Wie Ornithopter Fliegen

Längsschnitt durch den Rumpf
mit Blick auf die Schlagflügel-Antriebsmechanik. Die Zeichnung zeigt insbesondere die Schaukel (Sch) in der Seitenansicht mit ihren Einbauten. Außerdem ist die Lage des Getriebes (AW, Z1, Z2) mit seinem Kettenritzel (TR) bezogen auf den Triebstock dargestellt.

Draufsicht auf die Schaukel
Die Schaukel ist ein Sperrholzrahmen mit eingebauten Antriebskomponenten. Der Rahmen hängt an den Lenkern wie eine Schaukel.

Rumpfquerschnitt bei den Anlenkungen
der Flügelanschlussrollen. Die Lenker (L) verbinden die Schaukel (Sch) mit dem inneren Hebelarm (F) der Flügelanschlussrolle (W) bzw. des Flügels. Zur Verstärkung des Rumpfes sind auf beiden Seiten je zwei Kohlefaserrohre (R) eingeklebt. Sie laufen vorne und hinten an der Rumpfwand dünn aus.

Rumpfquerschnitt durch die Kompensationsfeder
Im Gleitflug bewirkt der Auftrieb ein nach oben gerichtetes Drehmoment des Flügels. Die Kompensationsfeder kompensiert bzw. gleicht dieses Drehmoment am inneren Flügelhebelarm aus. Der Auftrieb ist aber während des Aufschlags kleiner und beim Abschlag größer als im Gleitflug (siehe Rechenprogramme, z. B. Orni 1). Im Schlagflug mit Kompensationsfeder muss daher der Motor den Drehmomentunterschied zwischen Gleit- und Schlagflug aufbringen. Dieser Unterschied ist aber relativ klein. Auf diese Weise ist der Motor während der ganzen Schlagperiode gering und relativ gleichmäßig belastet.

Außerdem unterstützt die Kompensationsfeder die Einstellung und Einhaltung der Gleitflugstellung während des Fluges. Auch die Variation der Taktzeiten von Auf- und Abschlag ist je nach Einstellung der Feder möglich. Darüber hinaus kann man in ihr die Aufschlagenergie des Flügels zwischenspeichern.

Die Feder ist hier als aufpumpbare bzw. einstellbare Gasfeder ausgeführt. Sie arbeitet mit einem mittleren Betriebsdruck von etwa 3,2 bar [320 kPa] und hat dabei eine Federkraft von 460 N. Der maximal zulässige Druck beträgt 5 bar.

Als Abdichtung zwischen Kolben (K) und Zylinder wird eine Rollmembrane (RM) verwendet. Sie ist reibungsarm und in der Zeichnung gut zu erkennen.

Den Druckbehälter (D) habe ich aus glasfaserverstärktem Epoxydharz über einer Form aus Kerzenwachs hergestellt (siehe hierzu Zeichnungen des Druckkessels, PDF 160 KB).

Rumpfquerschnitt bei der Endlagenfeder
Diese Stahlfeder wirkt über den inneren Flügelhebelarm insbesondere auf die Masse des Flügels. Die maximale Federkraft beträgt etwa 1000 N. Im Bereich der oberen und unteren Schlagendlage bremst sie die ankommende Flügelmasse zunächst ab, und beschleunigt sie dann wieder in die entgegengesetzte Richtung.

Die dargestellte Konstruktion ermöglicht es, nur eine Druckfeder für beide Schlagendlagen der Flügel zu verwenden. Unter bestimmten Voraussetzungen kann man aber in der unteren Schlagendlage auf eine Federung verzichten (siehe Antrieb-Funktionsbeschreibung vom Ornithoptermodell EV8).

Ohne die Endlagenfeder müsste der Motor bei jedem Flügelschlag zweimal das Drehmoment zur Beschleunigung der Flügelmasse aufbringen. Das ist aber mit entsprechenden Energieverlusten verbunden. Es ist besser, der Flügelmasse mithilfe einer Feder die Schwingung zu ermöglichen.

Rumpfquerschnitt am Triebstock
Man sieht insbesondere eine Rolle (RO) in ihrer Führungsbahn. Diese Rolle führt das Triebstockritzel (Kettenritzel) rund um den Triebstock (TS).

Triebstockfassung und Stahlbolzen

Jochblech und der Triebstockrahmen
mit der Führungsbahn der Rolle

Triebstock montiert
Er besteht aus der Triebstockfassung und 6 Stahlbolzen, die mit Rollen bestückt sind (von einer Rollenkette mit einer Teilung von 6 mm).

Kettenritzel und Fürhungsrolle

Längsschnitt durch das Getriebe
mit dem Triebstock des Modells EV7