ARCHAEO-OPTERIX


NEUERUNGEN

Juli 2009 bis April 2010
Vergrößerung des Leinenwinkels

Die ersten Schwebeflüge wurden ausnahmslos mit einem Leinenwinkel von ca.45° durchgeführt. Dieser Winkel bietet eine genügend hohe Lagestabilität und bereitet bei Schwebehöhen von 10 bis 20 Metern bezüglich der Größe des Verankerungsdurchmessers bei der Dokumentation von Grabungen mit der Viertelkreismethode keine Platzprobleme.

Der zweiteTeil der ursprünglichen Projektidee, die Aufnahme bodennaher Luftbilder zur fortlaufenden Dokumentation bekannter archäologischer Luftbildbefunde, führte zu Problemen......
Wegen der fehlenden Freiflächen vor Ort – Feldwege, beidseitig durch mannshohes Getreide begrenzt – wurden Versuche mit steileren Leinenwinkeln durchgeführt. Man kam zu der Erkenntnis, dass die Lagestabilität selbst bei extrem steilem Leinenwinkel noch gewährleistet ist, vorausgesetzt, es ist ein genügend großer Schubüberschuss vorhanden.

- Es wurde deshalb zunächst ein Senkrecht-Start-Landesystem entwickelt, welches auf kleineren Flächen betrieben werden kann. (Senkrechtmethode)
- Danach wurde dieses System noch weiter verkleinert und so modifiziert, dass es während des Betriebes bei Bedarf auch mobil ist. (Steuersternmethode)


Senkrechtmethode (Video)
Die Einschränkung der zur Verfügung stehenden Fläche – Feldwege, einschließlich des Feldrandes, sind ca. 6 m breit – machte zunächst eine Verkleinerung der Abstände der Verankerungspunkte nötig. Soll die Schwebehöhe jedoch gleich bleiben, führt dies beim Start- und Landevorgang der Viertelkreismethode zu einem sehr kleinen horizontalen Winkel zwischen A1, der Plattform und A2. Bei einem Kreisdurchmesser des Verankerungsdreiecks kleiner als ca. 6 m, und einer Schwebehöhe von über 15 m kann die Viertelkreismethode zum Starten und Landen nicht mehr sicher angewandt werden, auch wenn auf dem Feldweg eine Fläche für den Start von ca. 6 m x 20 m zur Verfügung steht.
Der Grund hierfür ist folgender
: Im Startvorgang wird die Lagestabilität durch den kleinen horizontalen Leinenwinkel zwischen A1, der Plattform und A2 so gering, dass sie nur durch eine extrem starke Leinenspannung aufrechterhalten werden kann. Diese Spannung belastet die leichte Konstruktion der Auslegerverlängerungen aber derart, dass die Kohlefasern brechen können.
Die Lösung des Problems ist einfach aber technisch aufwändiger als die Viertelkreismethode.
Von einem Sammelpunkt aus werden die drei Leinen zu den Verankerungspunktengeführt. Dort laufen sie über Ösen (oder Umlenkrollen) zu den Auslegern der Plattform, die beim Start jetzt auf dem Nadir steht. (siehe Skizze)
Durch gleichzeitiges Leinelassen aller drei Leinen hebt das Schwebegerät jetzt senkrecht ab. Durch Einholen der Leinen kehrt es wieder auf den Nadir zurück. Der Platzbedarf beschränkt sich jetzt nur noch auf das Verankerungsdreieck.
Fazit: Wird der horizontale Winkel zwischen A1, dem Gerät und A2 im Startvorgang bei der Viertelkreismethode zu klein, so muss die Senkrechtmethode angewandt werden.
Steuersternmethode (Video 1) (Video 2)
Die erfolgreichen Versuche, den Abstand der Verankerungspunkte immer weiter zu verkleinern, führten zu der nahe liegenden Überlegung, ein transportablesVerankerungsgestell zu entwickeln, von dem aus das Schwebegerät senkrecht starten und landen kann und welches während des Betriebes bei Bedarf beweglich ist.
Das Ergebnis ist der STEUERSTERN.
Der Abstand zwischen dem Nadir und denVerankerungspunkten beträgt hier nur noch ca. 1 m. Bei einer Schwebehöhe von 30 m beträgt der Leinenwinkel ca. 88°.
Das System wurde bereits erfolgreich bis zu dieser Höhe getestet.
Vorausgesetzt es ist genügend hoher Schubüberschuss vorhanden, schwebt die Plattform ruhig in der Luft. Es bauen sich allerdings bei unruhiger Handhabung Drehschwingungen auf, die bei dem steilen Leinenwinkel schnell zu einem Überkreuzen der Leinen und zum Absturz führen können. Dieses Problem könnte bei der Weiterentwicklung des Systems durch eine mechanische Entkoppelung zwischen Auslegerteil und dem Rest der Plattform gelöst werden.
Konstruktion
Der Steuerstern besteht aus einem ca. 30 cm langen runden Zentralstab von 5 cm Durchmesser.
Auf das obere Ende wird eine runde, 5 cm dicke Hartschaumplatte von ca. 30 cm Durchmesser aufgeschoben. Diese Platte dient als Start- und Landeplattform.
Unterhalb dieser Plattform sind drei 1m lange Verankerungsstäbe von 10mm Durchmesser um 120° versetzt horizontal befestigt. An jedem Verankerungsstabende befindet sich eine vertikale Bohrung.
Am unteren Ende des Zentralstabes sitzt eine Spule, auf der 3 Leinenaufgewickelt sind. Zwei Leinen laufen durch eine Öse zu den beidseitig der Spule liegenden Bohrungen der Verankerungsstäbe. Die dritte Leine läuft zunächst durch die Öse und dann durch eine Querbohrung im Zentralstab zu der Bohrung des gegenüberliegenden Verankerungsstabes.
Von den 3 Bohrungen der Verankerungsstäbe laufen die Leinen zu den Auslegerenden des auf der Plattform stehenden Archaeo-Opterix.

Bedienung
Der Steuerstern kann entweder mit einer Hand senkrecht gehalten (handgeführt), oder auf einen senkrecht auf dem Boden stehenden Verlängerungsstab aufgesteckt werden (bodengestützt). Nachdem die Motoren
mit der Fernsteuerung auf Volllast gesteuert sind, wird die Spulenbremse gleichmäßig gelöst, sodass der Archaeo-Opterix gleichmäßig senkrecht bis auf seine Sollhöhe aufsteigt.
Das Schwebegerät kann nun mit langsamen Bewegungen gedreht oder in seiner Position verschoben werden. Dazu wird beim bodengestützen Einsatz der Verlängerungsstab angehoben. Es muss allerdings darauf geachtet werden, dass der Zentralstab immer senkrecht gehalten wird und alle Bewegungen sehr langsam ausgeführt werden.
(Theoretisch und praktisch sind auch Bewegungen des Zentralstabes aus der Senkrechten heraus, oder Fluglageänderungen durch Verkürzung einzelner Leinen möglich. Dieses "Kunstschweben" ist zur Zeit für die Dokumentationsaufgaben uninteressant und muss noch ausgiebig getestet werden.)

Mai 2010
Verbesserte Fesselungen

Y-Fesselung
Im Frühjahr 2010 wurde bei Versuchen zur Verbesserung der Stabilität zunächst die "Y-Fesselung" entwickelt.
Es stellte sich heraus, dass diese Fesselungsvariante im Gegensatz zur bisher angewandten "einfachen Fesselung" zu wesentlich stabileren Schwebeeigenschaften führte.
Bei der "Y-Fesselung" werden die drei zum Schwebegerät führenden Leinen etwa ein bis zwei Meter vor dem Gerät Y-förmig geteilt und an zwei Auslegern befestigt. Der Knotenpunkt der Y-Aufteilung muß dabei beweglich bleiben. (Verbindungsleine zwischen den Auslegern durch die Leine zum Bodenanker durchschlaufen!) Dies führt dazu, dass die drei Bodenanker nicht mehr mit jeweils einem sondern mit zwei Auslegern verbunden sind. Hierdurch wird die bei der "einfachen Fesselung" immer vorhandene Tendenz zu horizontalen Drehschwingungen stark unterdrückt.

V-Fesselung
Eine noch weiterführende Verbesserung der Stabilität zeichnet sich ab, wenn die Y-Fesselung zu einer V-Fesselung erweitert wird. Hierbei wird sozusagen der obere Teil des Ypsilon nach unten hin bis zum Bodenanker verlängert. Es führen dann sechs Leinen von der Aufwickelvorrichtung zu den Bodenankern und von dort aus zu den drei Auslegern. Unbedingt zu beachten ist, dass die Leinen bei dieser Fesselung nicht fest
mit den Auslegerenden verbunden sein dürfen, sondern durchgeschleift werden müssen!
Erste Versuchsschwebefüge zeigten
bei nur leichtem Schubüberschuss bereits eine extreme Stabilität

Herbst 2010

Nach weiteren ausgiebigen Untersuchungen zu verschiedenen Fesselungsvarianten bei Senkrecht- und Schrägflug und einer Studie zum Stabilitätsverhalten bei unterschiedlichen Schwerpunktlagen wurde im Herbst 2010 beschlossen einen zweiten, leistungsstärkeren AO zu konstruieren.

Der Grund hierfür war der Wunsch schwerere, leistungsstärkere Kameras einzusetzen und ein seitliches Heranschweben (Schrägflug) über Grabungsflächen zu ermöglichen, bei denen ein Betreten vermieden werden muss.

Primäres Ziel war daher eine Verdreifachung des Schubüberschusses. Hierdurch sollte die Stabilität des AO bei größerer Nutzlast (Spiegelreflex-, Wärmebild-, Bridgekamera) und beim Schrägflug gewährleistet werden.

Es wurden zwei Konzeptionslinien festgelegt:

Konzeption I

1. Verdreifachung der bestehenden und erprobten Komponenten

2. Ersatz des Kohlefaserwerkstoffes durch Aluminium

Konzeption II

1. Ein Koaxialrotorantrieb mit einem Motor und einem Getriebe

2. Beibehaltung des Kohlefaserwerkstoffes

 

Zunächst wurde bis zum Frühjahr 2011 die Konzeption I (siehe Archaeo-Opterix II) verwirklicht.

Herbst 2011

Nach einer Konstruktions- und Aufbauphase (Frühjahr / Sommer 2011) wurde der Archaeo-Opterix II im Herbst 2011 in Betrieb genommen.

Mit einem Schubüberschuss von ca. 2100g (Video) und einer Schwebezeit von ca. 6 Minuten bei Volllast erfüllt er die geplanten Vorgaben. Der Schrägflug (Video) über nicht betretbares Gelände erfolgt mit einer Klassischen Leinenvariante bei der die in Schrägflugrichtung zeigende Leine gegenüber den beiden anderen Leinen um 30% bis 50% verkürzt ist.