Vibrationen am Three Dee NT
Three Dee NT: vibration causes

ergänzt mit allgemeinen Informationen / updated with general information

Das Phänomen

The phenomenon

Nicht alle Three Dee NTs sind gleich, dies haben vor uns schon viele andere festgestellt. So hatten manche Maschinen beispielsweise von Anfang an Probleme mit dem großen Delrin-Riemenrad, andere dagegen nicht. Vielfach wurde auch über ein Schütteln im mittleren Drehzahlbereich (1.600 – 1.700 U/min.) geklagt, die Ursache hierfür schien etwas Spiel des Rotorkopfzentralstücks auf der Rotorwelle gewesen zu sein.

Wie auch immer, bei uns liefen die Maschinen nach ein paar kleinen Nachbesserungen weitgehend störungsfrei. Erst zum Frühjahr zeigte sich vor allem bei einer Maschine eine starke Vibration bei einer 3D-Drehzahl von 1.800 bis 1.900 U/min – mal war das Phänomen stärker ausgeprägt, mal schwächer. Im Laufe von Wochen haben wir systematisch Komponenten des Helis ausgewechselt, darunter fielen unter anderem:

As many people know by now, not every Three Dee NT is like the other. Some helis had problems with the large delrin drive wheel right from the beginning, others didn’t. There have been some reports on the machine shaking around headspeeds of 1,600 to 1,700 rpm, the cause of which seemed to be a little free play of the head block on the main shaft.

As for us, we’d been lucky since after a few minor modifications our machines performed quite well. It wasn’t until this past Spring that one of the machines began to shake violently at 3D head speeds of 1,800 to 1,900 rpm – sometimes the phenomenon was more apparent, sometimes it was weaker. We’d been trying to fix this kind of vibration for weeks by replacing components systematically. Among other things we exchanged:

- Hauptrotorblätter / main blades

- Heckrotorblätter / tail blades

- Paddelstange vermessen / flybar checked for balance

- Dämpfungsgummis Hauptrotor / damper O-rings main rotor

- Blattlagerwelle / feathering spindle

- sämtliche Lager im Hauptrotorkopf / all main rotor bearings

- Hauptrotorwelle / main shaft

- Domlager / main shaft bearings

- Heckrotorwelle / tail shaft

- BLW-Delrinlagerbuchsen / delrin feathering spindle supports

- sämtliche Lager im Heckrotor / all tail rotor bearings

- Hauptantriebsriemen / main drive belt

- Schubstangenführung HeRo versetzt / tail pushrod support moved

- Umbau kompletter HR-Kopf von vibrationsfreier Maschine / complete main rotor from a second, vibration free machine mounted

- Wechsel Kupplungsglocke (im Zuge des Wechsels der Untersetzung von 1:7,7 auf 1:8,3) / exchange of clutch bell (along with change of gear ratio from 1:7.7 to 1:8.3)

Alle diese Aktionen waren wenig erfolgreich. Wir haben daher die Maschine ohne Hauptrotorblätter laufen lassen und sukzessive das Heck abgebaut. Obwohl die Situation am Boden nicht mit der in der Luft vergleichbar ist, schien der Heli bereits ohne HeRo-Nabe ruhiger zu laufen. Montage der Nabe bzw. später des gesamten Hecks von einem vibrationsfreien NT brachte aber wiederum keine Besserung.

All of the above actions were not overly successful. We eventually powered up the heli without main blades and dismounted the tail step by step. Even though things are somewhat different on the ground the whole machine seemed to run more smoothly without the tail hub. Mounting a different tail hub and even a complete tail from another, vibration free NT, however, did not improve things.

Die Ursache

Vibration cause

Dazu noch folgende Beobachtung: Wird die Riemenspannung erniedrigt, so verschiebt sich das Vibrationsproblem zu niedrigerer Drehzahl; bei 3D ist sie dann nach wie vor vorhanden, jedoch weniger stark ausgeprägt. Erhöht man die Spannung, so merkt man bei ca. 1.600 U/min. fast nichts, bei hoher Drehzahl wird das Schütteln dafür umso heftiger. Das Phänomen ist stark temperaturabhängig, daher hat es auch eine ganze Weile gedauert, bis wir es zweifelsfrei als Heckriemenresonanz identifiziert haben.

Bei Vibrationen gibt es stets zwei Komponenten: Die verursachenden, und die verstärkenden. Verursacher können prinzipiell alle bewegten Teile sein, ebenso Spiel in Lagern, etc. Verstärker sind Teile wie Riemen, Heckstreben, Leitwerke, Kufen, etc. oder ganze Baugruppen, deren Eigenfrequenz mit der Verursacherfrequenz übereinstimmt. Daß der Heckriemen des TDNT bei hohen Drehzahlen merklich zu schwingen beginnen kann, ist eine konstruktiv bedingte, unglückliche Tatsache – interessanterweise ist das Phänomen bei manchen TDNTs kaum spürbar.

Zumindest bislang brachte ein Wechsel des Motors (vormals O.S. MAX 91 SX-HGL, jetzt O.S. MAX 91 SX-HGL C-Spec.) merkliche Besserung. Das Aggregat war gerade mal 35 Stunden bei durchweg ausreichend fetter Einstellung in Betrieb. Anmerkung: Die Motorvibration wurde womöglich durch ein defektes Kurbelwellenlager verursacht (leider können wir das nachträglich nicht mehr prüfen). Derartige Lager können bereits nach ca. 150 Flügen verschlissen sein.

Here’s another interesting observation: if the tension of the tail drive belt is lowered the heli tends to shake at lower RPM; the vibration is still present at 3D head speed, but a lot weaker than before. If the tension of the belt is increased, almost no shaking at all is visible at 1,600 rpm, whereas at a higher head speed the heli is close to falling apart. Since the phenomenon is noticeably dependent on the temperature it took us a while to clearly identify the vibration as a resonance of the tail drive belt.

There’s always two kinds of components when vibrations are concerned: the generating ones, and the amplifying ones. Vibration generators can be all sorts of moving parts as well as free play e.g. in bearings. Amplifiers can be parts like belts, tail boom supports, fins, landing gear, etc. that have the same natural frequency as the vibration generator. It’s a matter of construction that the TDNT tail belt can develop a resonance at higher head speeds. It is worth mentioning that the problem is less apparent on some machines.

At least up to now a change of the engine helped a whole lot to reduce the vibrations; we changed from an O.S. MAX 91 SX-HGL to an O.S. MAX 91 SX-HGL C-Spec. The old engine had run (on the rich side) for approximately 35 hours only. Note: A reason for the engine vibrating might have been a defective crankshaft bearing (unfortunately we cannot check this anymore). Such bearings can be worn out after about 150 flights only.

Hat nach ca. 35 Stunden problemloser Betriebszeit (temperaturabhängig) Vibrationen am Three Dee NT verursacht: O.S. MAX 91 SX-HGL Made the Three Dee NT shake (depending on the temperature) after running for ca. 35 hours without any problems: O.S. 91 MAX SX-HGL	Läuft zumindest bislang vibrationsfreier: Der Nachfolger O.S. MAX 91 SX-HGL C-Spec. Makes the heli run more smoothly – at least up to now: the newer O.S. MAX 91 SX-HGL C-Spec.

Eine Frage der Philosophie

A matter of philosophy

Jan Henseleit bietet mit der Einführung der neuesten Version des TDNT auch andere Riemenrollen für den Heckantrieb an. Dies soll die Umfangsgeschwindigkeit des Heckriemes erniedrigen und damit mögliche Resonanzen zu Drehzahlen über (leider nur) 1.700 U/min. verschieben. Die volle Leistung von ca. 3 PS erreicht der O.S. MAX 91 SX laut Graupner-Beschreibung bei einer Drehzahl von 15.000 U/min. an der Kurbelwelle. Bei einer Untersetzung von 1:7,7 entspricht dies einer Rotordrehzahl von 1.950 U/min., bei 1:8,3 immerhin noch 1.800 U/min.

Persönlich finden wir es schade, daß diesem Problem nicht besser begegnet werden kann. Gegen einen weichen und runden Flugstil ist nichts einzuwenden – gegen einen mit höherer Drehzahl sowie aggressiveres, kraftvolleres Fliegen aber ebenso wenig. Blickt man etwas über den deutschen Tellerrand hinaus, dann stellt man fest, daß höhere Drehzahlen über 1.800 U/min. wesentlich öfter geflogen werden, als niedrigere um die 1.600 U/min. Wie gesagt – man mag geteilter Meinung sein, ob dies gut oder schlecht ist. Wir sind allerdings der Ansicht, dies sollte jeder Pilot für sich selbst entscheiden dürfen!

Along with the introduction of the latest version of the Three Dee NT there are new tail drive pulleys available from Jan Henseleit. They are supposed to reduce the belt speed and shift possible resonances to (slightly) higher head speeds of app. 1,700 rpm. According to its data sheet the O.S. MAX 91 SX releases its full 3 hp at a crankshaft speed of 15,000 rpm. With a gear ratio of 1:7.7 this translates to 1,950 rpm at the main rotor, with a gear ratio of 1:8.3 this still gives 1,800 rpm.

It's a pity this very problem cannot be solved in a better way. There's no doubt a smooth and soft flying style can be very appealing – but a more aggressive and powerful way of moving a helicopter thru the sky can be equally thrilling. It seems that outside of Germany the majority of pilots fly with head speeds of 1,800 rpm and more rather than a relatively low 1,600 rpm. It’s a matter of philosophy whether this is a good thing or not. We think, however, that it should be up to the pilot to decide!

Spezialthema: Paddelstange

Special issue: flybar

Wie einige mitbekommen haben, ist einer unserer TDNTs durch einen Bruch der Paddelstange mitten im Flug ausgefallen; und es hat nicht nur das Paddel gefehlt, sondern gleich das halbe Hiller-System! Gerade mal zwei Wochen später ist exakt dasselbe bei Tobias Wagners B-Maschine aufgetreten. Bei beiden Helis war die Paddelstange nur etwa 15 Stunden in Betrieb, das Problem lag nicht an zu fest angezogenen Madenschrauben der Alu-Paddelstangenabschlüsse. Nach einem freundlichen Gespräch mit Jan Henseleit sind wir nicht hundertprozentig sicher, was der genaue Grund ist; es scheint mitunter eine Frage des Flugstils zu sein (TW hat es auch fertig gebracht, in der Luft einen Freilauf zu schrotten). Es wird jetzt empfohlen, daß falls Sie einen aggressiveren Flugstil mit schnellen Lastwechseln haben, nach 30 – 50 Betriebsstunden für alle Fälle die Paddelstange zu wechseln.

As some of you know one of our TDNTs came down due to a broken flybar; and it was not just the paddle that was missing, but almost half the Hiller system! Only two weeks later the exactly same thing happened to Tobias Wagner's B-machine. On both helis the flybar was just about 15 hours in operation; the problem was not due to overtightened set screws in the aluminum cones on both sides of the seesaw. After talking to Jan Henseleit we still don't know exactly what's going on; it seems to be a matter of flying style (TW even managed to crack the freewheel unit in midair). It is now recommended that if you have a demanding, rather aggressive flying style you should change the flybar every 30 – 50 hours. Just in case!

Im Falle eines Bruchs der Paddelstange hilft eine Autorotation nur begrenzt weiter. Es ist besser, die Maschine möglichst schnell sicher zu landen. In case of a snapped flybar it is better to try and land the heli in a controlled way than to fly an autorotation.	Unter Umständen wird das wegfliegende Teil noch von einem Rotorblatt getroffen. Landen Sie daher in sicherer Entfernung zu jeglichen Personen. It is possible that the broken part is hit by a main blade. Make sure to land in a safe distance to yourself and other people.

Spezialthema 2: Paddeleinschlag in die NT-Haube

Special issue 2: collision of paddle with the NT canopy

Dies tritt nur in absoluten Extrem-Situationen auf und ist im praktischen Flugbetrieb zu keiner Zeit zu erwarten. Weitere Infos finden Sie unter Q&A bei Frage #22.

This only happens in very extreme situations and should not occur in practise. For further information see question #22 in the Q&A section.

Weiteres im Zusammenhang mit Vibrationen

Vibration related things

Im Laufe von 9 Monaten Betriebszeit mußten wir ein paar Teile (z.T. mehrfach) auswechseln. Sollten Sie Vibrationen an Ihrem TDNT feststellen, dann kann Ihnen die nachfolgende (nicht vollständige) Auflistung vielleicht nützlich sein. Wir machen ausdrücklich darauf aufmerksam, daß die Teile bei gemäßigterem Flugstil (und natürlich ohne Abstürze) i.d.R. sehr viel langsamer verschleißen.

Within 9 months of operation we had to exchange a few parts (sometimes more than once). In case your TDNT is shaking as well, the following list may be of some use to you (list is not complete). We’d like to point out that all of the parts will wear out much slower when the heli is flown in a more moderate way (and without any crashes, of course).

Ausgeschlagene Dämpfungsgummis. Bei Ripperfiguren oder langen Messerflügen kann es sogar zum Bruch der Gummis kommen. Worn-out dampers. The O-rings can even break during rippers or high knife edge falls.	Mit ausgeschlagenen Drucklagern reagiert der Heli nicht mehr feinfühlig auf Pitch. Auch Vibrationen können die Folge sein. (Im Bild: Drucklager mit 2 mm-Kugeln, darunter die neueren Versionen mit 3 mm-Kugeln) When the thrust bearings are damaged the pitch cannot be controlled smoothly any more. Vibrations are another possible effect. (The picture shows an older bearing with 2 mm balls and a newer version with 3 mm balls)
Eine nicht ganz exakte Passung des Zentralstücks auf der Rotorwelle kann ebenfalls zu Vibrationen führen; neuere Zentralstücke sind geschlitzt. Noch wichtiger: Die Befestigungsschraube verläuft nun nicht mehr 90°, sondern parallel zur Blattlagerwelle. If the head block doesn’t fit exactly on the main shaft, vibrations at a certain RPM may be the result; newer head blocks have a slit to ensure a tighter fit. Even more important: the Jesus Bolt is parallel to the feathering spindle, not 90° as shown in the picture.	Vor allem das obere Domlager ist stark belastet und kann bereits nach weniger als 30 Stunden verschlissen sein und Vibrationen verursachen. Nach Abstürzen sollte das Lager geprüft werden. Above all the upper main shaft bearing can be worn out after less than 30 hours of flight time. If damaged the bearing can cause vibrations. It should always be checked after a crash.
Schwingungen am Heck können auf längere Sicht zu einem Abschaben der Schubstange führen. On the long run vibrations can damage the tail pushrod.	Zusammen mit unverbranntem Öl bildet Schmutz eine regelrechte Schmirgelpaste, die im Bereich der Schubstangenführung die Carbonstange angreift (oranger Pfeil). Eine zweite Führung scheint hier Besserung zu bringen. Oil and dirt form kind of a polishing paste that tends to wear out the tail pushrod around its support (orange arrow). An additional support seems to reduce the problem.
Ein anderer Lösungsvorschlag von Uli Haslinde besteht in der Verwendung von Schrumpfschlauch (die glänzende Type!) an der kritischen Stelle. Das Loch in der Gummitülle muß ggf. ein klein wenig aufgeweitet werden, so daß die Anlenkung leichtgängig ist. Another solution by Uli Haslinde is to use heat-shrink tubing (the shiny type!) around the pushrod in the critical area. You will have to enlarge the hole in the rubber grommet a little so the phushrod can move freely.	Vor allen Dingen im Winter vibriert gerne das Höhenleitwerk ab. Ein kleiner Metallwinkel oder eine Carbon-Abstützung gegen das Seitenleitwerk kann ggf. hilfreich sein. Ein Fliegen ganz ohne Höhenleitwerk ist allerdings auch kein Problem. In cold weather conditions the heli tends to lose its horizontal fin in case of vibrations. A piece of metal or carbon fixing the horizontal to the vertical fin helps to keep everything in place although it’s not a problem to fly with no horizontal stabilizer at all.
Überprüfen Sie regelmäßig die Heckstreben im Bereich des Resorohr-Halters auf Spiel. Die Nylon-Schrauben verschleißen mit der Zeit. Check the tail boom supports at the end of the pipe mount regularly for any free play. The Nylon screws tend to wear out with time.	In seltenen Fällen können die Alu-Anschlüsse zur Befestigung der Heckstreben an der Plastik- Heckrohr-Klemme im Flug brechen. In rare cases the little aluminium joints fixing the tail boom supports to the plastic tail boom clamp can break in flight.
Die Delrin-Lagerbuchsen für die Blattlagerwelle schlagen nur bei extremer Belastung oder Abstürzen aus. The feathering spindle supports made of delrin will only wear out during extreme flying or crashes.	Vor allem bei höheren Außentemperaturen führt hohe Spannung des Hauptzahnriemens zu Vibrationen. Especially in hot weather conditions high tension of the main drive belt causes vibrations.
Im Laufe von etlichen Flugstunden verschleißt der Plastik-Gabelkopf der Heckrotor-Schubstange, was auf lange Sicht zu einem Heckausfall führen kann. After a number of hours the plastic clip of the tail pushrod will wear out. On the long run, this may even cause a crash.	Wir haben das Phänomen bei mehreren Maschinen festgestellt. Zum Vergleich ein neuer Gabelkopf. We've found the phenomenon on several machines. The clip on the right is a new one.
Bitte beachten Sie, daß ein Ersatz des Plastik-Gabelkopfes durch ein Exemplar aus Metall oder ein Kugelgelenk dazu führen kann, daß bei einem Absturz nicht der Gabelkopf, sondern das Heckrotorservo Schaden nimmt! Beispielsweise das Getriebe eines S9251 (GY-601) kostet über 40,- EUR! Please note that replacing the plastic clip with a metal version or ball link may lead to damage of the tail servo in the event of a crash! For example the replacement gear for a S9251 (GY-601) will cost you over 40,- EUR!