Ornithopter

[Rabenauge]

Ich mal wieder- mit ner neuen Bastelarbeit.

Flieger hab ich ja schon mehrere Dutzend gebaut, das wird irgendwie langweilig...oder doch nicht?
Man kann es ja mal mit nem Ornithopter versuchen- _das_ war noch nicht dabei.

Jedenfalls nicht elektrisch und RC-gesteuert.
Da ich grade nicht allzu viel Geld rein versenken will (Freundin will ein neues RC-Auto, ganz billig komm ich da auch nicht weg), versuche ichs mal möglichst günstig: zwei Servos sollen die Flügel ansteuern, gelenkt wird mit Gewichtsverlagerung.
Dazu braucht man dann nur noch nen RC-Empfänger (sowas liegt eh rum), einen Akku, nen Stepup-Wandler (in meinem Fall) und natürlich nen Controller, der aus den Servo-Signalen die Flügelbewegungen macht.

Dass sowas durchaus geht, beweist er hier überzeugend, wie ich meine:


https://www.youtube.com/watch?v=VIJFhjU4_o0

Bei dem da bin ich nicht sicher, ob ein drittes Servo im Spiel ist, der steile Sinkflug deutet drauf hin, aber er hat auch welche, die definitiv nur mit zweien fliegen.
Das geht auch: da der Schwanz eh angestellt sein muss (um ne EWD hinzukriegen) kann man den auch als Seitenruder benutzen, indem man den virtuellen Mittelpunkt der Flügel verschiebt.
Höhe muss man halt mit dem Flügelschlag machen...

Inzwischen hab ich da auch mal bisschenwas zusammengetüdelt- so leicht wie bei Kazuhiko Kakuta wirds bei mir nicht, die fast fertige Antriebs-und Steuereinheit hat knapp 100g- dafür hab ich aber auch nen LiIo-Akku mit 2600mAh drunter (weil der auch arbeitslos rum lag).
Ein paar Kabel müssen noch angelötet werden, dann gehts an die Software.

Hat hier sowas schonmal einer gebaut?
Gibts da Erfahrungen?

[jmoors]

Da hast Du aber ein ambitioniertes Projekt vor dir!
Im rc-network.de war vor längerer Zeit mal ein Beitrag zu dem Thema. Ich erinnere mich auch an eine Reportage im TV, wo ein Ornithopter gezeigt wurde, der den Schwanz zur Steuerung nutzte. Der Schwanz war oben mittig an einem Kugelgelenk befestigt. unten waren jeweils rechts und links ein Servo angebracht, welches den Schwanz diagonal nach rechts oder links kippen konnte. Haben beide Servos ausgeschlagen, wurde der Schwanz nach oben gedrückt. Quasi eine Dreipunktlagerung mit zwei aktiven Lagerpunkten. Von der Funktionalität wie ein V-Leitwerk.

- - - Aktualisiert - - -

Noch ein Hinweis: Mach den Weg bei der Gewichtsverlagerung nicht zu groß. Wenn Du es nicht schon ohnehin weißt, dann schau dir mal ein paar Bücher über Flugmodellbau und die Konstruktion von Flugmodellen an. Ist der Schwerpunkt zu weit hinten, hat das heftige Folgen. Leider musste ich das schon selber erfahren.

VG, Jürgen

[Rabenauge]

Danke für deine Tipps.
Das mit dem Schwerpunkt...hab ich vor vielen Jahren auch durch Schmerzen lernen müssen (damals waren das alles noch Freiflugmodelle).
Ich hab mit ungefähr 15 meine ersten Flugmodelle selber konstruiert und gebaut (und dann auch erfolgreich geflogen), weiss also schon ganz grob, was ich da tue.

Interessanter Weise findet man bei den Ornithoptern (es gibt ja den einen oder anderen Bauplan) zum Schwerpunkt so gut wie nie ne Angabe.

Aber das meinte ich nicht, wegen dem Steuern, mir gehts dabei um die Steuerung um die Hochachse:
Wenn ein Flügel weiter nach oben (und weniger weit nach unten) ausschlägt als der andere, müsste sich das Gewicht um die Längsachse verlagern, ähnlich wie das die Drachenflieger machen.
Da der Schwanz aber angestellt ist, ergibt das automatisch nen Kurvenflug.
Aus Gewichtsgründen möchte ich den Schwanz nämlich beim ersten Versuch überhaupt nicht ansteuern.

Alternativ könnte man, um den gleichen Effekt zu erreichen, auch den kurvenäusseren Flügel weiter aussschlagen lassen als den kurveninneren, auch das müsste ne Drehung um die Hochachse bewirken, da hier unterschiedlicher Schub erzeugt wird.
Keine Ahnung, welche Methode besser ist...

Das würde ich gern austesten, wird aber kompliziert, da ich nur zwei RC-Kanäle sicher einlesen kann mit dem verbauten Arduino ProMini.
Da die Servos kontinuierlich laufen müssen, kann man nicht einfach PulseIn() benutzen, da kommen sich die Timer ins Gehege...
Hätte man mehr zur Verfügung, könnte man im Flug einfach mal umschalten.
Vielleicht krieg ich das ja trotzdem gebacken mit irgendeiner ungewöhnlichen Knüppelstellung oder nem Mischer in der Fernsteuerung oder so (die Taranis hat da ja so einiges in der Hinterhand).

Für den Anfang steht auf dem Plan, einen sicheren Steig-und Reiseflug zu ermöglichen, und auch ein anständiges Gleiten.
Mal sehen, ob das mit meiner Konstruktion klappen wird.
Und: wie lange die Servos den Dauerbetrieb durchstehen...

Heute werd ich die Elektronik erst mal zu Ende verkabeln, dann kann ich die schonmal testen.

[oberallgeier]

.. Ornithopter versuchen .. Erfahrungen?
.. bei den Ornithoptern .. zum Schwerpunkt so gut wie nie ne Angabe.. Erfahrungen - neee, ausser recht persönliche zum Fliegen mit Schwerpunktverschiebung *gg* (Weißt Du ja. Aber auch meine Erfahrungen mit den von mir konstruierten/gebauten/geflogenen Gleitschirmen helfen da eher nix :-// ).
Mal ein Rat: Warum die Vögel fliegen (https://www.amazon.de/Warum-V%C3%B6gel-fliegen-Werner-Nachtigall/dp/3891360355), Werner Nachtigall, ISBN 3-89136-035-5. Der Autor selber hatte das Buch anders nennen wollen: "Wie die Vögel fliegen". Ziemlich gute Beschreibungen, soweit ich es kenne keine Angabe zum Schwerpunkt. Könnt ich Dir schenken/leihen/zusenden.??

[Rabenauge]

Hm, ist nen nettes Angebot.
Ehe du es weg wirfst, würd ichs nehmen- aber wirklich nur, wenns dir im Weg liegt...

Das physikalische Prinzip hinter dem Vogelflug ist kein grosses Geheimnis, und für mich auch ne recht einfache Sache: im Prinzip (stark vereinfacht) haben wir da Segel, wie man sie z.B. von einer Jolle kennt. Durch das verdrehen beim Auf-bzw. Abschlag entsteht mal so rum, mal so rum ne Tragfläche, und durch die erzwungene Anströmungsrichtung (immer von vorne) braucht man nur noch den passenden Anstellwinkel, um auch beim Aufschlag (Flügel geht nach oben) Auftrieb zu erzeugen.
Oder, zumindest weniger Ab-als Auftrieb beim Abschlag.
Im Grunde ganz einfach....

Ganz so gut wird es mit nem Membran-Flügel natürlich nicht funktionieren, weil das Profil keineswegs optimal sein wird, aber dass es grundsätzlich geht, beweisen diverse Videos.
Ich hab aber auch schon Anregungen zu ner aktiv (gesteuerten) Verwindung gefunden, wo man dann tatsächlich auch profilierte Flügel einsetzen könnte. Vielleicht später mal- das wird dann nämlich doch aufwendiger.

Inzwischen ist die Haupteinheit übrigens fertig:

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Man erkennt vone die beiden Servos, unten längs den Akku (der nur eingeschoben ist, damit kann ich den Vogel später trimmen, indem ich den weiter vor oder zurück schiebe- der ist das schwerste Bauteil), obendrüber den Stepup-Regler, der mir 6V aus dem Akku holt.
Mit weniger will ichs nicht angehen, da die Servos dann natürlich leistungsfähiger sind als mit 5V (und laut Händler bis zu 6.5V vertragen).
Ganz oben der Archer-RC-Empfänger.

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Auf der anderen Seite sitzt der Arduino ProMini, der die Empfängersignale in Flügelbewegungen umsetzen soll.
Der kleine rote Stecker hinten ist ein Ladeanschluss für den Akku, dahinter sitzt noch ein Jumper, der als Hauptschalter dient.

Die blauen Teile hab ich mir kurzerhand gezeichnet und mitm 3D-Drucker so leicht wie nur möglich gedruckt (die sind ohne "Oberseite" gedruckt, also nur Unterseite und Infill), die haben noch Aufnahmen für einige Carbon-Stäbe, die dann den eigentlichen Rumpf bilden sollen.
Das wird dann alles verklebt und mit klebstoffgetränktem Zwirn stabilisiert.
Die Flügel werden direkt an den Servohörnern verbaut.
Was noch fehlt: ein Spannungsteiler. Da die Fernsteuerung Telemetrie hat, kann ich den auf nen Eingang am Empfänger legen, und so die Spannung des Akkus auf dem Display ausgeben, oder mir nen Alarm einrichten. Da muss ich mal schauen, was an brauchbaren Widerständen da ist, die Archer-Empfänger vertragen auf dem Analog-Eingang nämlich nur 3V.

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Damit rechne ich mit nem Abfluggewicht von 110-120g, mal sehen, ob das klappen wird.
Im Notfall kann ich noch etwas weiter abspecken, indem ich z.B. die Druckteile noch stellenweise ausfräse.
Ich hoffe aber, das klappt so...viel Gewicht kommt ja nicht mehr: einige Carbon-Stäbchen und als Bespannung will ich es mit Rettungsdecke versuchen, das Zeug ist das dünnste, was ich da hab. Und erstaunlich reissfest auch..damit hab ich früher schon Raketengleiter bespannt.

Da die Carbon-Stäbe heute wohl nicht mehr kommen werden, setz ich mich jetzt mal an die Software.

[jmoors]

Ich frage mich, warum man die Flügel getrennt mit Servos ansteuern muss. Man braucht relativ starke Servos, damit genug Geschwindigkeit und Kraft aufgebaut wird. Wenn beide Flügel synchron laufen und mit dem Schwanz gesteuert wird, könnte man für die Flügel einen Motor mit aufgesetzter Exzenterscheibe nehmen. Ist einfache und wahrscheinlich auch günstiger.

[Rabenauge]

Für zwei Flügel brauchst du nen Motor mit doppelter Kraft...
Ein zentraler Antrieb hat auch Nachteile: die Flügel laufen zwangsläufig immer synchron, ohne allzu aufwendige Mechanik (die man erstmal bauen muss, so dass sie dauerlastfähig _und_ leicht ist).
Somit kannst du _nicht_ mit den Flügeln steuern.
Man braucht also zusätzlich mindestens ein Servo- womit wir von der Kostenbilanz eher schlechter dastehen als vorher, da auch der Antriebsmotor nen Regler braucht.

Dazu kommt, dass Servos ziemlich einfach anzusteuern sind mit nem Mikrocontroller- und man eben ganz einfach Mätzchen umsetzen kann wie eine virtuelle Schwerpunkt-Verlagerung (es wird eigentlich nur der Nullpunkt der Flügel nach links oder rechts verschoben) oder aber auch mal verschiedene Ausschläge probieren kann.
Und: es ist ganz einfach, Servos definiert zu parken, um mal in nen Gleitflug über zu gehen (beim landen beispielsweise ne ziemlich gute Idee, kann aber auch enorm Energie sparen, wenn man Aufwind hat), bei einem zentralen Antrieb müsste man dazu wieder nen Encoder haben, der wiederum nen Controller braucht.

Gerade diese Sachen will ich testen, so wie ich weiss, dass mein Setup fliegen kann.

Ganz ehrlich: der Kostenfaktor und auch die Handhabung sehen eher schlecht aus für nen zentralen Antrieb.
Nur mal so zusammengerechnet: die von mir verwendeten Servos kosten rund 15 Mäuse, das Stück. Dazu ein Arduino Pro Mini (den werfen dir die Chinesen für 2-3€ nach) und der StepUp-Regler (auch unter nem 5er)- RC-Empfänger braucht man in beiden Fällen, können wir also weglassen.

Einer der günstigsten Fahrtregler, die ich kenne (und für brauchbar halte) wäre der CTI Thor- Kostenpunkt 18€.
Da hast du noch keinen Motor dran hängen und auch kein Lenkservo.
Und dann hast du immernoch einige der oben genannten Möglichkeiten _nicht_.

Das Ganze relativiert sich natürlich ab einer gewissen Grösse dann wieder, nämlich dann, wenn es keine bezahlbaren Modellbau-Servos mehr gibt, die ausreichend stark sind.
Aber wir reden hier von nem Abfluggewicht deutlich unter 200g, bei einer Spannweite von höchstens (wenn die Servos das schaffen) nem Meter.

Grade für ein Experimentalmodell will man doch mehrere Möglichkeiten offen halten- ich kann _ohne_ Änderungen an der Hardware einfach mal die Flügel weiter, oder weniger weit ausschlagen lassen, kann verschiedene Schlagfrequenzen versuchen, kann probieren, ob es sich mit Gewichtsverlagerung oder grösseren/kleineren Ausschlägen besser lenkt- alles Mögliche.

Inzwischen hab ich übrigens den Code von RCGroups mal ausprobiert: der funktioniert schon.
Hat aber keine Möglichkeit, mit den Flügeln zu lenken (es wird einfach nur mehr oder weniger "Gas" gegeben (...die Schlagfrequenz verändert)), und der Code ist mir etwas unausgereift, weil z.B. ein Trimmen ohne umprogrammieren nicht möglich ist.

Ich hab daher schonmal angefangen, nen eigenen zu schreiben.
Vorerst steht nur das Grundgerüst (Empfängersignale non-blocking einlesen, Servos einbinden), aber es geht ja weiter.
Da werden sich heute noch Dinge tun.

Ach ja: ne Lade"Station" hab ich auch noch schnell gebacken: ein passendes Kabel an eine dieser Mini-LiPo/LiIo-Ladeplatinen geschmiedet.
Somit könnte man den Vogel später sogar im Feld an ner schnöden Powerbank laden.

[Crazy Harry]

Ich kann nichts sinnvollen dazu beitragen, aber trotzdem Hut ab. Ein schönes Projekt, das ich gespannt verfolgen werde.

Viel Erfolg
Harry

[Rabenauge]

Wird schon klappen....

Gestern abend hab ich noch ne Steuermöglichkeit programmiert, wie geplant, wird der Schwerpunkt so verschoben, dass sich ein Kurvenflug ergeben sollte.
Das ist stufenlos steuerbar. Die Kommandos kommen vom Fernsteuersender.
Auf diese Weise kann ich nämlich auch die Trimmung am Sender auch nutzen.
Die Servos sind hier in Gleitflug-Stellung (Kraftflug gibts noch keinen, das hab ich für heute geplant), beide Flügel leicht nach oben gestellt, um Längsstabilität zu erzeugen.
Diese V-Form wird auch beim Lenken beibehalten..


https://youtu.be/-plOmxEvRKo

[jmoors]

Es kommt bei deiner Steuerung extrem auf das Flügelprofil an. Im schlechtesten Fall können sich die Kräfte gegenseitig aufheben, wenn Du die Flügel synchron verstellst. Für den Kurvenflug würde ich eher zur Flächenverwindung (Anstellwinkel an einem Flügel ändern) tendieren oder, wenn Du deinem Prinzip treu bleiben willst, eine Fläche absenken und eine Fläche gerade halten.


VG, Jürgen, der mit großem Interesse das Projekt verfolgt. :-)

[Rabenauge]

Möglicherweise hast du recht: das Gewicht wird nämlich in die falsche Richtung verschoben.
Das _könnte_ tatsächlich kontraproduktiv sein.
Eine aktive Verwindung ist bei dem System weder möglich, noch vorgesehen (die meisten Ornithoter in der Grösse können das nicht und fliegen trotzdem).
Wobei: in Zusammenwirken mit dem (angestellten-> EWD) Scwanz ergibt sich beim lenken eine Art Verwindung..
Ich werds rausfinden.

Inzwischen gibts auch einen Flatter-Modus:


https://youtu.be/vOzXG7aN20M

Läuft noch etwas holprig, aber läuft.
Mit dem Gas-Stick an der Fernsteuerung kann ich die Frequenz ändern, und zusätzlich mit dem Lenk-Stick ein Offset addieren.
Die jetztige Lösung ist noch sehr rudimentär (gefällt mir nicht so wirklich), aber dank der getrennten Ansteuerung der Flügel hab ich ja alle Möglichkeiten.

Beispielsweise möchte ich versuchen, die Flatterbewegung mehr sinusförmig zu bekommen.

Und dann gäbs auch die Möglichkeit, statt, die Frequenz zu erhöhen zum Steigen, die Ausschläge zu variieren-angeblich tun echte Vögel das auch. Und die werden schon wissen, warum..

Fürs erste werd ich mal die Mittelpunkte der Flatterei etwas nach oben legen, momentan sind die Ausschläge nach oben nämlich nahezu identisch mit denen nach unten. Bei anderen Ornithoptern sieht man aber immer, dass die Flügel eigentlich nur nach oben ausschlagen, und runter nur bis ungefähr zur Waagerechten.
Das müsste sich auch zum Lenken im Kraftflug nutzen lassen (äusserer Flügel mache grössere Ausschläge).

[Crazy Harry]

Absolut klasse! Würde mich mal interessieren, wie sich sowas fliegt, aber ist nicht meine Welt. Weiter so :)

[Rabenauge]

Wenn das System so funktioniert, wie ich mir das vorstelle (bis dahin gibts noch einige Hürden zu nehmen) dann kann das jeder fliegen.
Ich mein: echte Vögel haben auch kein Abi und kriegen es hin.
Du gibst mit dem Gasknüppel vor, ob du rauf oder runter willst, und lenkst mit dem anderen.
Da es nicht mal ein Höhenruder gibt, kann man auch nicht überziehen...
Kinderleicht.

[Rabenauge]

So.
Inzwischen war der erste, eher misslungene, Prototyp mal in der Luft.

Er hier: 35931

Spannweite 1m, Gewicht ca. 120g.
Zuerst gings dauernd kopfüber in die Wiese, dann hab ich am Hintern ein 5g-Reifengewicht angeklebt, und es "flog" tatsächlich etwas.
Mieser Gleitwinkel...aber Wunder hatte ich auch nicht erwartet von dem...Ding.
Die ersten Versuche mit Flügelschlagen endeten in regelrechten Überschlägen in der Luft, aber irgendwann hab ichs begriffen: das Ding braucht etwas mehr Speed als ich dachte.
Dann ging es tatsächlich- der längste "Flug" war einer mit Flügelschlag. ..etwa 10m, hangabwärts.
Von Steigen oder wenigstens Höhe halten aber keine Spur.
Normalerweise nix, was ich als fliegen bezeichnen würde, aber es zeigt: das geht durchaus- im Prinzip.

Da aus dieser Konstruktion nicht mehr rauszuholen ist, wird ein neuer gebaut, aber ein paar Sachen ändere ich:
Weniger Spannweite, mehr Flügeltiefe (dürfte die Servos etwas entlasten, die schaffen das zwar, werden aber ganz hübsch warm dabei), ausserdem sind breite Flügel unproblematischer (auch zu bauen).
Etwas mehr "Rumpf"- vor allem länger, um besser trimmen zu können
Flügelholme noch dünner, 1.., statt 2mm Carbon, die sind schon zu steif
Andere Bespannung: zwar ist die Rettungsdecke ziemlich unschlagbar leicht, aber auch besch**** zu verarbeiten.
Vielleicht kriegt auch der Schwanz ne etwas andere Form, wie ein V-Leitwerk oder so.
Und: die Flügel müssen abnehmbar sein, das Geflattere auf dem Schreibtisch beim programmieren nervt tierisch...

[Andree-HB]

...gibt es evtl. schon ein Video zur Veranschaulichung ?

[Rabenauge]

Nein, ich hatte nix zum filmen dabei.