nicht immer.
• Gurt nie stückeln. Am besten Kohle Rowings. Die sind billig (kein Witz!)
• Stege immer stehende Maserung
• Keine Schwachstellen/Lücken einbauen.
• Die Teile gut verkleben

Normalerweise wird die Beplankung nicht von der Tragfläche gerissen (soviel Unterdruck gibt es beim Flug nicht). Ein Bruch der Tragfläche ist aber nicht ungewöhnliches, besonders falls sie schon einen Schaden durch eine harte Landung davon getragen hat.

Steckung

Falls wir uns für eine geteilte Tragfläche entschieden haben, macht es Sinn schon jetzt über die Steckung nachzudenken. Ein paar Punkte vorweg:

• Die Mitte ist die am höchsten belastete Stelle der Tragfläche
• Die Steckung ist oft verhältnismäßig kurz. Deshalb kann man hier auch ruhig etwas schwerer bauen.
• Die Steckung sollte mit dem Tragflächenholm eine feste Verbindung bilden, deshalb am Besten im Holm selber lagern.
• Falls die V-Form mehr als ein paar Grad beträgt, kann man ein Kohlerohr als Steckung vergessen. Zwei Kohlerohre gehen allerdings.
• Keine harten Übergänge bauen. Hier herrscht Bruchgefahr.

Was sich bei mir Bewährt hat war ein Kohlerohr in einer aus Papier selbst gewickelten Röhre gelagert. Am Besten zwei Rohre, dann können sich die Flächen auch schon nicht mehr verdrehen. Oder einen V-förmigen Verbinder aus Flugzeug Sperrholz (schwer).
Die ganze Tragfläche lagere ich am liebsten schwimmend. Das heißt, dass sich die Tragflächen-befestigung nicht am Rumpf aufstützt sondern primär an der anderen Tragflächenhälfte. Allerdinst ist die Lagerung innerhalb der Tragfläche eine wichtige Sache. Hier muß der Verbinder kraftschlüssig liegen. Also mindestens auf der Ganzen Länge mit Balsa unterfüttern oder in zwei Sperrholzrippen lagern.
Gegen Verdrehen wird die Tragfläche am einfachsten mit zwei kleinen Holzstiften vorne und hinten gesichert. Stücke von einem Schaschlick-Spieß bieten sich hier an.

Und noch ein Wort zu der Trennstelle: Die Rippen neigen schnell dazu sich zu verbiegen wenn man beim Beplanken etwas zu stark drückt. Wer nun aber die Idee hat, dass man an dieser Stelle die Rippen einfach etwas zurück setzt und lieber die Beplankung gerade schleift, der sollte noch mal nachdenken. Eine Bügelfolie muß man immer umschlagen um sie richtig festbügeln zu können. Ich nehme inzwischen mindestens 3mm Balsa für die Rippen an der Trennstelle. Für größere Flieger kann es auch ruhig mal ein Stück Pappelsperrholz sein. Damit ist der Tragflächenverbinder wenigstens richtig gelagert und die Trennstelle bleibt gerade.

Rippen

Die Rippen haben wieder unterschiedliche Aufgaben. 1. Sie sollen die Beplankung/Bespannung in Form halten 2. Sie sollen als Aufhängung für die Einbauten dienen (Ja. Bitte kein Servo einfach auf die Beplankung kleben. Selbst wenn man sie mit 100g Glasgewebe fest genug gemacht hat.) 3. Sie bilden einen Abschluss für die Klappen.

Die Rippen sollten möglichst genau sein. Ich möchte hier nicht auf eine Tragfläche mit rechteckigem Grundriss eingehen. 100 gleiche Rippen kann jeder herstellen. Viel interessanter wird es bei einer zulaufenden Tragfläche.

Theoretisch kann man auch hier die Rippen im Block herstellen. In der Praxis gibt es leider einige Probleme:

• Der Block wird sehr schnell sehr groß und lässt sich dann nicht mehr richtig handhaben.
• Es fällt eine Menge Staub an, wenn so ein großer Block auf Form geschliffen wird.
• Die Genauigkeit lässt bei einer stark zulaufenden Tragfläche auch stark nach.
• So einen großen Block schleifen ist verblüffend viel Arbeit.
• Wenn gleich die Rippen für links und rechts hergestellt werden, dann unterscheiden sie sich etwas in der Größe. Ich schleife dann eigentlich die Rippen 1 links, 1.5 rechts, 2 links, 2.5 rechts..

Im Bild links sieht man zwei Rippenblöcke (je einen für die Tragflächenhälfte). Sie wurden getrennt mit den gleichen Vorlagen (3mm Sperrholz) geschliffen. Ob wohl ich darauf geachtet habe, dass ich einen linearen Verlauf habe, habe ich später festgestellt, dass die mittleren Rippen beider Blöcke sich um 2mm in der Profildicke unterscheiden. Bei der kleinen Fläche ist das schon eine erhebliche Abweichung.

Falls die Flächen etwas größer oder komplizierter werden drucke ich mir lieber die Rippen einfach aus und schneide sie dann paarweise auf die passende Größe. Dazu lege ich zwei Stücke 1mm Balsaholz übereinander (die erste Rippe mache ich viermal in 3mm) und pinne danach den Bauplan drauf. Dann werden die Rippen mit einem Skalpell ausgeschnitten. Danach werden sie noch überschliffen. Vorteile: weniger Verschnitt, weniger Schleifstaub und im Normalfall auch schneller. Ich brauche etwa vier Minuten für zwei Rippen (linke und rechte Tragfläche). Etwas mehr falls noch komplizierte Löcher für die Holme zu sägen sind. Damit sollte dann in ein paar Stunden ein kompletter Rippensatz fertig geschnitten sein. (Ein kleiner Tipp: Beim Ausschneiden erst einmal nicht die Dicke der Beplankung abziehen und dann nachher passend schleifen.)
Es macht auch bei diesem Ansatz Sinn die einzelnen Rippen noch einmal zu einem Block zusammen zu fassen und den Verlauf der Rippen auf Sprünge zu kontrollieren. Fehler sind nachher fast unmöglich zu beheben und das erste Anzeichen ist dann, dass die Beplankung nicht auf einer Rippe kleben will, weil sie einen Millimeter zu klein ist.

Ein weiterer Tipp: Es bietet sich an alle nötigen Löcher für den/die Holme usw. schon in den Plan zu zeichnen und auch gleich mit auszuschneiden. Am Ende bitte die Rippen nochmal genau kontrollieren. Kleine Ungenauigkeiten rächen sich hier schnell, besonders an der Vorderkante und in der Gesamt-länge.

Zusammenbau

Nun haben wir also den Holm und die Rippen. Der nächste Schritt ist einfach alles zusammenschieben und dann verkleben. Aber Vorsicht, der Teufel steckt im Detail, deshalb immer alles kontrollieren. Wer hier einen Fehler macht, kann ihn fast nicht mehr korrigieren.
Also:
Nochmal nachmessen; hat der Plan auch wirklich die richtige Spannweite oder wurde beim Ausdrucken ein Fehler gemacht (ja, das ist mir auch schon passiert und dann muss man ganz schön pfuschen um das wieder einigermassen zu korrigieren) Haben die Rippen den richtigen Abstand? Sind sie gerade? Hier ist der Plan wirklich von Vorteil. Liegen die Rippen auch wirklich alle auf dem Bastelbrett auf? Fangen sie vorne richtig an und hören hinten richtig auf? Nochmal eine Latte auf die Rippen legen, ob nicht eine der Rippen nach oben steht. Und danach nochmal über die Tragfläche peilen, ob ein Fehler auffällt. Baue ich nicht aus versehen zwei rechte Tragflächen?
Und nochmals. Alles kontrollieren. Alle oben genannten Fehler sind schon passiert.

Querruder

Vor dem Beplanken sollten wir uns noch Gedanken über die Querruder machen. Hier gibt es grundsätzlich vier Möglichkeiten:

1. 2 Servos in den Rumpf (nur bei durchgehenden Querrudern)
2. 1 Servo in den Rumpf (nur bei durchgehenden Querrudern)
3. 2 Servos in die Tragfläche
4. 1 Servo in den Rumpf und Anlenkung durch die Tragfläche

Bei den letzten beiden Möglichkeiten sollte man vor dem Beplanken schon die Einbauten vorbereiten. Dazu gehören Löcher für die Servokabel oder die Anlenkung und auch die Servobefestigung. Die Servobefestigung kann man jetzt noch ohne große Fummelei machen. Als erstes wird getestet ob das Servo überhaupt passt. Wenn möglich sollte das Servo in der Mitte des Querruders zu liegen kommen um eine günstigere zentrale Anlenkung zu ermöglichen. Die Anlenkung selber sollte auf auf der gegenüberliegenden Seite der Scharniere liegen. Beispeil: Wölbklappe soll als Bremshilfe nach unten ausschlagen, deshalb befestige ich sie auf der Unterseite mit einem Klebeband. Die Anlenkung kommt auf die Oberseite. Das hat zwei Gründe: Ersteinmal wird das Ruderhorn kürzer und falls die Wölbklappe mal einen Schlag abbekommt, dann kann die Anlenkung ausweichen. Solange der Draht nicht zu dick ist, versteht sich.

Es macht übrigens Sinn schon an dieser Stelle die Anlage zusammenzustellen und auszuprobieren. Bevor wir die Rudermaschinen einbauen werden sie überprüft. Funktionieren sie, haben sie einen Wackelkontakt (am Kabel wackeln). Flippen sie aus, wenn die Spannung zu niedrig wird, bei schnellen Bewegungen oder wenn ich den Hebelarm festhalte. Ja, auch diese Sachen sind mir alle schon passiert. In einem solchen Fall würde ich die Servos sofort zurück schicken, mit einem netten Brief, dass ihr Produkt Menschenleben gefährden könnte.

Beplankung

Grundregeln

Für die Beplankung mit Balsaholz gibt es mehrere Grundregeln:
Faserverlauf immer längs zur Kontur. Wer das nicht macht, der bekommt Wellen. So ist auch mein Versuch einer Beplankung Diagonal (wegen der Torsions-steifigkeit) kläglich gescheitert. Auch wenn Holz gestückelt wird, immer auf den Faserverlauf achten. Besonders an der Nasenleiste.
Stumpfe Stossstellen wenn möglich auf eine Rippe legen. Falls man das nicht macht, dann kann man nachher nicht mehr richtig schleifen, was man sowieso nicht machen sollte. Besser ist es aber stumpfe Stossstellen zu vermeiden und statt dessen lieber schäften.
Nie mit Gewalt. Die Beplankung muss locker aufliegen und sollte nicht mit zuviel Gewalt gezwungen werden. Ansonsten steht sie nachher irgendwo wieder hoch, wirft Wellen oder ähnliches.
Nicht mit dem Bügeleisen braten. Das Holz zieht sich etwas zusammen wenn man mit dem Bügeleisen drüber geht. Auch Klebestellen können sich unterschiedlich ausdehnen. Also lieber nur kurz Bügeln, wenn überhaupt nötig.

Also. Wie fange ich nun an? Als erstes das Balsaholz auf den Bauplan legen und kontrollieren ob es überhaupt lang genug ist. Für die Beplankung der Querruder nehme ich inzwischen immer das schwerere und härtere Holz. Ansonsten können die Querruder zu weich werden.
Dann schneide ich das Holz zurecht, und zwar gleich viermal, also für Ober- und Unterseite. Die Vorderseite bleibt dabei etwas überstehen, die schneide ich später nochmal ab.

Dann die Tragfläche beschweren dass sie sich nicht verzieht und die Hinterkante passend zur Verwindung unterlegen. (Vorsicht wenn die Tragfläche verkehrt herum liegt. Lieber noch einmal nachdenken wie ich dann unterlegen muss.) Die Beplankung erst einmal locker auflegen und kontrollieren. Nun kann ich auf den Rippen aufzeichnen wie weit ich sie mit Kleber einpinseln muss.
Dann pinsel ich mit verdünntem Holzleim die Rippen ein, lege die Beplankung auf und drücke sie überall leicht an. Dieser Schritt soll nur dazu dienen ersteinmal Holzleim auf beide Seiten der Klebeflächen zu bringen.
Danach versuche ich mit Gewichten und Stecknadeln die Beplankung überall zu befestigen. Das funktioniert allerdings nicht immer 100%ig. Da ich aber Holzleim auf den Klebestellen habe kann ich mit einem Bügeleisen leicht nachbügeln. Dabei versuche ich die Stellen wo ich die Beplankung geschäftet habe auszunehmen. Beim drüber-bügeln können sich diese Stellen leicht verschieben.

Für eine einfache Befestigung der Klappen schlage ich übrigens einen Tesafilm auf der Unterseite vor. Das geht sehr einfach und luftdicht (es bringt Leistung, wenn die Luft über die Tragfläche muss, und sich nicht einen Schleichweg durch den Ruderspalt suchen kann). Eine Anlenkung auf der Unterseite hat noch den Vorteil, dass die laminare Laufstrecke auf der Unterseite intakt bleibt. Auf der Oberseite leicht die Strömung normalerweise sowieso ab und der Ruderspalt gibt dafür eine definierte Stelle vor.
Und noch ein wichtiger Punkt. Die Servos werden an den Rippen oder am Hauptholm befestigt, und nicht an der dünnen Beplankung.

Nase

Die Flügel-Vorderkante ist sehr wichtig für die späteren Flugeigenschaften. Leider lässt sich das Balsaholz sehr schlecht biegen wir haben deshalb Probleme die Beplankung sauber um die Vorderkante zu biegen. Die einfachste Möglichkeit ist wie folgt:
Nach dem beplanken die ersten drei bis sechs Millimeter wieder abschneiden und sauber gerade schleifen. Dann einfach ein oder zwei Streifen 3mm Balsaholz aufkleben und in Form schleifen.
Nach meiner Erfahrung ist das wirklich die einfachste Möglichkeit und gleicht ausserdem kleine Ungenauigkeiten bei den Rippen aus. Wer eine härtere Nasenleiste haben möchte, der laminiert einfach etwas Glasfaser darüber.

Noch ein kleiner Tipp. Die Nasenleiste kann man gut mit Stecknadeln und Gummis in Position halten. Einfach etwa vier cm hinter der Nasenleiste eine Stecknadel quer durch die Tragfläche und dann ein Gummi über die Stecknadel und die Nasenleiste spannen.