Wingo-Li, der
Bodensee-Bezwinger (FMT 8/2000).
Ist es möglich
mit einem "stinknormalen" Park-Flyer wie dem Wingo
den Bodensee zu überqueren? Welche Messungen und Vorbereitungen
bedarf es? Wie läuft es ab, an dem Tag "X" ?
Vom Wiesenflieger zum Bodensee-Bezwinger
(hinter jedem Bild befindet
sich ein Hyperlink)
Bis zu diesen Vorhaben
habe ich ganz normale Thermiksegler und Elektrosegler geflogen.
Nach der Devise "so lange oben bleiben, wie möglich"
hatte ich schon alle meine Modelle seit 1997 mit selbst entwickelter
Telemetrie vermessen und Antriebe optimiert. So ist es nicht
verwunderlich, daß ich Arnim Selinka nach Erscheinung seines
Artikels "HLG mit Boardcomputer" (AUFWIND 5/99)
im Herbst 99 kontaktiert hatte, um weitere Datenberechnung mit
seinen Datensätzen vorzunehmen. So begannen ein reger Gedankenaustausch
und schließlich unsere Freundschaft.
Im März 2000 besuchte ich Arnim am Bodensee, wo wir ausgedehnten Thermikflüge absolvierten. Am Abend, als Abrundung des Tages, flog er mir sein Wingo mit Schwimmern von Conzelman vor. Ich war sofort vom Wasserstart, dem Flugbild und den Schwimmern begeistert. So saßen wir am Ufer des Bodensees und plötzlich kam die Idee den See an der breitesten Stelle mit einem Wingo zu überqueren. Die Arbeitsteilung war gleich gegeben. Arnim erfliegt verschiedene Flugphasen, wie Wasserstart, Steigen, Schwebeflug mit eingebautem Boardcomputer von Ingo Stahl und registriert Spannung, Motorstrom, Flughöhe, Fluggeschwindigkeit und Luftschraubendrehzahl für eine spätere Auswertung. Aus diesen Daten berechne ich in einem Mathematikprogramm, dem MATLAB, die erforderliche Motorleistung für einen Wasserstart und einem anschließenden Schwebeflug über eine Strecke von 20 Km, also ca. 50% mehr als die notwendigen 13 Km zwischen Romanshorn in der Schweiz und Friedrichshafen. Damit war eine gute Reserve gegeben. Des Weiteren stelle ich gute Akkus und einen speziellen Motorregler zu Verfügung.
Leider
war das Wetter sehr windig, als Arnim den ersten Messflug machen
konnte. Trotzdem konnte ich aus den Daten einige Abschnitte als
Schwebeflug, Steigflug, Sinkflug und Start über mehrere
Sekunden gemittelt rechnen. Der Wingo wog inklusive 8 x 700 mAh
Akkus und dem Boardcomputers samt alle Sensoren 710 g. Angetrieben
wurde der Wingo durch ein Speed 400 mit Getriebe 2:1 und Luftschraube
8 x 3,8. Alles original aus dem Baukasten. Hier nur 3 Grafiken,
aus einer größeren Messreihe.
| Spannweite | 1100 mm |
| Länge | 900 mm |
| Tragflächeninhalt | 26 dm2 |
| Fluggewicht mit Schwimmern | 720 u. 670 g |
| Flächenbelastung | 27,7 u. 25,7 g/dm2 |
| Motor | Speed 400 |
| Getriebe | 2:1 |
| Luftschraube | 8 x 3,8 |
| Akku | 7,2V 3,3Ah u. 3,2Ah |
| Akkugewicht mit Kabel | 260 u. 180 g |
| Drehzahlsteller | 15 A, mit BEC, 1,5 g |
| Schwebeflugdauer | ca 45-50 min |
| Flugphase | Fluggeschwind. | Steigen/Sinken |
|
| volles Sinken | 25 kmh | -1 m/s | 0 W |
| Schweben | 26 kmh | 0 m/s | 25 W |
| schwaches Steigen | 26 kmh | 0,8 m/s | 47 W |
| mittleres Steigen | 28 kmh | 1,73 m/s | 67 W |
| starkes Steigen | 31 kmh | 2,2 m/s | 93 W |
Aus der Tabelle und der Grafik ergab sich folgendes Bild. Pro
1m Steigen ist eine Leistungsaufnahme von ca. 25 W erforderlich.
Zuerst war wichtig, daß der Schwebeflug 25 W braucht, d.h.
bei einem angedachten späteren Akku mit 7,2 V, ganze 3,5 A.
Bei diesem Strom arbeitet der Speed 400 im optimalen Wirkungsgrad,
was auch die gespeicherte Energiereserven schont. Allerdings
benötigte der Wasserstart mit vollem Gas bei 8 Zellen ganze
115 W. Das war zu viel für meine angedachten Akkus. Erst
die zweite angeforderte Flugmessung (Wingogewicht 790 g)
bewies, daß auch mit 6 NiCd Zellen (KR1400AE), also mit
ca 7,2 V, ein Wasserstart mit 58 W leicht geht. Dieser Start
vom Einschalten des Motors, über Wassergleiten bis auf Erreichen
einer Höhe von 16 m dauerte 25 s und zeigte 0,77 m/s
mittleres Steigen. Somit war bewiesen, daß der kraftvollste
Akt eines Wasserflugzeugsantriebes, der Wasserstart, bei 7,2 V
und ca 8 A sicher möglich ist.
Energiespender
- Lithium-Jonen-Zellen.
Um den Bodensee mit einem
Park-Flyer zu überqueren braucht man eine ganze Menge Energie.
Mit 26 kmh schafft man die 13 km in 30 Minuten. Die benötigte
Energie ist: 0,5 h * 25 W=12,5 Wh, Start
und ungünstige Manöver nicht mitgerechnet. Will man
sicher so ein Unternehmen starten, ist eine gute Reserve von
Vorteil. Der Akku soll also 20-24 Wh bei einem Entladestrom
von 4 A liefern.
| Technologie |
mAh |
Volt |
Wh |
g |
Zahl |
Wh |
g |
| NiCd R1400 | 1400 | 1,1 | 1,54 | 32 | 15 | 23,1 | 480 |
| NiMH 3000 | 3000 | 1,1 | 3,3 | 56 | 7 | 23,1 | 392 |
| Li-Ion Ver.1 | 1100 | 3,6 | 4 | 42 | 6 | 24 | 252 |
| Li-Ion Ver.2 | 1600 | 3,6 | 5,8 | 43 | 4 | 23 | 172 |
Aus der Tabelle
ist ersichtlich, daß die klassischen NiCd oder NiMH Akkus
zu schwer sind. Der Akku wog bei den Messflügen 190 g.
Die 25 W Schwebeleistung gilt nur für dieses Gewicht.
Bei einem schwereren NiCd Akku wäre die Schwebeleistung
wieder größer und die mögliche Flugdistanz wieder
kürzer. Der Bodensee könnte nicht überflogen werden.
Dabei wollte ich unbedingt eine neue Technologie anwenden. Aus
einem Akkupack hatte ich Lithium-Jonen Zellen gewonnen, die bei
einem Gewicht von 42 g ca 3,6V*1,1Ah = 4Wh/Zelle
bringen. Der Akku Ver.1 ist 2x3 Zellen verlötet, bringt
6*4Wh=24Wh und wiegt samt Kabeln 260 g. Die Anfangsspannung
beträgt 8V@4A, im Mittel 7,2 V. Die Schwebeleistung, wegen
des höheren Gewichts, wächst auf 29 W an.
Mit diesem Akku sollte ein Flug von 45 Minuten möglich sein.
Einige Zeit später hat Arnim mit dem Akku ein Messflug angefangen.
Leider ist ein starker Wind gekommen, er musste wassern. Insgesamt
ist er an 3 Tagen geflogen, ohne den Akku nachzuladen und den
Timer im Sender zurückzusetzen. Hier sei bemerkt, daß
die Lithium-Akkus kaum Selbstentladung zeigen, sodaß so
eine Messung unterbrochen werden kann. Er hat eine Gesamtflugzeit
von 44 Minuten erreicht, allerdings mit drei Wasserstarts.
Die Überquerung konnte beginnen.
Die gestockten Lithium-Jonen-Zellen in dem Pack benötigen
das Steuern der Ladespannung für jede Zelle individuell.
Es ist also ganz anders als bei NiCd, wo man den Lader über
den ganzen Pack anschließt. Hier muss jede Zelle auf maximum
4,2 V mit einem konstantem Strom geladen werden. Ich baute
eine Ladeschaltung, die in ca 2 Stunden jede Zelle des Packs
voll lädt. Man braucht nur eine Spannungsquelle von 8,4 V
bei 3 A. Ein Power Peak Infinity 2 Lader in Bleiakku-Mode
erledigt es für mich.
Teillast
- eine schwere Aufgabe für den Motorregler
Wasserflugzeuge fliegen horizontal 5-20 m über dem Wasser,
somit anders als Elektrosegler, die mit Vollgas auf die Thermikhöhe
gehen um, mit abgeschaltetem Motor, zu segeln . Nach dem kraftzerendem
Wasserstart benötigt das Flugzeug im Schwebeflug nur 1/3
der Motorleistung. Ein normaler Regler war in dem Wingo nach
15 Minuten Teillast ganz schön warm. Er würde womöglich
den Regler, wegen zu hohen Temperatur, während der Überquerung,
abschalten. Die Folge wäre eine gezwungene Wasserung, mitten
auf dem See. Das wollten wir auf jedem Fall verhindern.
Im Teillastbereich schaltet
der Transistor im Regler ständig ab und an. Bis einige Tausend
mal pro Sekunde. Tut er das nicht flink genug, wie in dem käuflichen
Regler ganze 13 us, entstehen Schaltverluste, die um ein Vielfaches
größer sein können, als die Verluste im Vollastbetrieb.
Ich baute einen Regler, der in 0.8 us schaltet und somit auch
nach einer vollen Stunde Teillast völlig kalt bleibt. Er
ist Mikroprozessor gesteuert, 9x16mm gross, wiegt gerade 1,5 g
und verkraftet 15 A. Um den Lithium-Jonen-Akku vor Tiefentladung
zu schützen, schaltet der Regler den Motor bei Unterspannung
von 5,6 V stottern ab, sodaß der Pilot genügend
Zeit hat, das Flugzeug zu wassern. Eine Landung auf dem Wasser
ist nämlich ganz anders, als auf der Wiese, wo man in Sinkflug,
ohne Motor, den Segler auf die Erde aufsetzt. Würde man
so ein Wasserflugzeug landen, stünde es jedesmal Kopf über
im Wasser. Eine Wasserung ist ein fast horizontaler Flug, mit
nur leicht gedrosseltem Motor. Erst das Gleiten der Schwimmer
im Wasser nimmt die Geschwindigkeit raus. Somit ist jeder Regler
der plötzlich abschaltet ungeeignet.
Um den Motor besser zu kühlen haben wir die Motorverkleidung
weggelassen. Auch der winziger Regler wurde direkt am Motor gelötet.
Somit bleibt er in der Kühlluft.
Ein
zweiter Wingo geselliegt sich dazu
Als das Unternehmen immer
näher rückte und alle erdenklichen Parameter mit viel
Reserve gedacht wurden, kam die Sorge, daß der Wingo durch
irgend einen Umstand das Ziel doch nicht erreichen könnte.
Nicht zuletzt wegen Pilotenfehler oder anderer Umstände.
Um den Erfolg zu sichern, aber auch wesentlich schönere
Bilder eines Formationsfluges über den Bodensee zu erhalten,
habe ich in 3 Abenden vor dem Tag "X" einen zweiten
Wingo aufgebaut. Die Bauanleitung ist perfekt und alle Teile
dabei. Ein zweiter Regler und ein anderer Li-Akku mussten auch
her. Diesmal habe ich 4 Zellen mit 1600 mAh und 43 g gelötet,
sodaß ich zwar mit 3,2 Ah @ 7,2 V (Ver.2) etwas
weniger Energie als Arnim hatte, aber auch um 50 g leichter wurde
(670 g anstatt 720 g, ich flog mit der schönen Carbon Aeronase,
die extra 20 g wiegt, Arnim ohne). Um 20:30 am Vorabend wurde
noch auf der Wiese in einigen Starts der Schwerpunkt ziemlich
hinten eingestellt, um die geringste Schwebeleistung zu erreichen.
Der Wingo fliegt extrem gutmütig.
Am nächten Tag haben wir dann in Kressbronn am Bodensee,
bei Arnim, einige parallele Wasserstarts und Formationsflüge
absolviert. Bei meiner ersten Wasserlandung in meinem Leben,
die ich so ausführte, wie immer auf der Wiese, stürzte
der Wingo bei Aufsetzen ab und brach einen Schwimmer ab. Der
Wingo blieb im Wasser stecken und müßte von einem
Windsurfer ans Ufer gebracht werden. Schnell wurde der Schwimmer
repariert. Bei parallelem horizontallem Flug stellte sich heraus,
daß Arnims Wingo schneller als meiner flog. Ob das sein
Mehrgewicht, mein Schwerpunkt, oder die geschliffene Tragfläche
schuld daran war, wußten wir nicht. Das stellte aber ein
Problem dar. Wie wollen wir aus einem Boot zwei ungleiche Wingos
steuern? Die Hilfe kam prompt. Mein Schwerpunkt wurde nach vorne
verlegt, um den Vogel schneller zu machen. Jetzt waren wir fast
gleich schnell.
Letzte Vorbereitung
So ein Unternehmen verlangt einiges an Logistik. Ein schnelles
Motorboot samt Steuerman und ein Kameraman werden benötigt.
Natürlich aus der nahen Gegend. Arnims Freund, Jürgen
Mische stellte ein 30 kn schnelles, 300 PS starkes Motorboot
zu Verfügung. Danke Jürgen für das super gleichmassige
und schnurgerade Steuern. Sonst würden wir, beim starren
auf den Flieger, von der Reling ins Wasser fallen. Auch der bekannte
Semiscale-Wasserflieger Rolf Breitinger brachte seine tolle Fotoausrüstung
mit, um das Ereignis festzuhalten. Seine Aufrufe "näher
zusammen" haben uns begleitet. Aber, wie geschah es eigentlich?
Für die drei Tage 1-3.6. wurde ein stabiles Wetter angesagt,
mit 1 Bf Südwind um 6 Uhr morgens, der dann auf West gegen
8 Uhr drehen sollte. Regenwahrscheinlichkeit 2%. Diese Informationen
kann man heute im Internet in den Drachenfliegerkreisen bekommen,
die auf der großen Thermik suche sind. Wir wählten
den 2.Juni für den Tag "X" und die Richtung von
Romanshorn nach Friedrichshafen. Zeitspanne 7 bis 9 Uhr. Spaeter
sind einige hunderte Segelboote unterwegs, ein schnelles Fahren
mit 26 kmh ist unmöglich.
Der
Tag "X" - Die Bodenseeüberquerung
Aufstehen um 4:30. Um 5:10 schon
unterwegs nach Immenstaad. Im Yachthafen gegen 6 Uhr begrüßt
uns Jürgen, der Bootsführer. Auch Rolf ist da. Das
Boot klar machen, Wingos in der Kajüte verstauen 
und ab in den See. Nach 20 minütiger "Gleitfahrt"
mit erlaubten 40 kmh über ein total glattes Wasser, mit
aufgehenden Sonne, erreichen wir die Schweiz, Romanshorn. In
der Bucht messe ich die GPS-Position, Arnim den Wind, 2 m/s,
leichter Wellengang.(Klicken Sie die Enden der Fluglinie,
um die Detailkarten zu sehen)
Wir schalten die Akkus
ein und setzen die Wingos aus. Rolf macht noch ein paar Fotos,
sozusagen noch vor dem Absaufen. Dann geht's alles sehr schnell.
Im Verband starten wir beide Wingos um 6:55 gegen den Wind, nach
Süden, leichte Kurve und schon fliegen wir in Richtung Friedrichshafen,
nach Norden. Jürgen muss mit dem Boot aufholen. Nach einigen
Minuten spielt sich das Team perfekt ein. Die Sonne kaum über
den Horizont von rechts, also fliegen die Wingos links vor dem
Boot. Der Morgen ist wunderschön. Rolf dreht ein digitales
Video oder knipst. Jürgen hält die sichere Hand auf
dem Gashebel, ein Tick schneller, wieder langsamer, weil ich
hinterm Boot abfalle.
Arnim ist schneller,
versucht ein Vollkreis, aber verliert bei der Bootsgeschwindigkeit
von fast 30 kmh zu viel an Strecke. Später, wenn nötig,
fliegt er eine Schlangenlinie. Ich dagegen muss zuerst stark
drücken, um dem Boot zu folgen. Zu viel Akkuenergie wird
verbraten: "Jürgen, langsamer bitte". Da kommt
die Autofähre uns entgegen und Rolf kommandiert beide Piloten,
um das ultimative Foto mit beiden Wingos und der Fähre in
den Kasten zu bekommen.
Nach ca 10 Minuten sinkt
mein Adrenalin Spiegel wieder. Der Wind ist auch weg. Der Gasknüppel
ist schon lange auf 1/3-1/2. Ich fange an, es zu genießen,
den Wingo, einige Metern von mir entfernt, in Augenhöhe
in der Luft festgenagelt. Ein tolles Erlebnis, aber ein schwieriges
Steuern. Man weiß gar nicht, wie schnell das Modell fliegt,
weil es gegen den Piloten sozusagen in der Luft steht, also fliegt
man schneller, sicherer. Dafür geht aber mehr Energie drauf,
als wir bei unseren Messflügen geplant haben. Reichen die
50% Reserve?
Plötzlich eine Überraschung.
Die 7 Uhr Fähre von Friedrichshafen nach Romanshorn kommt
uns entgegen. Jürgen steuert sein Boot weiter unbeirrt schnurgerade.
Rolf darf das ultimative Beweisbild mit der Fähre machen.
Er tauscht seine Videokamera mit dem Fotoapparat. Dann wieder
versucht er die Piloten dazu zu bringen die Wingos ganz nahe
am Boot und gleichzeitig im Blick der Kamera zu erwischen. Wir
verlassen diese Stellung doch ziemlich schnell, um das Unternehmen
nicht durch ein Zusammenstoß in der Luft zu gefährden.
Nach 33 Minuten erreichen
wir den Hafen von Friedrichshafen. Geschafft! Nun will Rolf noch
einige Bilder mit unterschiedlichen Hintergründen, wie Schlosskirche,
schiessen. In dem Hafen dürfen wir auch nicht wassern. Wir
fliegen noch einen grossen Vollkreis, um nach 38 Minuten den
Landeanflug vor dem Zeppelin Museum zu wagen. Arnims Motor fängt an zu stottern, die Akkuspannung
hat 5,6 V erreicht. Gas auf voll und bald wassern. Ich mache
noch einen Kreis mit sehr langem Landeanflug, meinen Zweiten
im Leben. Rolf hilft: Speed halten, Kniehöhe halten, Schwimmer
gleiten lassen, erst dann langsam Gas raus. Du hast Platz genug,
das ist nicht Deine kleine Landewiese zu Hause! Das ist der Bodensee!
Mit dieser Hilfe schaffte mein Wingo eine Bilderbuch Wasserung.
Alle schreien, geschafft
und dazu beide! Die Wingos werden noch als Tandem fotografiert
und aus 
dem Wasser gezogen. Der
Champagne knallt. Warum Arnims Akku nach 38 Minuten leer war,
ist schnell geklärt. Schon am Morgen haben wir gesehen,
daß der Akku nicht die richtige Spannung hatte. Vielleicht
war das Netzteil nicht ganz richtig auf 8,4 V eingestellt,
oder wir sind doch zu schnell geflogen. Unwichtig! Wir sind sogar
5 Minuten länger als nötig geflogen. Wir genießen
die Spazierfahrt auf dem tollen Boot zum Heimathafen von Jürgen.
Abends gibt's bei Arnim eine Grillparty und Rolf fliegt seine
große, gelbe Piper mit uns, in Dreierverband in der untergehenden
Sonne.
Einige
Szenen als avi Video
Während dem Flug hat Rolf Breitinger sehr viele Szenen aufs Band festgehalten. Hier eine kleine Auswahl. Ich habe einige MPEG videos mit gleiche Qualität aufgenommen. Diese waren viel grösser als die AVI videos. Bei ca 5 Bildern pro Sekunde bekommt man ganz gut den richtigen Eindruck des Geschehens und trotzdem bleibt die Datenmenge bei 50-60 kB/s. Bei meinem MPEG coder, ist die Anzahl der Bilder/s immer 25. Die Beste Betrachtung hat man, wenn man den Media Player auf 200% Bildgrösse einstellt.
| Titel | Beschreibung | Download |
|
Titel: Wasserstart Format: AVI Dateigröße: 448 kB Dauer: ca. 7 Sekunden Qualität: 5 fps Bildgröße: 352 x 288 |
Beide Wingos starten in Romanshorn in der Schweiz am 2.6.2000 um 6 Uhr 55 | Start.avi |
|
Titel: Faehre Format: AVI Dateigröße: 140 kB Dauer: ca. 3 Sekunden Qualität: 6 fps Bildgröße: 192 x 144 |
Die Fähre Friedrichshafen- Romanshorn kommt uns entgegen, bei 50 km Differenzgeschwindigkeit ein kurzer Augenblick. |
Faehre.avi |
|
Titel: Waesserung Format: AVI Dateigröße: 870 kB Dauer: ca. 34 Sekunden Qualität: 6 fps Bildgröße: 192 x 144 |
Der Wingo fliegt einen langen Landeanflug vor der Kulisse des Yachthafens, der Stadtkirche von Friedrichshafen und setzt sehr weich auf dem Wasser auf. | Waesserung.avi |
Fazit
und Ausblick
Auch so eine kleine Bodenseeüberquerung verlangt einen gewissen
organisatorischen und finanziellen Aufwand. Der Erfolg bestätigt
jedoch die aufwendige Vorbereitung mit Flugmessungen und Auswertung,
aber auch die gewählten Komponenten. Letzendlich ist das
Gelingen eine Folge dieser geradelinigen Vorbereitungen und des
tollen Teamgeistes zweier Modellbauenthusiasten. Einige weitere
Projekte, wie halb-autonome Alpenpassüberquerung, sind schon
an gedacht. Die Lithium-Technologie, mit seinen heute schon erreichbaren
145 Wh/kg Energiedichten (NiCd ca 45 Wh/kg, NiMH ca 80 Wh/kg)
bringt für Modelle, die Motorlauzeiten von 60 Minuten haben,
große Gewichtsvorteile. So ist es möglich, daß
mein elektrifizierter CfK-HLG mit 372 g Abfluggewicht mit nur
2 Li-Ion Zellen ohne Thermik 2.5 Stunden in der Luft bleibt.
An thermikstarken Tagen kann man den Akku gar nicht leer fliegen.
Nachladen unnötig.
An dieser Stelle möchte ich mich bei allen Beteiligten ganz
herzlich bedanken. Ohne dieses Team wäre so ein Erfolg nicht
möglich gewesen. Uns allen hatten die Vorbereitungen und
der Tag "X" sehr viel Spaß gemacht. Auch den
Wingo Konstrukteuren will ich zu so einem gelungenen Freizeitflieger
gratulieren.
Ein Auszug aus hier dargestelltem Text ist im FMT 8/2000 Seite 12 erschienen. Auch die Cover zeigt zwei Wingos, im Hintergrund das Zeppelin Museum und die Fähre in Friedrichshafen.
