Variantenbildung

Ausgehend vom technischen Grundaufbau wurden verschiedene Varianten evaluiert. Dabei ging es um das grundsätzliche Gesammtlayout. Die Flugtüchtigkeit steht im Vordergrund und schränkt die Gestaltungsfreiheit ein.
Anhand von Skizzen und Blauschaummodellen wurden verschiedene Lösungsansätze, die in mehreren Gestaltungsvarianten resultierten entwickelt.
Eine adaptive Gestaltung wie sie in der Formel 1 oder im Motorradbau zu finden ist, ist ein neuer und inovativer Ansatz zu den bisherig dominierenden Formen.


Abb: Variante mit Kufen und Sitzbank, Seitenleitwerksanbindung durch Kufenverlängerung, adaptive Formensprache



Ergonomie

Zukünftig ist der Gyrocopter, als ein moderner Arbeitsplatz für Polizeibeamte im Streifendienst zu betrachten und stellt somit eine Wechselbeziehung zwischen Mensch und Maschine dar. Bei dieser Schnittstelle rückt die ergonomische Gestaltung in den Vordergrund. Ziel war es eine bequeme und ermüdungsfreie Sitzposition sowie eine otimale Auslegung der Bord- und Überwachungsinstrumente für den Piloten auszuloten.
Anhand eines 1:1 Modell wurde eine optimale Sitzposition ermittelt. Dabei waren wichtige Aspekte zu beachten: Sitzhöhe, Sitzneigung und vor allem die Länge der Sitzfläche müssen so austariert werden das eine stimmige Sitzdruckverteilung und Komfort gewährleistet wird. Die Schultern des Piloten müssen immer Kontakt zur Rückenlehne haben. Der Winkel zwischen Rückenlehne und Sitzfläche sollte etwas mehr als 90° sein. Die Oberschenkel sollten komplett auf einer leicht ansteigenden Sitzfläche aufliegen. und in der Längsachse müssen die Füßpedalen auf die erforderliche Position variiert werden können.


Abb: Darstellung der Sitzgeometrie


Bauteile im Einzelnen

Die Positionierung der einzelnen Komponenten und Bauteile wurde hauptsächlich in der Berechnung der Schwerpunktslage festgelegt.


Abb: Darstellung der einzelnen Bauteile



Rotor- und Motorhöhe:

Ein wichtiger und nicht zu vernachlässigender Faktor ist die Höhe des Rotorsystems und die damit verbundene Mastlänge. Der Winkel der positiv angstellt Rotorebene beträgt erfahrungsgemäß 10°. Hinzu kommt die Ausgleichsbewegung von ca 10° des Schlaggelenks. Diese Neigung, von zusammengefaßt 20°, des Rotorkopfes ist ausschlaggebend auch für die Positionierung des Leitwerks. Wie in der Grafik zu erkennen müssen die Rotorblätter bei voll positv angestellten Rotor am Leitwerk vorbeigeführt werden.
Die Position des Motors ist durch die Lage der horizontale Längsachse definiert. In unserem Fall bedeutet dies, dass der Motor möglichst tief am Modell angebracht werden muss, aber noch eine angemessene Bodenfreiheit zwischen Propeller und Boden besteht.


Abb: Rotorblätter berühren Leitwerk und Propeller nicht, ideale Maßthöhe



Rahmen:

Der Rahmen wird aus CFK in Monocoque-Bauweise gefertigt, was sich positiv auf seine Gewichtsminimierung und Verwindungssteifigkeit auswirkt. Als zentrales Element dient er zur Aufnahme der verschiedenen Komponenten und Bauteile. Diese werden an einlaminierten Aluprofilen, die sich an den Befestigungspunkten befinden, montiert. In seinem Hohlraum verlaufen, neben den Kabelbaum, die Bowdenzüge sowie Zug- und Druckgestänge zur Steuerung des Leitwerks, Motors und des Rotors. Der Rahmen ist so konstruiert das er, in Verbindung mit der Frontscheibe, eine Sicherheitszelle für den Piloten bildet.




Abb: Rahmen als zentrales Element



Frontscheibe:

Die Frontscheibe ist in ihrer Windabweisenden Funktion so konstruiert, dass die anströmende Luft am Piloten vorbeigeleitet wird. Eine seitliches Auslaufen der Windschutzscheibe, zu sehen bei Autos oder Mopeds, erhöht diesen Effekt.


Abb: Frontscheibenführung am Beispiel eines Motorrollers


Abb: Detailansicht der Frontscheibe



Kufen:

Durch die Sprungstartfunktion entfällt das Fahrwerk und wird zwecks Gewichtersparniss durch Kufen ersetzt. Für ein sicheres Landen und einen stabilen Stand des Gyrocopters muss die Standfläche so positioniert werden, dass ein Kippen über die Längs- und Querachse verhindert wird.
Ein großes Problem stellt die Leitwerksanbindung bei bisherigen Gyrocoptern mit Druckpropellern dar. Über eine Verlängerung der Kufen zum Seitenleitwerk wurde dieses Problem gelöst.


Abb: Ansicht der Leitwerksanbindung



Windabweiser:

Bei der Gestaltung der Windabweiser, bzw. Seitenteile, die den Fahrtwind am Piloten vorbei führen sollen, wurden typischen Merkmalen aus dem Zweiradbereich übernommen. Dort wirken diese charakterisierend auf die Siluette eines Motorrades. Sie sind meist dynamisch und muskulös gestaltet und tragen einen großen Anteil zur Verbesserung der Aerodynamik im Bezug auf Fahrverhalten und Verbrauch bei.




Abb: Frontansicht



Batteriezellen:

Die Akkupakete sind aus Gründen der Schwerpunktlage hinter dem Sitz angeordnet. Um der Neuartigkeit des Antriebssystems zu kommunizieren, wurde auf die Gestaltung der Akkumulatoren große Aufmerksamkeit gelegt. Gelaserte Aluminiumabdeckungen spiegeln die Power des innovativen Energiespeichers wieder.
Um den Ausstausch der Akkus zu erleichtern sind diese in drei kleine Einheiten unterteilt. Zusätzlich können die Akkuzellen stationär am Gyrocopter über einen Stromanschluss z.B. im Hanger aufgeladen werden. Die Verkleidung der Akkupakete ist aus gedämmten Aluminiumsandwich-Material gefertigt um die optimale Betriebstemperatur von ca. 20°C konstant zu halten.


Abb: Akkueinheit



Steuereinheit

Steuerknüppel zur Steuerung der Rotorebene und Rotorblattverstellung:

Zur Steuereinheit des Gyrocopters gehört der Steuerknüppel. Dieser besitzt integierte Anzeigen für den Akkuladezustand, einer Kontrollanzeige bei erreichen der Rotordrehzal für den Sprungstart sowie Geschwindigkeit und Flughöhe.
Wie beim herkömmlichen Gyrocopter wird der Rotorebene über den Steuerknüppel geneigt. Zusätzlich wird über die Griffe die Rotorblatteinstellung variert. Diese werden analog zum Einstellwinkel über drei Stufen für Hoch-, Reise- und Minimalgeschwindigkeit verstellt (siehe Grafik). Zusätzlich befinden sich am Steuerknüppel ein Gashebel und ein Hebel zum an- und auskuppeln der Wellenverbindung zum Rotor. Um ein besseres einsteigen zu gewährleisten kann der Steuerknüppel zu Frontscheibe gekippt werden.


Abb: Positionsanalogie der Griffe zur Blatteinstellung

1 Start und Langsamflug / Rotorblätter stark angestellt
2 Reiseflug / Rotorblätter leicht angestellt
3 hohe Geschwindigkeit / Rotorblätter flach



Füßpedalen zur Steuerung des Seitenleitwerks:

Ein weiteres Steuerelement sind die Fußrasten. Mit diesen wird das Leitwerk des Gyrocopters gesteuert. Sie setzen sich aus einer Fußauflage und einer beweglichen Pedale zusammen. Diese sind wie der hol aus einem Aluminiumhohlprofil sowie CFK-Verbindungselementen gefertigt.
Während der Planung des Leitwerks stellte sich die Frage nach dem Layout. Im Vordergrund stand die technische Umsetzung und Funktionalität, dennoch sollte das Leitwerk auch optisch zum Entwurf passen. Eine V-Form entpuppte sich als die geeignetste Leitwerkslösung. Diese ist eine relativ unkonventionelle Art die Leitwerksfunktionen zu übernehmen. Die bei konventionellen Leitwerken getrennten Funktionen Höhenruder und Seitenruder werden gemischt und durch die beiden V-förmig angeordneten Flossen gemeinsam übernommen. Die Vorteile eines V-Leitwerks sind geringeres Gewicht und Widerstand durch die kleinere Leitwerksfläche. Nachteile sind die doch recht komplexe Steuerkinematik für die beiden Ruderfunktionen und die erhöhten Belastungen am Rumpfheck beim Gieren und Nicken. Das V-Leitwerk beeinflußt auch die Trudel-Eigenschaften und die Seitenruderwirkung zum Ausleiten ist begrenzt.


Abb. V-Leitwerk



Cockpit

Die Überwachung der Motor- und Navigationsdaten wird über ein Display im vorderen Bereich des Cockpit angezeigt. Ein weiteres zeigt den Piloten die gegenwärtigen Luftbildaufnahmen der kreiselstabilen FLIR - Kamera an. Beide Displays sind jeweils seitlich am Rahmen in Blickrichtung entlang der Sichtachse des Piloten zum Boden ausgerichtet. Der Abstand der Instrumente vom Augenpunkt des Piloten beträgt ca. 90 cm. Beide Display sind beleuchtet, haben eine Diagonale von 10 Zoll und sind in einem wetterfesten Metallgehäuse eingelassen.


Abb: Blickrichtung des Piloten



Abb: Steuerknüppel und Displays



Abb: Sitzbank mit integrierter Rückenlehne