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Für „Spectra 7“ habe ich zunächst einige mögliche Konfigurationen durchgerechnet. Da die Bewertung anhand der Graphen recht schwierig ist, wurde ein Gütekriterium aufgestellt, welches das zu erwartende Gewicht des Hauptholms und der Torsionsbox widerspiegelt. Danach wurde mit Matlab eine Optimierung dieses Kriteriums durchgeführt, unter Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen. Dazu gehörten unter anderem die hintersten möglichen Einbaupositionen der Servos und die maximal erlaubte Durchbiegung und Verwindung der Tragfläche. Als Belastung wurden die Extremwerte aus einem gesamten Flugzustandsbereich verwendet, welcher den Anstellwinkelbereich von -3° bis +12° abdeckt und einer Geschwindigkeit von 65 m/s entspricht. Interessanterweise treten für neutrale Klappenstellung die höchsten Torsionsbelastungen bei mittleren Anstellwinkeln auf. Das ändert sich schlagartig, wenn man Snap-Flap in der Wende einsetzt. Durch den Snap-Flap-Ausschlag wandert der Druckpunkt nach hinten und die Torsionsbelastung vergrößert sich enorm. Das dürfte wohl auch der Grund dafür sein, weshalb F3B-Modelle nicht genug torsionssteif sein können. Bereits mit leicht ausgefahrenen Klappen werden während dem Hochstart unglaubliche Belastungen resultieren!

Nun könnte man vorschlagen, den Holm doch einfach entsprechend weiter hinten einzubauen. Leider destabilisiert dieses Vorgehen die Tragfläche und ist deshalb sehr gefährlich! Denn wenn der Druckpunkt einmal vor dem Hauptholm liegt, dann wird durch die Auftriebskraft ein zusätzliches positives (Anstellwinkel vergrößerndes) Moment erzeugt. Dieses verdreht die Tragfläche und man erhält einen größeren Anstellwinkel. Der Auftrieb wird nun noch größer und der Druckpunkt wandert auch weiter nach vorn. Spätestens jetzt stellt man fest, dass dieses System instabil ist. Die Tragfläche wird sich also früher oder später in ihre Bestandteile zerlegen. Übrigens gilt Selbiges auch für die Anlenkung eines Pendelleitwerkes. Ist der Drehpunkt zu weit hinten, wird das Teil gnadenlos abflattern. Ist der Drehpunkt dagegen zu weit vorne, braucht man einen richtig guten Servo-Lieferanten.

Die Vorzeichen- und Richtungsdefinitionen für den Beanspruchungsverlauf in den Abbildungen 5 bis 7

Betrachtet man den in Abbildung 6 gezeichneten Biegemomentenverlauf, so stellt man sowohl für neutrales als auch für ausgeschlagenes Querruder einen quadratischen Verlauf fest. Eine lineare Abstufung der Rovings im Holmgurt führt deshalb auf eine Überdimensionierung im Außenflügel. Aber Achtung: Nur in den seltensten Fällen bricht der Holm aufgrund zu großer Zug- bzw. Druckbelastungen in den Holmgurten. Meist ist eine unzureichende Schubflussübertragung zwischen den Gurten Ursache für den Holmbruch. Ein kritischer Punkt ist die Verklebung zwischen Gurt und Steg. Je schubsteifer der Steg ist, desto gefährdeter ist das Ganze. Deshalb machen viele Piloten gute Erfahrung mit stehenden Balsastegen. Diese reduzieren die bei schlagartigen Belastungen auftretenden Schubspannungsspitzen im Steg. Allerdings wird dabei einiges an Biegesteifigkeit verschenkt, was man dann durch eine exorbitante Anzahl an UMS-Rovings zu kompensieren versucht.

Ein guter Kompromiss sind Balsa-Kohle-Sandwich-Stege, die mit einem Harz-Baumwollgemisch mit den Gurten verklebt werden. Dabei sollte man sich bewusst sein, dass die Schubbelastung im Hauptholmsteg sich aus einem Anteil proportional zur lokalen Querkraftkomponente (siehe Abbildung 7) und dem Schubfluss aufgrund der Torsionsbelastung zusammensetzt. Dieser ist für unser Beispiel in Figur 8 dargestellt. Gut zu erkennen ist das wesentlich höher liegende Niveau für das ausgeschlagene Querruder.

Der strukturelle Aufbau der Tragfläche
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Um die Schubflussberechnungen überhaupt durchführen zu können, müssen Annahmen getroffen werden. Ich habe den Tragflächenschnitt gemäß Abbildung 10 in zwei Bereiche unterteilt. Der Erste reicht von der Nasenleiste bis zum Hauptholmsteg. Der Zweite beginnt am Hauptholmsteg und geht bis zum Hilfsholm. Der Bereich hinter dem Hilfsholm wurde als nicht tragend weggelassen. Im Wesentlichen stellen die zwei betrachteten Profilsegmente je einen Kastenträger dar. Diese werden durch den Querschnittsflächenverlauf, die Länge des Schubfeldes und die Schubsteifigkeiten parametrisiert. Stellt man nun die Differenzialgleichungen für die Verwindung des vorderen und hinteren Trägers auf und nimmt einen gleichen Verdrehwinkelverlauf für beide Bereiche an, so ergibt sich der in Abbildung 9 berechnete Verlauf für die Schubspannungen in der Schale. Man erkennt, dass der steife Kohletorsionskasten die Schubspannungen förmlich anzieht. Daraus folgt, dass der Kasten aus Kohle den Bereich zwischen Haupt- und Hilfsholm stark entlastet. Anschaulich kann man sich diese Tatsache vor Augen führen, wenn man sich ein Kohle- und ein Glasfaserrohr mit gleicher Länge und identischem Querschnitt vorstellt. Man spanne diese an einem Ende fest ein und drehe auf der anderen Seite bei beiden so weit, bis eine Verdrehung von 5 Grad resultiert. Es ist nicht schwer einzusehen, dass man beim torsionssteiferen Kohlefaserrohr wesentlich mehr Kraft aufzuwenden hat.

Die Ausrüstung
Unser Modell wird von einem Plettenberg-Motor „HP 220/30/A2 P4 7:1“ und einem Schulze-Regler „future-32.80F“ auf Höhe katapultiert. Dieser Antrieb kann mit 24 oder 25 Zellen Sanyo CP-1700, 26 Zellen Sanyo N-1250SCRL, 27 Zellen Sanyo N-1000SCR und natürlich mit den von uns an der WM eingesetzten 27 Zellen Sanyo N-1250SCRL betrieben werden. Ein Antrieb also, der richtige Allroundfähigkeiten an den Tag legt und vom mechanischen Aufbau auch von der elektrischen und thermischen Auslegung her kompromisslos durchdacht ist. Je nach Modell und Flugstil ist sogar bei 27 Zellen noch ein 16,5x17”-Propeller möglich. Wir setzten an der WM allerdings mit 15 x 16,5” auf eine etwas kleinere Luftschraube.

In der Tragfläche sind vier Volz-Servos „WingMaxx“ und im Rumpf zwei Robbe-Servos „FS 40“ für Höhen- und Seitenruder eingebaut. Bei der Fernsteuerung setzt Guntmar auf die MC-24 von Graupner und ich auf die FC-28 von Robbe/Futaba. Der Empfängerakku ist lediglich ein 110-mAh-Akku von Sanyo. Dieser ist exakt so bemessen, dass er problemlos für einen Flug die Energie für die Servos liefern kann.

Schubfelder, die zur Berechnung der Schubspannungen in der Schale betrachtet werden
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Das Fliegen
Das Modell macht irrwitzigen Spaß beim Rumheizen! Nein, es ist kein Pylonflieger, aber nachdem es auch noch in der zweiten horizontalen Platzrunde mit laufendem Motor an Geschwindigkeit zulegt, merkt mein Körper spätestens, dass da was nicht ganz normal ist. Wenn du dann zum Schluss richtig kräftig am Höhenruder ziehst, wird klar, weshalb die zwei Lagen 110er-Kevlar im Rumpf nicht übertrieben waren. Das Modell macht einen Satz und schießt mit fast unveränderter Geschwindigkeit in den Himmel.

Einfach Spitze!
Mit etwas Übung lässt sich das Modell hervorragend an der F3B-Winde starten. Bitte aber vorher den Akku raus und den Motor durch Gewicht ersetzen. Selbstverständlich fliegt das Teil auch lammbrav im Thermikflug und dass man es auf einer Briefmarke landen kann, wissen die Mitkonkurrenten vom Weissfluhcup in Davos.
„Spectra 7“ und „Goone 3“ beweisen, dass das neue Reglement für F5B mitten ins Schwarze getroffen hat. Die Modellauslegung ist alltagstauglich und robust. Die Flugeigenschaften sind vom Feinsten. Das Modell erlaubt wirklich alles, was einem einfällt! Bitte aber vorher kurz die Notsequenz im Kopf durchgehen. Denn wenn man sich versteuert, springt die Erde verflixt schnell hoch!

Markus Möckli, Guntmar Rüb