F-5 Tiger II – bitte einmal drucken!

Diese beinhalten ein Schäumungsadditiv, das ab ca. 200° Düsentemperatur aktiviert wird. Daraus resultiert ein poröses Gefüge, welches an einen Schwamm oder bereits bekannte expandierte Kunststoffe erinnert (Styrofoam, EPP und Ähnliches). Damit lassen sich Strukturteile mit einem sehr guten Gewichts-Steifigkeits-Verhältnis realisieren. Noch einen obendrauf legte die niederländische Firma Colorfabb, welche mit ihrem Filament LW-PLA HT das Material wärmebeständig und somit auch sommertemperaturtauglich macht. Dies war für mich eine Motivation genug, das Tiger-Projekt positiv gestimmt in Angriff zu nehmen.

Wichtige Erkenntnisse in Bezug auf die Verarbeitung, Konstruktion und Auslegung von Wandstärken mit dem neuen Filament konnte ich bei meiner letzten Mirage-Version gewinnen, welche komplett aus LW-PLA HT gedruckt wurde. Ich wusste nun sehr genau, wie der Tiger konstruiert werden muss und was für ein Abfluggewicht zu erwarten ist. Mir schwebte vor, den Tiger mit ca. 2 m Rumpflänge zu bauen. Zu Beginn suchte ich im Internet nach brauchbaren Dreiseitenansichten und skalierte diese im CAD auf die gewünschte Grösse. Es zeigte sich, dass ein 100 mm Impeller von den Ein- und Austrittsquerschnitten am besten geeignet ist. Wie bei den meisten Impellermodellen musste der Einlass vergrössert werden, in meinem Fall aber in einem moderaten Rahmen. Die Lufteinlasssthematik entschärft ich zusätzlich, indem ich den ganzen Antrieb als «Open-Duct» auslegte. Der Impeller kriegt eine Einlasslippe, um die einströmende Luft zu glätten, auf einen geschlossenen Ansaugkanal wird verzichtet. Dies bringt den Vorteil, dass etwas Gewicht gespart wird und zusätzlich Luft angesogen werden kann, z.B. durch die Fahrwerkschächte.

Bei der Wahl des Profils startete ich mit einer Internetrecherche, da ich etwas ratlos war, was wohl für den Tiger am besten geeignet ist. Ich fand ein Video einer etwas grösseren Maschine, welche mit einem RG-14 sehr ansprechend flog. Für das Höhenleitwerk wählte ich ein 10% dickes symmetrisches HQ-Profil, welches in den zu erwartenden Reynoldszahlen und Anstellwinkeln gut funktioniert. Beim Pendelhöhenleitwerk soll die Drehachse richtig gewählt sein, ansonsten droht im Flug Ärger. Sitzt der Drehpunkt zu weit hinten, ist die Eigenstabilität dahin, das Ruder kann vom Luftstrom bei hoher Geschwindigkeit ausgelenkt werden. Sitzt er zu weit vorne, wird die Kraft, um das Ruder auszulenken, bei zunehmender Geschwindigkeit enorm gross. Beides kann zu einem Verlust des Modells führen.

Nachdem alle vorgängigen Fragen geklärt waren, konnte ich ans CAD sitzen und das Modell ausarbeiten. Der Rumpf wird mit einer 3 mm dicken Hülle gezeichnet, Spanten und sonstige Einbauten geben Stabilität. Sämtliche Teile werden ohne Rippen und Verstrebungen als «volles Volumen» modelliert. Dies bringt den Vorteil, dass das Gewicht und die Steifigkeit einfach über den Slicer gesteuert werden kann. Der Slicer wandelt die zu druckende Teile in einen Maschinen-code mit X-,Y- und Z-Koordinaten um. Die Steifigkeit der gedruckten Teile wird über Infill, Perimeter und Anzahl Boden-/Deckelschichten gesteuert. Sehr gute Ergebnisse erzielte ich mit ca. 5% Gyroid Infill, 2 Perimeter à 0,35 mm, jeweils 4 Boden-/Deckelschichten bei einer Schichthöhe von 0,2 mm. Das heisst, dass die Aussenwandung eine Dicke von 0,7 mm, der Boden und Deckel von 0,8 mm aufweist. Nebst den grossen Strukturteilen aus LW-PLA HT gibt es natürlich auch unzählige andere, meist kleinere Teile, welche ich aus PETG, PCTG oder TPU drucke. Diese sind Fahrwerksaufnahmeplatten, Ruderscharniere, Servoaufnahmen mit Abdeckung, Flügelarretierungen, Fahrwerksbeine, Gestänge, ja sogar die Gummiräder... Die Liste lässt sich fast beliebig erweitern, total besteht der F-5 Tiger aus knapp 160 3D-Druckteilen. Die grosse verfügbare Materialvielfalt erlaubt es, für den jeweiligen Einsatzzweck und die zu erwartende Belastung das ideale Material dafür zu wählen.

Sind die Teile einmal gedruckt, schreitet der Zusammenbau dank Sekundenkleber sehr zügig voran. Es ist tatsächlich möglich, an einem Abend aus einem Haufen Teile einen 2 m langen Tiger zusammenzusetzen. Die Freude ist jeweils gross, wenn das Modell nach so kurzer Zeit auf dem Tisch steht! Zeitlich fast aufwendiger ist das ganze Konfektionieren von Kabelbäumen und der Einbau der Elektronikkomponenten. Total sind 11 Servos verbaut, das elektronische Einziehfahrwerk stammt von Electron Retracts, der Impeller von Wemotec (Midi Fan100 evo/HET 700-75-1050), kombiniert mit dem leichten Regler MavSense IBEX 120HV. Apropos Gewicht, am Ende des Baus zeigte die Waage mit einem 12S4200 mAh Lipo genau 6 kg an, was sehr nahe an meine anfänglichen Gewichtsrechnungen kommt.

Der Erstflug fand an einem Wochenende im April in Riggisberg statt. Nach dem Zusammenbau und einem ausführlichen Funktionscheck wurde der Gasknüppel zügig nach vorne geschoben. Der Tiger rauschte ab und war nach einem Hüpfen bei ca. ¾ der Pistenlänge in der Luft. Von Anfang an war der Tiger sehr präzise zu steuern. Das vordere Fahrwerk liess sich leider nicht einfahren, was aber der Freude keinen Abbruch tat. Es wurden diverse Vorbeiflüge mit unterschiedlichen Klappenstellungen und Geschwindigkeiten geflogen. Beim langsamen Landeanflug mit voll ausgefahrenen Landeklappen zeigte sich dann doch noch ein spannendes Phänomen. Der Tiger kippte über die Längsachse (Rollbewegung) von einer Seite auf die andere Seite, war aber immer gut steuerbar. Eine Recherche brachte zutage, dass das Phänomen «Wing Rock» heisst und in der manntragenden Luftfahrt bekannt ist. Die NASA hatte dies sogar in den vergangenen Zeiten unter anderem am F-15 untersucht. Beim zweiten Landeanflug setzte der Tiger flügel-schwenkend, aber ohne Schaden auf, die gedruckten Federbeine haben's auch überlebt. Die Freude über den gelungenen Erstflug war bei allen Anwesenden gross, so startete ich kurze Zeit später zum zweiten Flug. Dieser zauberte nach halber Flugzeit fragende Blicke in die Gesichter, als bei einem Vorbeiflug plötzlich das Impellergeräusch verstummte. Nach einem dumpfen Landegeräusch ausserhalb des Sichtbereiches machte sich sogleich ein Zwei-Mann-Suchtrupp zur Bergung auf. Fazit, «hätt nid müesse si», leider die bereits geflogenen Akkus nochmals eingesetzt, Telemetriedaten auch nicht beachtet... Nun wurde mir klar, dass das Elterntsein mit schlaflosen Nächten in solchen Situationen seinen Tribut fordert... Doch anstatt Trübsal zu blasen, überlegte ich mir sogleich, welche Verbesserungen in eine zweite Version einfließen sollen. Schlussendlich wechselte ich das Profil auf ein auftriebstärkeres, verlängerte die Tragflächen um 25 mm je Seite, schob das Fahrwerk 25 mm nach vorne, verkleinerte den Akkuschacht, um noch etwas mehr Luftdurchfluss im Rumpf zu ermöglichen und realisierte noch diverse kleinere Optimierungen. So stand im Juli ein neuer Tiger in Riggisberg auf der Piste. Siehe da, das Ding fliegt ja nochmals bedeutend besser! Besonders die Langsamflugeigenschaften sind nun wirklich beeindruckend geworden und das «Wing Rock»-Phänomen ist verschwunden. Das Landen ist ein wahres Vergnügen, es ist möglich, den Tiger fast wie einen Segler gemütlich mit etwas Schleppgas reinzuweben. Nach 5 problemlosen Flügen war es an der Zeit, die Lackierung umzusetzen. Die einen oder anderen mögen sich vielleicht an die «75 Jahre Fliegerstaffel 19»-Lackierung mit dem Schwan auf dem Seitenleitwerk erinnern. Diese sollte es werden. Vor dem finalen Lackieren spachtelte ich Defekte in der Oberfläche mit Leichtspachtel Moltofill Champion aus. Danach wurden ca. 2 bis 3 Anstriche mit PU-Treppenlack auf die Flächen aufgetragen. Zwischen den Anstrichen wurde immer wieder geschliffen. Für die grossflächigen Farbanstriche verwendete ich die Sprühdosen MTN Water Based. Beim Seitenleitwerk kamen Airbrushfarben von Vallejo zum Einsatz. Die Sprühschablonen erstelle ich jeweils mit dem Schneideplotter.

Das fertige Ergebnis überzeugt nicht nur in der Luft, auch in der Werkstatt ist der F-5 Tiger ein freudiger Anblick. Vielleicht kann ich mit diesem Bericht den einen oder anderen motivieren, sich auch ins Abenteuer der gedruckten Flieger zu stürzen. Wem das Drucken alleine reicht und wer das Konstruieren gerne anderen überlässt, die Druckdaten sind auf www.mb-innov8tive.ch verfügbar. Ich meinte gehört zu haben, dass noch weitere Jets folgen sollen... Filament ist in genügender Anzahl am Lager, die Drucker in bestem Zustand, Ideen immer zur Genüge vorhanden, da kann fast nichts mehr im Weg stehen. Happy printing!