Wie baue ich ein ferngesteuertes Flugzeug? – Produktenwicklung bei TobyRich

Du willst dir ein ferngesteuertes Flugzeug selber bauen?

Dich interessiert ein Blick hinter die Kulissen der Produktentwicklung bei TobyRich?

Dann bist du hier genau richtig!

Denn wir wollen dich mitnehmen in die typischen Abläufe, die bei uns zur Entwicklung eines neuen Flugzeuges dazu gehören.

Keine Sorge, wir gehen nur soweit ins Detail wie nötig. Innerhalb von wenigen Minuten bekommst du einen tiefen Einblick hinter die Kulissen.

Folgende Themen behandeln wir:

  • Anforderungsprofil des Flugzeuges
  • Flugzeugkonzept
  • Antrieb: Auswahl und Positionierung
  • Flugstabilität
  • 3D-Modellierung & Prototypenfertigung
  • Testfliegen
  • Produktion des finalen Flugzeuges

Also anschnallen und los geht’s!

Anforderungsprofil – Was soll das dein Flugzeug können?

Zu Beginn des Prozesses steht natürlich die Frage, was braucht ein Flugzeug, damit es gut fliegt und was braucht der Kunde, damit er das Produkt kauft und Spaß daran hat.

Beide Fragen sind enger miteinander verwoben, als es auf den ersten Blick scheint. Für den Kunden muss das Flugzeug haltbar und einfach zu fliegen sein, gleichzeitig aber auch das Potential zu spektakulären Manövern besitzen.

Haltbarkeit bedeutet allerdings oftmals höheres Gewicht und unter höherem Gewicht leidet die Flugperformance. Die Haltbarkeit der Produkte ist für uns ein Kernthema bei der Produktentwicklung. Aus diesem Grund haben wir ein eigenes Material namens Durinum® entwickelt.

Man stellt sich also ganz zu Beginn die Frage: was muss das Flugzeug können, was wäre schön und was braucht es nicht. Man erstellt ein Anforderungsprofil. Darin enthalten sind natürlich auch die maximalen Kosten des Produktes.

Flugzeugdesign – Auf welcher Flugzeugform soll es basieren?

Auf Basis dieses Anforderungsprofils macht man sich Gedanken über das Design und das Flugzeugkonzept. Da gibt es verschiedene Herangehensweisen, aber meist stellt man sich die Frage nach der Form wie z.B. Hochdecker, Tiefdecker, Doppeldecker, Nurflügler usw. Mehr zu diesem Grundlagen findest du auch in diesem Artikel.

Flugzeugformen

Genauso bedeutsam sind die Anzahl und Position der Propeller sowie der Art des Steuerinputs. Also die Frage ob ich ein Leitwerk habe (welches Anfällig sein kann und in der Herstellung in jedem Fall komplex ist) oder die Richtungsänderung mit Hilfe meiner Motoren erreiche. Das Thema „Flugzeugsteuerung“ behandeln wir in der Tiefe in diesem Artikel.

Antrieb: Auswahl und Positionierung

Die Position der Motoren entscheidet mit über die Haltbarkeit des Produkts.

Bürstenmotoren, wie wir sie beispielsweise bei unserem Moskito verwenden, sind anfällig für Schäden bei frontaler Krafteinwirkung auf die Welle. Bei uns berührt der Moskito aufgrund seines Designs und der damit verbundenen Flugcharakteristik beim Crash immer zuerst mit der weichen EPP-Nase den Boden oder die Wand oder den Baum, wo immer man eben gegen geflogen ist. Dadurch wird so viel Energie absorbiert, dass selbst wenn die Welle dann doch noch Kontakt zu Boden, Wand, Baum etc. hat, die restliche Energie nicht ausreicht einen Schaden zu verursachen.

Der aufmerksame Leser wird nun korrekt bemerken:

„Hey beim SmartPlane Pro, da verwendet ihr doch auch Bürstenmotoren und da liegt der Propeller vorne!?“

Und das ist zweifellos richtig. Uns ist dort eine weitere Möglichkeit eingefallen, die tatsächlich in der Lage ist große Energie schadlos zu absorbieren.

Querschnitt des SmartPlane Pro

Durch eine Getriebeübersetzung erreichen wir nicht nur mehr Leistung, wir koppeln den Propeller auch von empfindlichen und nicht austauschbaren Elementen, wie beispielsweise dem Motor, ab. Die ganze Crashenergie wird in der sogenannten Prallplatte, auf die der Propeller beim Absturz trifft, aufgenommen und um den Motor und das Lager herum in die „Wirbelsäule“ des Flugzeugs, ein durchgehender Karbonstab, geleitet.

Am sichersten (und einfachsten) was die Haltbarkeit angeht, sind aber Druckpropeller. Diese sind meist an der Flügelhinterkante angebracht und „Schieben“ das Flugzeug an. Bei einem Absturz kann es also nicht einmal annähernd zu einer Gefährdung dieser Bauteile kommen. Allerdings sind performancetechnische Nachteile mit diesem Aufbau verbunden, wodurch sich diese Bauweise bei uns bisher nicht durchsetzen konnte.

Druckpropeller

Die andere baulich bedingte Vereinfachung (und damit einhergehend, geringere Anfälligkeit bei Abstürzen) ist der Verzicht auf ein Leitwerk. Das klingt im ersten Moment verrückt, denn wie soll man ohne Höhen- und Seitenruder das Flugzeug steuern? Tatsächlich geht das bei entsprechender Auslegung erstaunlich simpel. Es reichen schon zwei Motoren, jeweils einer pro Tragfläche, um die essentiellen Steuerfunktionen (links, rechts, hoch, runter) zu ermöglichen. Der Kurvenflug wird ganz einfach darüber erreicht, dass der linke oder rechte Propeller schneller dreht und das Flugzeug dementsprechend in eine Kurve gezwungen wird. Die Höhe wird über die Fluggeschwindigkeit gesteuert, indem beide Propeller gleichzeitig schneller (steigen) oder langsamer drehen (sinken). Damit hat man alle Funktionen die man braucht um ein Flugzeug sicher in der Luft zu manövrieren.

Die Zwei-Kanal-Steuerung

Flugstabilität

Nun fliegt man ein Flugzeug ja meistens draußen, wo man viel Platz hat. Dort herrscht aber nur selten Windstille, so dass in der Auslegung eines Flugzeugs ein weiterer Faktor von entscheidender Bedeutung ist: die Flugstabilität. Diesee beschreibt das Bestreben des Flugzeugs bei Störungen in den Ausgangszustand zurückzukehren.

Unter Störungen werden hier ganz einfach Luftbewegungen verstanden. Man kann ein Flugzeug so auslegen, dass es wie ein Brett in der Luft liegt; Windböen lenken es kaum aus und es findet praktisch sofort in seinen normalen Flugzustand zurück. Das bedeutet aber auch, dass es kaum Kurven fliegt und nur langsam steigt und sinkt. Nicht unbedingt das Flugverhalten, dass wir uns für unsere Kunden wünschen. Auch hier muss also wieder ein Kompromiss zwischen Stabilität und Manövrierbarkeit, bzw. Flugperformance gefunden werden.

3D-Modellierung & Prototypenfertigung

Hat man sich über all diese Dinge Gedanken gemacht, so wird am Computer ein 3D-Modell erstellt und ein erster Prototyp gebaut, an dem man neben der Aerodynamik auch verschiedene Batterien, Motoren und Propeller ausprobiert.

3D-Modellierung SmartPlane Pro

Die Teile für das Flugzeug stellen wir mit unserer Fräse und dem 3D-Drucker her, um das Design zu testen. Dabei achten wir bereits zu diesem frühen Zeitpunkt darauf, unsere Teile so zu designen, dass sie in der späteren Massenproduktion einfach und damit günstig herzustellen sind. Das fängt bei simplen Dingen wie Fertigungstoleranzen und minimalen Wandstärken an und geht bei dem Bestreben weiter die Teile so zu gestalten, dass einfachste (und damit günstige) Fertigungsverfahren für deren Herstellung verwendet werden können. Dabei stellt sich die Fräse als guter Maßstab heraus. Denn alles was wir auf unserer 3-Achsen-Fräse von zwei Seiten herstellen können, lässt sich auch aus zwei Halbschalen Spritzgießen oder Schäumen. Auch was die Materialien angeht, die wir für unsere Prototypen verwenden, so versuchen wir möglichst nah am späteren Produkt zu sein, um Gewicht, Haltbarkeit und Performance so gut es geht zu simulieren.

Testfliegen

Hat man den ersten Prototypen in der Hand, so beginnt der eigentliche Spaß, das Testfliegen. Zu Beginn arbeiten wir mit einer Fernsteuerung, da man mit den Steuerknüppeln einen klar definierten Steuerimpuls geben kann. Das ermöglicht uns am präzisesten die Performance des Flugzeugs einzuschätzen. Haben wir dann einen guten Kompromiss aus Performance und Haltbarkeit gefunden, integrieren wir die Smartphone-Steuerung zusammen mit unserem Elektroingenieur. Zeitgleich beginnt die Zusammenarbeit mit unseren Software- und App-Entwicklern um den Flugalgorithmus zu entwickeln, der es dem Nutzer so einfach macht, das Flugzeug zu fliegen.

Bevor wir mit der Massenproduktion starten, führen wir noch einen User-Test durch. Dazu bauen wir ungefähr 5-10 Exemplare unseres finalen Prototypen. Meist führt das Feedback dazu das App-Design anzupassen, um die Benutzerfreundlichkeit zu erhöhen. Es kommen aber auch immer wieder gute Verbesserungsvorschläge, die wir nach Möglichkeiten noch einbauen.

Produktion des finalen Flugzeuges

Anschließend beginnt die Produktionsphase. Derzeit produzieren wir in Zhongshan in China und spätestens für den Produktionsstart fliegt einer von uns dort hin, um vor Ort jeden einzelnen Handgriff abzunehmen. Es sind dutzende Schritte notwendig, bis aus den Einzelteilen ein fertig Verpacktes Produkt wird. Oft stellen sich beim Durchgehen der einzelnen Schritte noch Details heraus, die von den Arbeitern vor Ort nicht korrekt verstanden wurden. Daher ist es in jedem Fall unerlässlich für ein ordnungsgemäß funktionierendes Flugzeug, jeden noch so kleinen Arbeitsschritt zu checken. Das ist zwar mitunter eine ziemlich ermüdende Arbeit, doch hält man am Ende das erste Exemplar von der Produktionslinie in der Hand und es sieht toll aus und fliegt perfekt, dann hat sich der Aufwand definitiv gelohnt!

Über unsere Produktion in China haben wir im Frühjahr 2017 eine kleine VLOG-Serie gedreht und bei YouTube veröffentlicht. Hier Folge drei vom VLOG: „Production Start“ vom SmartPlane Pro.

Wir hoffen der Artikel hat euch bessere Einblicke in die Produktentwicklung bei TobyRich gegeben. Wenn ihr weitere Fragen dazu habt, postet diese gerne in die Kommentare unten. Wir freuen uns auf euch Anregungen und Fragen.

Kommentar hinterlassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.