Luftkissen

Ich entschied mich für das Modell von Hegi. Als Motoren für Hub und Vortrieb kam jeweils ein Mabuchi 500 zum Einsatz. Die Zellen hatten sagenhafte 1.200mAh und kosteten ein Vermögen. Das Modell war ca. 50 cm breit, 100 cm lang und schwebte etwa 2-3 cm hoch. Es konnte sowohl auf dem Land als auch auf Wasser fahren.

Auf dem Land ist es “etwas“ schwer zu steuern, was für ein Luftkissen allerdings normal ist. Man muss schon lange vor der Kurve lenken, damit das Boot dann dort eine Kurve fährt wo es soll. Wenn das Modell steht fängt es, bedingt durch das Drehmoment des Hubmotors, sich langsam an um sich selbst zu drehen. Auf dem Wasser ist die Steuerung bedeutend einfacher, da das Modell durch die Wellen immer einen leichten Kontakt zum Wasser hat und der Abdrift nicht so extrem ist. Die Geschwindigkeit auf dem Wasser war, für damalige Verhältnisse, mit schätzungsweise 40-50 km/h der helle Wahnsinn.

Irgendwann im Sommer 2000 habe ich, bei einem Freund, der mir bei der Fliegerei geholfen hat, einen ungenutzten Impeller gefunden. Wir überlegten, was man um das gute Stück für ein Modell herum bauen könnte. Dabei bin ich dann wieder auf ein Luftkissenboot gekommen. Um schnell zu Ergebnissen zu gelangen, sollte es zunächst nur ein Versuchsaufbau werden. Ein Blick in die Kramkiste, eine Skizze auf der Schreibtischunterlage und los geht’s.

Der Versuchsaufbau besteht aus einer 2mm Sperrholzplatte. Die flexible Schürze wird von zwei Streifen Styrodor und etwas Balsa gehalten und wird von dem Hub-Luftstrom mit aufgeblasen. Der Antriebsmotor sitzt auf einem einfachen Halter, der wie das Ruder aus Sperrholz gemacht ist. Dann noch zwei Fahrtregler (einen für den Hub und einen für den Vortrieb) und einen Servo für das Ruder. Nach etwa 3 Stunden Arbeit der Versuchsaufbau fertig. Die Schürze hat meine Frau ein paar Tage später genäht. Dafür habe ich dünnen, mit Gummi beschichteten Stoff gekauft. Um die richtige Form zu ermitteln, habe ich zunächst Muster aus Papier gemacht, speziell die Nahtstellen an den Ecken lassen sich so exakter ermitteln.

Dann kam der spannende Moment der Jungfernfahrt (im Keller). Das Modell auf den Boden stellen und den Regler für den Hubmotor langsam nach obern schieben. Die Schürze bläst sich auf aber das Boot schwebt aber nur vorn. Das Heck blieb auf dem Boden stehen. Der Luftstrom aus dem Impeller ist anscheinend zu stark auf den Boden gerichtet. Also wieder rüber in den Bastelkeller und schnell einen Streifen Pappe in den Luftstrom geklebt (Heißkleber ist doch klasse). Der zweite Versuch, schon bei halber Kraft des Hubmotors schwebt das ganze Boot. Vorsichtshalber mal Vollgas, das Boot schwebt nun etwa 3-5mm über dem Boden. Nun wird es spannend, ein wenig Gas und schon geht es voran. Sofort den Regler für das Luftkissen wieder nach unten (Notbremse) der Keller ist wohl doch nicht der geeignet Ort zum testen. An einem der nächsten Tage habe ich das ganze dann noch mal auf der Straße probiert. Dort sind die Fahreigenschaften gut und typisch für ein Luftkissenboot. Durch die flexible Schürze stellen kleinere Gegenstände kein Problem dar (ein Kanaldeckel auch nicht). Das Boot wird auf kurzer Strecke sehr schnell. Oftmals ist die Notbremse, abschalten des Luftkissens, der einzige Weg schlimmeres zu verhindern. Die Fahreigenschaften auf dem Wasser habe ich in der Badewanne getestet. Da das Boot dabei nicht so schwebt wie ich mir das vorgestellt habe und von dem Hegi-Modell gewohnt war, habe ich es auf dem See erst gar nicht versucht. Auf Gras lässt sich das Modell ebenfalls nicht fahren.

Nun war mein Basteltrieb wieder geweckt. Um den Impeller sollte als nächstes ein “schönes“ Modell gebaut werden. Es solle etwas kleiner werden als der Versuchsaufbau. Ich war der Meinung, dass es somit etwas höher schweben müsste, da der Volumenstrom durch den gleichen Impeller konstant sei und der Spalt für den Luftaustritt kleiner ist (weniger Umfang). Dies erwies sich bei den nachträglichen Betrachtungen der Physik allerdings als fundamentaler Fehler.

Als Inspiration für die Form des Modells dienten diverse Bilder aus dem Internet. Das ganze Boot besteht aus einem Balsa-Gerippe und ist mit Balsa beplankt. Zur Erhöhung der Stabilität wurde das gesamte Modell noch mit Glasfaser und Epoxi überzogen. Der Kasten für die RC-Anlage steht etwas nach unten über, sodass das Modell bei einer Notbremsung darauf rutscht. So wird die Schürze nicht in Mitleidenschaft gezogen. Der Antriebsmotor ist in einer “Röhre“ untergebracht hinter der ein Doppelruder angebracht ist. Das Modell sieht zwar gut aus, aber leider sind die Fahreigenschaften auch nicht besser als bei dem Versuchs-Modell. Weiterhin zeigte sich, dass meine Annahme zur Schwebehöhe nicht stimmte. Das Modell schwebte zwar ausreichen hoch und kann auf glatten Flächen auch gut gefahren werde. Auf dem Wasser und im Gras ist es aber ebenfalls nicht fahrbar. 

In der Hoffnung, mit einer Erhöhung der Schwebehöhe auch auf dem Wasser akzeptable Fahreigenschaften zu erreichen, habe ich mich an den Physikunterricht in der Schule und während des Studiums erinnert. Im Bau eines weiteren Modells sah ich keine sinnvolle Möglichkeit, zumal ich nur den einen Impeller hatte. Im Internet habe ich dazu leider nichts Brauchbares gefunden. Nach einem Gespräch mit einem Freund, der Physiklehrer ist, entstand folgende Überlegung, die für den statischen Schwebezustand gilt.

Idee war, durch eine Betrachtung im statischen Zustand die Schwebehöhe in Abhängigkeit von der Geometrie (Länge und Breite) und dem Gewicht des Modells zu berechnen oder zumindest grob abzuschätzen. Nach einer Diskussion mit einem anderen Vereinsmitglied, der Maschinenbauer ist und auch schon mal ein Luftkissen-Modell gebaut hat, was auf dem Wasser ebenfalls nicht vernünftig fuhr, stellte sich heraus, dass dies nicht möglich ist. Grund dafür sollen strömungsdynamischen Prozesse sein, die an dem Luftaustritt zwischen Schürze und Boden auftreten.

Verdeutlichen lässt sich der Effekt mit folgendem Experiment:

Man nimmt ein Blatt Papier nach oben zwischen die Daumen und Zeigefinger beider Hände und lässt es nach unten hängen. Dann bläst man über das Blatt, welches dann durch den Luftstrom nach oben gezogen wird. So ein Effekt tritt wahrscheinlich auch an dem Luftaustritt zwischen Boden und Schürze auf. Anzeichen dafür ist, dass die maximale Schwebehöhe bereits erreicht wird, bevor der Regler für den Hubmotor auf Vollgas steht. Die Schwebehöhe kann durch weiteres Gasgeben nicht (merklich) gesteigert werden.

Ein Freund aus dem Verein hat dann noch eine Formel für ausströmende Flüssigkeiten aus einem Gefäß mit einem Rohr gefunden. Aber auch damit bin ich leider nicht weiter gekommen. Im Internet gibt es zwar Seiten über Modell-Luftkissenboote / Hovercrafts, aber über Berechnungen habe ich leider nur dies bei hovercrafting.de  gefunden.

Die weitere Berechnung habe ich inzwischen aufgegeben. Falls jedoch jemand, der diesen Bericht liest, sich schon mal mit einer Berechnung beschäftigt hat, wäre ich über jede Anregung dankbar.

Im Ausverkauf bei Conrad habe ich mal deren Lufkissen-Modell erworben. An dem habe ich unterschiedlichen Motoren und Hubpropeller probiert. Besser als der erste Versuchsaufbau ist es allerdings auch nie gefahren. Auf dem Wasser fuhr es ebenfalls nicht befriedigend.

Das Hegi-Modell war bisher das einzige Hovercraft-Modell, was auf dem Wasser die Fahreigenschaften eines echten Luftkissenbootes hatte.

Irgendwann werde ich mal ein SR-N6 bauen. Darüber findet man ausreichend Informationen und Bilder im Internet. Auch zu Modellen ist viel zu finden.  Es wird eine Schürze haben, aus der unten Luft ausströmen kann. Dies ist im Original auch so und ich hoffe somit diesen Effekt zu reduzieren und akzeptable Fahreigenschaften auf dem Wasser zu erzielen.

Jan. 2010

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