Telemaster

03/2002-


Vorwort

Der Telemaster von Hobby-Land sollte mein erstes größeres Querrudermodell werden. Endlich wollte ich bei mehr Wind fliegen können und ausserdem wollte ich mich an einem echten Holzbausatz versuchen.
Für diesen Einstieg ist der Telemaster geradezu ideal. Der Bausatz liegt bei 60 EUR. Hinzu kommt noch der Zubehörbeutel mit Rädern, Tank,...

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Bau

Beim öffnen der riesigen Pappschachtel wird einem erst einmal anders. Aus dem ganzen Holz soll also ein Flieger entstehen? Zum Glück sind wenigstens die Rippen CNC-gefräst, ebenso die riesigen Seitenteile. So schlimm kann es also gar nicht werden.

Baukasten

Der beiliegende Plan ist ausgezeichnet. Mit Hilfe der paar Seiten Anleitung ist der Bau dann auch für einen Anfänger kein Problem. Die CNC-gefrästen Seitenteile des Rumpfes kann man schnell mit den Spanten zusammenstecken. Der gesamte Rumpf ist schnell gebaut. Vorn an der Nase muss man als E-Flieger etwas improvisieren. Ich habe die offenen Seiten einfach hochgezogen (siehe Bild), damit der Motor genug Platz vorfindet.

Die Fläche ist da schon schwieriger bzw. zeitaufwendiger zu bewerkstelligen. Die Beplankung muss angepasst werden. Die Holzauswahl ist auch nicht immer perfekt. Für einen E-Flieger ist die Fläche viel zu stabil ausgelegt. Dennoch belasse ich sie so, wie sie ist. Der E-Antrieb wird später auch einiges wiegen.
In der Mitte wird die Fläche laut Anleitung noch mit Gewebe verstärkt. Damit ist sie absolut alltagstauglich und wohl für ihren Einsatzzweck unkaputtbar.

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Antriebsauslegung

Da ein brushless-Antrieb vorerst nicht in Frage kommt, wird auf eine sichere Antriebsvariante zurückgegriffen. Für so einen Hochdecker werden in der Regel Speed 700 mit Getriebe an 12-16 Zellen eingesetzt. Um kein Risiko einzugehen, soll der Telemaster mit einem etwas schwereren Hopf Viper 800 14V ausgestattet werden. Ein relativ großes Getriebe mit einer 2:1 Untersetzung konnte mit einem speziellen Flansch an den Motor angepasst werden. 16 günstige Zellen vom Typ N1700SCR fanden problemlos im Rumpf des Modells ihren Platz.

Bei einem Strom von ca. 37,5A im Stand, was für den Motor das Maximum darstellt, dreht der Antrieb eine AerCC 12"x6,5" M=55mm mit 9020 U/min. Die Strahlgeschwindigkeit liegt bei knapp 25m/s. Bei 16 Zellen kommt kein BEC mehr zum Einsatz. Vier Zellen N3US versorgen die Empfangsanlage mit Strom.

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Fliegen

Mit einem Startgewicht von 3147g geht es Anfang Juni 2002 zum Erstflug. Wenn man vorher nur Zweiachsmodelle unter 1000g geflogen ist, dann hat man schon sehr weiche Knie, denkt man an das Gewicht und die Größe des Telemasters. Werde ich mit der Steuerung der Querruder zurecht kommen? Ist genug "Dampf" für einen Bodenstart vorhanden? Ein Handstart ist jedenfalls bei dem Gewicht nicht zu bewerkstelligen.
Erste Rollversuche stimmen mich zuversichtlich... Also Gas rein und versuchen, mit dem Seitenruder den Kurs zu halten. Entgegen meiner Erwartung ist der Telemaster schon nach kurzer Startstrecke in der Luft. Die Querruder reagieren auf Anhieb, was erst einmal ungewohnt ist, wenn man vorher nur mit dem Seitenruder um die Kurve geflogen ist. Nach einem größeren Kreis kann ich den Telemaster sauber auf dem Platz landen. Der Erstflug ist geglückt!
Mit diesem Bürstenantrieb hat der Telemaster ausreichend Kraft, um auch Segler mit auf Höhe zu schleppen. Die Flugzeit liegt bei ca. 8 Minuten mit den 1700er Zellen.

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Modifikationen

Dezember 2002, Umstieg auf 10 Zellen: Bedingt durch den Kauf des Blue Yorkers Ende Mai 2002 mußte ich mir Gedanken machen, mit wieviel Zellen ich in Zukunft fliegen möchte. Für jedes Modell eine andere Zellenzahl zu verwenden, ergibt aus Kostengründen wenig Sinn.
Eine ausführliche Beratung von Gerhard Hanssmann zeigte mir auf, dass der Blue Yorker auch mit 10 Zellen auskommen müßte. Also sollte auch der Telemaster auf 10 Zellen umgerüstet werden.
Die günstigste Art, das Modell mit 10 Zellen noch in die Luft zu bekommen, besteht darin, die Luftschraube anzupassen. Dass der Motor ein 14V-Motor ist, spielt keine Rolle. Natürlich wird der Wirkungsgrad etwas schlechter sein, als mit 16 Zellen, aber dafür kann eine größere Luftschraube verwendet werden, die wiederum einen besseren Wirkungsgrad hat. Bei nur 10 Zellen erweist sich eine AerCC 15"x8" M=55 als richtige Wahl. Der Strom liegt im Stand bei 35A (5350 U/min) und die Strahlgeschwindigkeit sollte mit 18m/s noch ausreichend sein für den Telemaster.
Die Erleichterung um 6 Zellen ist dem Modell im Flug deutlich anzumerken. Die Startstrecke liegt nun bei 6-7m, die Flugzeit pendelt sich mit den 1700er Zellen bei 9 Minuten ein. Einzig der Durchzug und die Steigleistung haben (natürlich) etwas gelitten.

Hopf-Antrieb hier schon mit 10 Zellen und 15x8 der erste Ski-Flug-Versuch die Ski sind zu klein und graben sich ein

Messung der Fluggeschwindigkeit: Für weitere Optimierungen des Antriebs ist es von Vorteil, die Fluggeschwindigkeit des Modells im Horizontalflug zu kennen. Dazu wird mit dem Modell eine Strecke von z.B. 50m mehrmals mit Motorkraft in gleichbleibender Höhe durchflogen und die Zeit gestoppt. Für den Telemaster mit nun ~2800g stoppten wir vier Zeiten: 5.17s, 4.85s, 5.0s und 4.82s. Im Mittel entspricht dies einer horizontalen Fluggeschwindigkeit von 10m/s.
Die Strahlgechwindigkeit des Antriebs ist mit 18m/s noch zu hoch.

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Februar 2003, Umbau auf Brushless-Motor und BEC: Etwa ein halbes Jahr nach dem Erstflug, sollte der Telemaster dann doch auf einen bürstenlosen Antrieb umgebaut werden. überlegungen führten zu einem preiswerten Mega 22/20/3 mit 3,7:1 Plettenberg-Planetengetriebe. Mit den 2400er Zellen sind Motorlaufzeiten von bis zu 15 min drin! Das entspricht einer durchschnittlichen Stromentnahme von 9,6A. Bei 12V ergibt sich eine minimale Flugleistung von 115,2W oder 47W/kg. Mit dieser Leistung läßt sich der Telemaster bereits in der Luft halten.

Der neue Antrieb: Mega-Motor und 17x9 an 10 Zellen Jetzt kann man den Telemaster richtig langsam machen! Abendflug

Video: Startvorgang mit nur 10 Zellen!!
Video vom Start mit nur 10 Zellen (6 Sekunden, 426kB)

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April 2003, Einbau Schleppkupplung:

Bannerschlepp mit 10 Zellen Der Telemaster ist schon ein richtig großes Modell!

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Februar 2004, Testen von Konion-Zellen und Schwerpunkt-Verschiebung: Ende Januar brachte Kontronik eine neue Zelle auf den Markt: Konion. Bei einem Zellengewicht von 41g kann man diesen Lithium-Ionen-Akku einer Dauerbelastung von 12C aussetzen. Bei der Nennkapazität von 1100mAh macht dies 13,2A. Kurzzeitig sind Belastungen bis 20A möglich. Ohne viel herumzurechnen habe ich die Zelle in den Akkukonfigurator eingegeben und mit den Sanyo 1950FAUP verglichen, die ich eigentlich haben wollte.
Als 3s2p-Pack (2200mAh) kann die Konion dauernd bis zu 26,4A liefern und das bei etwa 11V. Für meinen Telemaster mit 33A Maximalstrom eine ideale Zelle. Gegenüber der FAUP spart man ca. 120g Gewicht. Wenn man nicht permanent 40A benötigt, eine tolle Alternative. Die Waage zeigt für den fertig konfektionierten Pack exakt 270g an!

Konion 3s2p, 270g

Einen weiteren Vorteil hat die Konion-Zelle: Mit ihrer Bauform kann sie mit nur leichten änderungen in jeden vorhanden Sub-C-Akkuschacht eingepasst werden. Ein 3s2p-Konion-Pack ist wesentlich schlanker und dabei noch etwas kürzer, als ein 10er-Inline-Pack-Sub-C. Die Gewichtsersparnis beträgt 330g. Und das Wichtigste: Der Preis liegt mit ~10EUR pro Zelle in der Region von Sub-C-Zellen. Da kommen die bis dato zur Verfügung stehenden LiPoly-Zellen nicht heran. Mit 27EUR/Ah kostet die Kapazität soviel wie bei 10 FAUP-Zellen (26EUR/Ah).
Das Inline-Löten gestaltet sich ähnlich schwierig, wie bei Sub-C-Zellen. Allerdings ist die Hammer-Spitze meines Lötkolbens schon fast zu dick für die schlanken Zellen. Nach dem Verlöten geht's an die erste Lade-Prozedur. Der Pack wird mit meinem Spectra im LiPo-Modus (3,7V) mit 2,2A geladen. Bei der ersten Ladung schaltete das Ladegerät nach 1606mAh ab. Offensichtlich werden die Zellen nicht komplett leer ausgeliefert. Beim Entladen im NiCd-Modus (eingestellt auf 10 Zellen) entnahm das Spectra dann 2346mAh! Ein guter Wert, wenn ich bedenke, dass meine 2400er Zellen keine 2400mAh hergeben. Der zweite Ladevorgang brachte dann auch über 2300mAh in den Pack. Beim Laden wie auch beim Entladen werden die Zellen nicht warm. Da ich den Pack an seinem ersten Wochenende im Wildstyle ausprobieren wollte, blieb mir für den Telemaster die Suche nach dem richtigen Schwerpunkt. Mir war ist bewußt, daß ich eher mit kopflastigen als mit schwanzlastigen Modellen durch die Gegend fliege. Deshalb beschwerte ich den Telemaster mit 35g direkt am Sporn und flog mit einem normalen Sub-C-Pack. Dieses Gewicht am Heck sollte in etwa den leichteren Lipo-Akku vorn simulieren. Angst um mein Modell hatte ich bei dem deutlich verschobenem Schwerpunkt nicht, schließlich war mir früher schon einmal ein kleiner Fallschirmspringer im Leitwerk hängengeblieben und der Telemaster konnte dennoch heil gelandet werden.

35g Angelblei direkt unter dem Ansatz des Höhenleitwerks Lage des 2400er-Sub-C-Packs - kopflastig ohne Blei, deutlich besser mit Blei

Die Verschiebung des Schwerpunktes führte zu einem wesentlich "rollfreudigerem" Telemaster. Baute das Modell vorher bei einer Rolle deutlich an Höhe ab, so gelangen die Rollen nun ohne große Korrekturen sehr ordentlich und sie sahen auch nicht mehr so "verkrampft" aus, als wenn das Modell dafür nicht geeignet wäre.
Im Rückenflug mußte ich vor der Schwerpunktverschiebung immer voll "drücken" und selbst dann konnte der Telemaster die Höhe nur mit Vollgas halten. Nun ging es plötzlich mit Halbgas und voll gedrücktem Höhenruder. Weitere Versuche sind im Februar nicht möglich gewesen, da das Wetter nicht mitspielte.

Zwei Holzstäbe reichen für eine Schwerpunktwaage beim Telemaster aus. Konion-3s2p-Pack, Schwerpunkt verschiebt sich auf 12cm

Eine Woche später habe ich dann zuhause den Schwerpunkt des Telemasters mit einer ganz einfachen "Zwei-Holzstab-Methode" gemessen.
Bisher bin ich den Telemaster ohne Blei und mit einem Sub-C-Pack weit vorne geflogen (siehe Bilder weiter oben). Der Schwerpunkt liegt dann bei 10cm hinter der Nasenleiste. Mit 35g Blei verschiebt sich der Schwerpunkt um ungefähr einen Zentimeter auf 11cm hinter der Nasenleiste. Das wirkt sich schon stark auf das Flugverhalten aus. Dann habe ich das Blei entfernt und meinen Konion-Pack an die gleiche Position gelegt, wo vorher der Sub-C-Pack lag. Der Schwerpunkt wanderte um einen weiteren Zentimeter nach hinten auf 12cm. Ob der Telemaster mit dieser Einstellung noch geflogen werden kann, weiß ich nicht. Ich vermute, daß zuviel von der Gutmütigkeit verloren geht. Für den Konion-Pack bedeutet das, daß dieser ohne Blei in der Schnauze im Telemaster nicht eingesetzt werden kann. Eine Alternative wäre, den Telemaster im Heck leichter zu machen, was am einfachsten über eine änderung des Höhenleitwerks zu machen wäre. Das Leitwerk könnte man von "profiliert" auf Brettleitwerk umrüsten. Ich werde nun überlegen müssen, ob ich den Telemaster in Zukunft weiter mit Sub-C-Zellen fliegen möchte (dann baue ich mir einen neuen Akkuschacht, der weiter nach hinten wandert, damit das Blei entfernt werden kann), oder ob ich das Modell auf Konion umrüste und am Heck deutlich Gewicht reduziere...

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Mai 2004, Horizontalflugleistung - Mannertzscher Koeffizient: Um etwas Bewegung in unser Vereinsleben zu bringen, habe ich einen kleinen Wettbewerb ins Leben gerufen, bei dem das Modell gewinnen soll, welches mit der geringsten Eingangsleistung pro Kilogramm Abfluggewicht geflogen werden kann. Dazu wird die reine Motorlaufzeit im Flug gemessen und das Modell gewogen. Die Leistung pro kg errechnet sich dann wie folgt:

Mk [W/kg] = Zellenzahl*Zellenspannung[V]*Zellenkapazität[mAh]*(3600s/1000) / (Motorlaufzeit[s]*Abfluggewicht[kg])

Bei meinem ersten Versuch mit dem Telemaster habe ich die 1700er Zellen genommen, da die Kapazität eh keine Rolle spielt. Vorgabe war, die Zeit von einer Charter mit über 14 Minuten zu toppen, was einer Leistung von 42.65W/kg entspricht. Folgende Werte konnte ich für meinen Telemaster messen:

Abfluggewicht = 2430g
10 Zellen N1700SCR
Motorlaufzeit im Flug: 19 Minuten 16 Sekunden

Eingesetzt in die obige Formel ergibt sich eine Horizontalflugleistung von: 26,14 W/kg

Rechnet man die Kapazität hoch, so kann ich mit den 2400er Zellen über 27 Minuten fliegen! Hier noch einmal ein kleiner Verweis auf den Telemaster-Forumsbeitrag bei RC-Network in dem ich die Horizontalflugleistung mit 28W berechnet hatte (100% Eta). In der Praxis liege ich bei einem Wert von 26W/kg*2.43kg = 63.2W. Die Zeit wurde bei leichtem Nieselregen und ohne Thermik geflogen. Die 300g weniger Gewicht durch Verwendung von Konion-Zellen müsste man übrigens mit ca. einer zusätzlichen Minute Motorlaufzeit kompensieren. Wer möchte, kann's ja mal nachrechnen.
Im Forum bei RC-Network denken sich die "eingefleischten" E-Piloten gerne den einen oder anderen Faktor aus, um die Leistungsfähigkeit eines Antriebs oder eines Modells bewerten zu können. Die benötigte Horizontalflugleistung pro Kilogramm Modellgewicht erntete so die Bezeichnung Mannertzscher Koeffizient oder auch kurz MK .

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August 2004, neuer Akkuschacht, Bau leichter Leitwerke und Ruder: Am 22.August sollte unser erstes E-Flug-Treffen im Verein stattfinden. Der Akkuschacht in meinem Telemaster gefiel mir schon seit langem nicht mehr. Der Akku muss im Telemaster so weit vorne liegen, dass zwischen Motor und Akku nur noch ein 5mm-Kieferstab den Akku bremst. Ausserdem störte mich seit langem die Beladung des Akkus, da dieser vorne tiefer liegt als hinten.
Die Idee für einen neuen Akkuschacht habe ich von Gerhard Hanssmann übernommen und sieht so aus:

Akkuschacht, variabel, 16g!

Der Akkuschacht besteht aus 2mm-Kohlestäben und mehrlagigem Birkensperrholz. Die Kohlestäbe sind deutlich länger als ein 10er Pack Sub-C-Zellen, so dass der Akku verschoben werden kann. Festgestellt wird der Akku mit insgesamt 4 Stellringen, die auf den oberen beiden Kohlestäben sitzen. Der Akku wird mit Klett gesichert. Das Gewicht des Akkuschachts beträgt 16g.
Der neue Akkuschacht ist natürlich keine Lösung für das Schwerpunktproblem, wenn man mit Konion-Zellen fliegen möchte. Deshalb entschloss ich mich, das Leitwerk des Telemasters inklusive der Ruder komplett neu zu bauen. Es sollte wesentlich leichter werden, so dass sich vorn im Modell mehr Möglichkeiten bei der Akkuwahl ergeben.
Das alte Leitwerk mit Rudern bringt es auf stattliche 106g! Das neue sollte in T-Träger-Leichtbauweise entstehen und nur noch ein Brettleitwerk werden.

Alte Leitwerke und Ruder, komplett 106g Bau eines neuen Höhenleitwerks Höhenleitwerk, fertig 12g

Der Nachbau des Höhenleitwerks besteht aus 67 Einzelteilen und wiegt ohne Bespannung nur 12g!

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April 2005, Tausch defekter Stiftschraniere in den Querrudern: Nach nun 3 Jahren hat haben sich bei einem Querruder alle Scharniere gleichzeitig verabschiedet. Nachprüfen der Scharniere des anderen Querruders ergab, daß auch hier bereits defekte Scharniere vorhanden sind. Kurzerhand wurden alle Scharniere durchtrennt, glattgeschnitten und durch Folienscharniere ersetzt:

neue Scharniere in den QR

Simulation mit FLZ Vortex

FLZ Vortex ist eine Software zur Berechnung von Mehrflächenflugzeugen. Mehr zur Software auf der Webseite www.flz.vortex.de. Sollte ich in Zukunft ein Modell selbst konstruieren, so möchte ich vorab durch eine Simulation ermitteln können, ob ich mit der Auslegung auf dem gewünschten Weg bin. Dabei soll die Software FLZ Vortex helfen.
Um die Arbeitsweise der Software und die Möglichkeiten zu verstehen, simuliere ich den Telemaster mit FLZ Vortex. Die Ergebnisse sollten in etwa die realen Flugdaten wiedergeben. Für die Simulation mit FLZ Vortex benötigt man einige Daten des Modells:

Eingangsdaten für FLZ Vortex
Spannweite Tragfläche 1800 mm
Flächentiefe Tragfläche 275 mm
V-Form
Länge Querruder 410 mm
Tiefe Querruder 70 mm
Spannweite Höhenleitwerk 600 mm
Tiefe Höhenleitwerk inkl. Ruder 190 mm
Tiefe Höhenruder 50 mm
Höhe Seitenleitwerk 180 mm
Tiefe Seitenleitwerk unten 190 mm
Tiefe Seitenleitwerk oben 110 mm
Tiefe Seitenruder 60 mm
Konstruktionsnullpunkt = Mitte Nasenleiste Tragfläche
Position Tragfläche 0m / 0m / 0m
Position Höhenleitwerk 0.79m / 0m / -0.08m
Position Seitenleitwerk 0.79m / 0m / -0.08m

Die Gewichte werden wie folgt angenommen: Tragfläche = 750g, HLW = 100g, SLW = 100g, Flugzeug zus. Massen = 1500g.
Die Tragfläche und das Höhenleitwerk haben beide ein Clark-Y Profil. Das Seitenleitwerk ist ein "ebenes Brett".
Die Vortex-Datei mit den oben genannten Grunddaten gibt es hier auch zum Download:


Telemaster180 Grunddaten.flz


Die EWD habe ich mit einem in die FLZ Vortex Software integrierten Tool ermittelt:





Weitere mir bekannte Daten sind noch der Schwerpunkt (100-110mm) und die eher minimale Fluggeschwindigkeit (hier ermittelt, ~10m/s) im Horizontalflug. Das Sinken werde ich noch nachträglich ermitteln.

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Steckbrief

Steckbrief Telemaster
Spannweite 1800 mm
Rumpflänge 1200 mm
Abfluggewicht 2450 g
Gesamtflächeninhalt 51,3 dm2
Flächenbelastung 47,7 g/dm2
Servos 4 x Standard, 1 x Mini für Schleppkupplung
Motor Mega ACn 22/20/3 brushless mit 3,7:1 Plettenberg PG
Steller Kontronik Beat 40-6-18 opto mit ext. 3A-BEC
Antriebsakku 10 x Sanyo N-1700SCR oder N-2400RC NiCd
Luftschraube AerCC 17x9 M=55
Einstellwerte
Schwerpunkt 100 mm
EWD 4.1°

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Weiterführende Links

Online-Fotoalbum zum Telemaster (über 60 Bilder!!)
Elektrifizierung Telemaster 180 von Hobby-Land - Forumsbeitrag RC-Network

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