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Nachfolgend - mit einigen Vereinfachungen - der Ruderdruck für Dummies 1. Leistungsbilanz:
Der Servostrom ist proportional zur benötigten Antriebsleistung für die
Klappenbewegung Noch einige Anmerkungen dazu: 1. Leistungsbilanz: Der Servostrom ist proportional zur benötigten Antriebsleistung für die Klappenbewegung Zur Einleitung eines Ruderausschlags an einem Flugzeug benötigt man grundsätzlich:Eine Kraft bzw. ein Moment, welches mit einer gewissen Geschwindigkeit (linear bzw. rotatorisch) auf die Ruderklappe einwirkt. Das Produkt Kraft mal Geschwindigkeit bzw. Moment mal Winkelgeschwindigkeit ergibt die benötigte mechanische Leistung für die Ruderbewegung auf der Abtriebsseite. Die dafür benötigte elektrische Leistung auf der Eingangsseite muss demgegenüber aber noch höher sein,. weil elektrische und mechanische Wirkungsgrade und Verluste unterschiedlicher Art hinzukommen. Diese elektrische Leistung auf der Eingangsseite errechnet sich über das Produkt aus Spannung und Strom. Die vom Akku gelieferte Versorgungsspannung ist nahezu konstant. Wenn abtriebsseitig mehr Leistung benötigt wird, muß die Stromaufnahme des Servos steigen. 2. Wichtig für die Leistungsausbeute ist der Arbeitspunkt des Servomotors Unsere Servos werden von Gleichstrommotoren angetrieben. Diese haben folgende charakteristischen Merkmale, etwas vereinfacht wiedergegeben:
Diese Zusammenhänge in Kombination ergeben die Eckwerte für die Leistungskurve (P = Drehmoment x Winkelgeschwindigkeit)
Der Servo-Entwickler wird also darauf achten, dass der Arbeitspunkt des
Motors in der Nähe der maximalen Nutzleistung liegt. So ist die Situation an der Motorwelle. Die Drehzahl ist immens, aber das Nutzmoment ist winzig. Deshalb kommt man normalerweise am Getriebe nicht vorbei. 3. Das Servo-Getriebe optimiert die Betriebsbedingungen im Hinblick auf Nutzmoment und Nutzdrehzahl Ein Getriebe ist normalerweise (bei einer Übersetzung ins Langsame) ein Kompromiss aus möglichst hohem Nutzmoment, gepaart mit noch tolerierbaren Einbußen in der Geschwindigkeit. Man kann auf diese Art den Arbeitspunkt des Motors in den Bereich der max. Nutzleistung legen. Dies ist aber Sache des Servo-Herstellers, der Modellbauer hat darauf keinen Einfluss.. 4. Getriebe und Hebelverhältnisse haben keinen Einfluss auf die benötigte Antriebsleistung Die Übersetzung des Getriebes und die Hebelverhältnisse der Anlenkung bewirken naturgemäß keine Verbesserung der Nutzleistung, sondern jedes Übertragungselement bewirkt eine Verminderung des Gesamt-Wirkungsgrades. Man hat damit nur Mittel zur Momenten- und Weganpassung. Jede Kraft- oder Momentenverstärkung ergibt eine Verringerung der Geschwindigkeit, und umgekehrt. 5. Modelle in Normalgröße haben nur geringe Ruderkräfte. Diese wachsen allerdings mit steigender Größe exponentiell an. Die Belastung des Ruders durch Luftkräfte Ist proportional zur Fläche des Ruders. Die Luftkraft bewirkt wiederum ein Moment um die Scharnierachse, welches vom Servo gegengehalten werden muss. Als wirksamen Hebelarm der resultierenden Luftkraft kann man überschlägig die halbe mittlere Klappentiefe annehmen. Ähnliches gilt für das benötigte Servomoment zum Ausgleich des Klappengewichtes. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Zusammenhänge, ausgehend von einem Referenzmodell mit 1m Spannweite mit einem erforderlichen "Luftlast-Moment" ML und einem "Klappengewichts-Moment" MK. Ausgegangen wird hier von gleichem spezifischen Gewicht der Ruder.
Die Tabelle macht deutlich, dass mit steigenden Modell-Abmessungen das Klappengewicht einen immer stärkeren Einfluss auf die Belastung des Servos hat. Wichtig besonders bei großen Modellen ist also:
6. Die Stellgeschwindigkeit und Regelcharakteristik des Servos benötigt den Hauptanteil des Servostroms Messungen haben ergeben, dass der meiste Strom für die Lageregelung bei schnellen Ruderbewegungen benötigt wird 7. Motorvibrationen und Beschleunigungen durch Flugmanöver oder Böen haben einen wesentlichen Einfluss auf den Servostrom Die Klappe wird dadurch zu Schwingungen angeregt, die das Servo kompensieren will. Damit ergibt sich auch bereits beim Motorlauf am Boden ein erhöhter Ruhestrom.
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