JU 88

Der legendäre Schnellbomber im Selbstbau

Zur Geschichte des Originals

Die Geschichte des Mehrzweckkampfflugzeugs Ju 88 begann Mitte der 30iger Jahre mit einer Ausschreibung des Reichsluftfahrtministeriums (RLM), an der sich vier namhafte Flugzeughersteller beteiligten:

Henschel, Messerschmitt, Junkers und Focke-Wulf.

Das Flugzeug sollte als Bomber die Geschwindigkeit eines Jagdflugzeugs besitzen, d.h. Höchstgeschwindigkeit 400-500 km/h, und zudem in großer Höhe operieren können.

Die Firma Junkers bekam, nachdem Henschel und Focke-Wulf mit ihren Entwürfen nicht in die nähere Auswahl kamen und Messerschmitt sich auf Weisung des RLM sich nur noch auf den Bau von Jagdflugzeugen konzentrierte, den Zuschlag für die Weiterentwicklung ihres vorgestellten Prototyps Ju 88.

In der Folgezeit wurden mehr als sechzig Versionen davon gebaut.

Die Version Ju 88 A-4, die als Horizontalbomber und Sturzkampfbomber 1940 in die Serienanfertigung ging, war die mit Abstand am meisten gebaute Version.

Insgesamt gab es ca. 15000 Flugzeuge dieses Typs, von denen allerdings heute nur wenige vollständige Exemplare erhalten geblieben ist. ( Standorte USA/England /Norwegen/ Russland ?)

Als Antrieb dienten zwei Junkersmotoren JUMO 211 in Kombination mit verstellbaren Dreiblattluftschrauben, die das Flugzeug auf eine maximale Geschwindigkeit von 470 km/h in einer Höhe von 5300 m brachten.

Einige weitere technische Details des Originals:

Typ: Ju 88 A-4
Art: viersitziger Bomber
Triebwerk: zwei Zwölfzylinder-V-Motoren Junkers Jumo 211 J mit je 1007 kW
Leistungen: Höchstgeschwindigkeit 470 km/h in 5 300 m Höhe;
Dienstgipfelhöhe 8 200 m;
Reichweite 1 730 km – 2500 km
Masse:
Leermasse 9 860 kg;
höchstzulässige Abflugmasse 14 000 kg
Abmessungen:
Flügelspannweite 18 m - 20 m je nach Version;
Länge 14,40 m;
Höhe 4,85 m- 5,07 m je nach Version;
Flügelfläche 54,50 m²
Bewaffnung:
fünf oder sechs Maschinengewehre im Cockpit; 2 000 kg Bomben

Zur Geschichte des Modells

Die Geschichte dieses Modell der Ju 88 begann im Jahr 2002 mit der Bitte an meinen flugbautechnisch sehr versierten Freund Günter Börs, sich mit der Konstruktion und dem Bau dieses Modells zu beschäftigen.

Warum gerade dieses Modell?

Die Erklärung ist einfach: sowohl mein Vater, als auch mein Onkel hatten etliche Jahre als Piloten auf dem Flugzeugtyp verbracht und begeistert von den guten Flugeigenschaften berichtet.

Nachdem ihm ein von mir beschaffter Modellbauplan der JU 88 maßstäblich zu ungenau war und auch Konstruktionen ( z. B. bei den Motorgondeln) aufwies, die umkonstruiert werden müssten, wurde beschlossen, das Modell anhand einiger Originalzeichnungen selbstständig neu zu konstruieren.

Als Vorlage diente ein Buch aus dem VDM Verlag, Zweibrücken, „JU 88 im Detail“, das neben Originalfotos auch etliche Dreiseitenansichten im Maßstab 1:72 des Flugzeugs zeigt.

Schnell stand fest, dass das Modell in Semi-Scale–Ausführung im Maßstab 1:10 aus Balsa- und Pappelsperrholz gebaut werden sollte.

Eine Holzkonstruktion ergibt im Vergleich zu einer GFK-Ausführung in der Regel ein leichteres Modell und ist auch für den Musterbau bestens geeignet.

Styropor oder ähnliche Materialen, wie EPP oder auch Depron, schieden aus optischen Gründen aus.

Die Entwicklung der leistungsstarken bürstenlosen Außenläufermotoren

machte es nun einfach, sich für einen elektrischen Antrieb zu entscheiden.

Die Auswahl eines passenden Antriebs fiel so dann auf mich als Elektrotechniker, während mein Freund Günter sich als Konstrukteur mit der Übertragung der Ansichten aus dem Buch in einen Modellplan plagte.

Zur Antriebsauslegung von Elektromodellen benutze ich seit einigen Jahren die kanadische Software Motocalc. Die Wahl fiel auf die AXI Motoren Typ 2820/10, die ein sehr gutes Preis/Leistungsverhältnis haben.

Es bestand die Hoffung, dass diese Motoren jeweils eine Dreiblattluftschraube der Größe

28x 18 ( 11“ x 7“) bewältigen könnten, was in etwa maßstäblich war.

Die Entscheidung für die bürstenlosen Außenläufermotoren hatte natürlich direkten Einfluss auf die weitere Konstruktion des Modells, weil damit klar war, dass die beiden Motorgondeln sowohl Motor, als auch Regler und Akku beinhalten mussten.

Damit war auch eine wichtige Masseverteilung geklärt, alles was bedeutende Masse hat, befindet sich in der Tragfläche und in den Motorgondeln, d.h. die Motoren, die Antriebsakkus, der Empfängerakku, der Empfänger, die Servos für Querruder und Landeklappen und natürlich die Einziehfahrwerke. Der Rumpf selber wird ein Leichtgewicht von 806 g und trägt als zusätzliche Masse nur die Servos für das Höhen- und das Seitenruder.

Also, die Konstruktion der Tragfläche mit den Motorgondeln und dem Einziehfahrwerk wird die Hauptaufgabe und damit die schwierigste Konstruktion sein.

Verantwortlich für die Statik der Fläche in ihrer Querachse ist ein Doppel-T-Träger, der aus Kiefernleisten als Ober- und Untergurt und einem Steg aus 3mm Pappelsperrholz besteht.

Es ist in den Originalzeichnungen unschwer zu erkennen, dass die Tragfläche sich je Seite in drei unterschiedliche Teile gliedert, d. h. konstruktiv haben wir es zunächst mit einem Mittelteil zu tun - hier ist der Stegteil des T-Trägers auch gedoppelt, das die Motorgondeln, einen Teil der Landeklappen und die Fahrwerke trägt.

Danach folgen auf jeder Seite Übergangsteile mit dem zweiten Teil der Landeklappen, an die sich das Tragflächenendstück mit den Querrudern anschließt. Die Konstruktion dieser Fläche ist das ganze Geheimnis dieses Flugzeugs, sie ist anspruchsvoll aufgebaut und entwickelt daraus auch ihren Reiz.

Vielleicht ein Grund, warum es dieses Modell selten als Baukasten gibt, und auch bei Flugtagen selten zu sehen ist ?

Aerodynamisch wurde ein halbsymmetrisches Profil mit dem Anstieg von 9,5 % auf der Oberseite und 5 % auf der Unterseite gewählt. Es handelt sich dabei um ein bewährtes selbstentwickeltes Profil, das in etwa dem Profil NACA 2415 entspricht.

Die Rippen der einteiligen Tragfläche bestehen aus Stabilitätsgründen aus 3 mm Pappelsperrholz, die Holme aus Kiefernleisten und die Beplankung ist aus 2mm Balsaholz. Die Motorgondeln sind verdeckt mit Nylonschrauben an die Tragfläche angeschraubt und können über Serviceklappen mit den Antriebsakkus bestückt werden. Gleichzeitig verschwinden Einziehfahrwerke wie beim Original in den Gondeln.

Die verwendeten Hauptfahrwerke sind ursprünglich Bugfahrwerke eines Dreibeinfahrwerks, die gegen Drehung arretiert wurden.

Jedes Fahrwerksbein wird über ein getrenntes Standardservo angelenkt, das sich in der Motorgondel befindet. Die Motorgondeln mit den Fahrwerken sind so jederzeit abnehmbar, um ggf. bequem Umbauten vornehmen zu können.

Die Motorgondeln wurden aus optischen Gründen im Durchmesser ca. 10 % kleiner ausgeführt, als es scalemäßig erforderlich wäre. Auch der Rumpf fällt auf Grund der fertig bezogenen Piloten- und Beobachterkanzeln etwa 5 % kleiner im Durchmesser aus, weil bei den gelieferten Teilen der Maßstab nicht ganz stimmte.

Die Querruder werden mit je einem Servos FS 500 MG angelenkt und die Landeklappen über ein Servo C 507.

Der ovale Rumpf besteht aus einer Pappelsperrholzkonstruktion der Spanten und ist wie das Höhen- und Seitenleitwerk mit 2mm Balsaholz beplankt .

Die Anlenkung des Spornrades ist im Rumpf versteckt und erfolgt über zwei Zugfedern, die über Doppelhebel vom Seitenruderservo angelenkt werden und ist deshalb eine konstruktive Delikatesse.

Werkstattzeichnung vom Spornrad

Das Höhen- und das Seitenruderservo vom Typ C 341 sind die einzigen RC-Teile, die sich im Rumpf befinden, alle anderen RC-Komponenten sind in der Fläche untergebracht, d.h. auch der Empfänger und der Empfängerakku mit seinem Ausschalter.

Für die Beplankung wurden insgesamt 2,4 m² Balsaholz verwendet.

Zum Abschluss wurde das Modell mit Acrylfarbe in der Ostfrontlackierung vom Herbst 1941 ausgeführt.

Hierzu mussten die Farben extra angemischt und natürlich mehrfach aufgetragen werden, um die notwendige Deckung zu erreichen. Die Hauptarbeit bestand bei diesem Arbeitsgang im sauberen Abkleben der Farbbegrenzungen.

Der Semi-Scale-Ausbau im Inneren des Modells beschränkt sich auf die zwei Pilotenpuppen, das Armaturenbrett und auf das MG 15 des Heckschützen.

Er wurde bislang sehr zurückhaltend durchgeführt, um nicht noch mehr Gewicht in das Modell zu bringen, denn es sollte ein flugtüchtiges und alltagstaugliches Modell bleiben und kein Museumsstück werden.

Die technischen Daten des Modells :

Spannweite: 1,80 m (kleinere Spannweite)

Masse: bis zu 4 kg, je nach Typ des Antriebsakkus

Fläche: 44 dm²

Tragflächenbelastung : ca. 88 g/dm²

Antrieb : zwei AXI-Motoren 2820/10 mit je 8 Zellen Sanyo RC 4/5 SC oder 9 Zellen TS 1700 AUP oder 8 Zellen TS 1900 FAUP , 2 x 40A – TMM 40-12-3s-Regler

Luftschrauben : Dreiblatt 25 x 18 Master Airscrew

(die nach dem Programm Motocalc zuerst gewählten Luftschrauben in der Größe 28x18 verursachten konstruktionsbedingt mit den AXI-Motoren erhebliche Eigenschwingungen durch die vordere Motorhalterung mit der hinten freilaufenden Glocke)

Querruderservos: Robbe FS 500 MG

Seitenruderservo und Höhenruderservo : Graupner C 341

Landeklappenservo : Graupner C 507

Fahrwerkservos: Graupner C 507

Empfängerakku: Sanyo KR 1700

Empfänger: Graupner MC 20 DS

Der statische Schwerpunkt liegt konstruktiv im Drittelpunkt (33%) der Wurzelrippe und wird durch die Bewegung das Einziehfahrwerk nur unmerklich beeinflusst. Auch eine Variation der Masse der Antriebsakkus im Bereich von +/-50g wirkt sich kaum auf die Schwerpunktlage aus.

Die Schwerpunktslage ergibt sich aus 25 % der mittleren aerodynamischen Flügeltiefe (der berühmte Viertelpunkt) plus ca. 5 % - 8 % aus den Momentengleichungen aus den Hebelarmen, dem Tragflügelauftrieb und dem Höhenleitwerksauftrieb mit den dynamischen Beiwerten. Üblicherweise liegt man bei einer entsprechenden Nachrechung mit dem Schwerpunkt dann fast immer im sogenannten Drittelpunkt.

Wir das Modell im Schwerpunkt aufgehängt, dann muss die Modelllängsachse horizontal verlaufen.

Bei der Konstruktion von Modellen ist neben dem Schwerpunkt auch der Begriff des neutralen Modellpunkts wichtig, der die Änderungen durch die aerodynamischen Kräfte bei Fluggeschwindigkeitsänderungen wiedergibt.

Die Neutralpunktlage ergibt sich vereinfacht dargestellt aus der mittleren aerodynamischen Flügeltiefe, dem Höhenleitwerksarm und dem Verhältnis aus Auftriebskraft an der Fläche zum Auftrieb am Höhenleitwerk.

Zum Beispiel gestatten es Höhenleitwerke mit erhöhtem Auftrieb oder auch Trägflächen mit großer Wölbung, den Schwerpunkt nach hinten zu verschieben. Allerdings nur bis zur Modellneutralpunktslage, weil sonst der Flug völlig instabil wird.

Als Anhaltspunkt für die Modellneutralpunktlage kann man bei einer ungepfeilten Fläche bei einem Mitteldecker etwa 43 % der aerodynamischen Flügeltiefe gemessen von der Flächenvorderkante annehmen. D. h. die Verschiebung des Schwerpunkts um weniger als 10 % nach hinten ist in der Regel noch hinnehmbar.

Diese Angaben sind allerdings mit Vorsicht zu genießen, weil die statische Modellstabilität nur die eine Seite der Medaille ist.

Die dynamische Stabilität, d. h. die Rückkehr des Flugzeugs nach einer Störung in eine stabile Lage ist die andere Seite.

Sie wird immer dann positiv beeinflusst, wenn die Konzentration der Massen um den statischen Schwerpunkt erfolgt. Bei unserer JU 88 befinden sich deshalb alle großen Massen in der Tragfläche und sind um den statischen Schwerpunkt herum angeordnet.

Die Antriebsauslegung sollte Flugeigenschaften ermöglichen, die dem Original annähernd entsprechen.

Mit den beiden 8er-Akkus ist bereits eine Antriebsleistung von über 400 Watt realistisch, d.h. nahezu 100 W pro kg Masse sind verfügbar.

Im Vergleich zum Original stimmt dies recht gut, wenn man die 2014 kW zu den 14000 kg maximale Masse ins Verhältnis setzt, so ist dies auch nicht mehr als 143 W/kg.

Die statischen und dynamischen Flugparameter wurden zunächst softwaremäßig ermittelt.

Der Standschub wurde mit 19 N berechnet, was ein Masse-Schubverhältnis von 0,5 ergibt. Der Strom der AXI-Motoren hält sich dabei auch in Grenzen, 25 A pro Motor sagte das Programm.

Hier Motocalc- Berechnung für TS 1900 FAUP einfügen

Die Software gestattet auch dynamische Flugwerte zu ermitteln, wenn die notwendigen Parameter zum Flächenprofil und die Geometrie und die Masse Modell korrekt eingegeben werden. Anhand der berechneten Werte war schnell klar, dass das Modell mit der gewählten Antriebsauslegung problemlos die Flugleistungen des Originals erreichen würde.

Das Masse-Schubverhältnis im Flug liegt laut Software bei 0,22, was eine Steigrate von 3 m/s bei 11 Grad Steigungswinkel unter Vollgas ermöglicht. So ist man in einer halben Minute auf 100 m Höhe und hat bei diesem Steigflug 200mAh aus jedem Akku gesaugt. Der Energieerhaltungssatz lässt sich leider nicht austricksen.

Die positive Entwicklung der Flugsimulatoren verleiten dazu, das Modell vor dem Erstflug im Simulator zu testen. Der kostenlose Simulator FMS der Gebrüder Möller gab einen ersten Eindruck von den Flugeigenschaften des gebauten Modells, in dem die notwendige Parameterdatei mit den Geometriewerten und den über Motocalc ermittelten Werten gefüllt wurde. Die Ansicht des Modells im Simulator wurde von einem japanischen Modellflugfreund als Datei übernommen und größenmäßig per Software angepasst.

Nach etlichen Simulatorflügen entstand der Eindruck, dass es sich bei der gebauten JU 88 um ein lammfrommes und natürlich auch etwas träges Modell handeln musste, so dass dem Erstflug nichts mehr im Wege stand.

// FSM-Parameterdatei für die JU 88

0 1:Type(-) Type[0=Plane] ParDesigner Ver0.8

19 2:Tmax(N) Maximum Thrust

0.3 3:Drmax(rad) Maximun Rudder Angle

0.14 4:Demax(rad) Maxmim Elevator Angle

0.002 5:Damax(rad) Maximim Aileron Angle

1.2 6:CLmax(-) Maximum Lift Coefficient

-.6 7:CLmin(-) Minimum Lift Coefficient

6.2 8:CLa(/rad) Lift Gradient

13 9:CLaSt(/rad) Lift Gradient in Stall

0.018 10:CDw(-) Drag Coefficient of Wing

0.03 11:CDb(-) Drag Coefficient of Fuselage

0.2 12:mug(-) Friction Coefficient of Wheels

0.76 13:dCDSt(-) Rise of Drag Coefficient in Stall

-0.002 14:CM(-) Moment Coefficient

0.023 15:alpha0(rad) Wing Angle

1.71 16:b(m) Wing Span (1,80m - Rumpfbreite)

0.26 17:c(m) Wing Chord

0.12 18:hce(m) Equivalent Center of Gravity

3.9 19:m(Kg) Mass

0.11 20:Izz(Kg*m^2) Yaw Inertia Moment

0.085 21:Iyy(Kg*m^2) Pitch Inertia Moment

0.05 22:Ixx(Kg*m^2) Roll Inertia Moment

0.10 23:She(m^2) Effective Area of Stab

0.04 24:Sfe(m^2) Effective Area of fin

0.8 25:Lt(m) Tail Moment Arm

0.0036 26:VForm(-) Effect of Dihedral Angle

0.20 27: Flugzeughöhe

1 28 : Beleuchtung aus

Der Erstflug

Hier die Flugbilder einfügen

Der Erstflug fand im Frühjahr 2003 bei nahezu Windstille statt.

Die Bauzeit des Modells hatte bis dahin nur insgesamt vier Monate gedauert.

Für den Erstflug wurden pro Motor 8 Zellen vom Typ TS 1700 AUP eingesetzt, und nach dem die 28 x 18 Dreiblattluftschrauben mit den AXI-Motoren zu Eigenschwingungen neigten, diese durch den selben Typ in der Größe 25 x 18 ersetzt. Der nun gemessene Standschub lag trotzdem bei 18 N und das Modellgewicht etwas unter 4 kg. Ein Zeichen, dass die AXI-Motoren mit der größeren Dreiblattluftschraube doch etwas überfordert waren.

Zur Beruhigung der Nerven wurden zunächst einige Fahrversuchen auf der frisch gemähten Wiese durchgeführt. Der Vogel ließ sich kraftvoll bewegen und der Sound der beiden Dreiblattschrauben machten wirklich Lust auf mehr.

Also, die Beruhigungszigarette austreten und Vollgas!

Dann ging alles sehr schnell, die JU 88 rollte kraftvoll an, hob etwas den Schwanz und war nach weniger als zwanzig Metern Rollstrecke in der Luft. Die Software Motocalc hatte uns eine Flugzeit von 6-7 min bei Dreiviertelgas prognostiziert, also keine Eile und Hetze bei eventuellen Trimmaktionen. Aber zum Trimmen gab es nichts, die Ju 88 flog so, wie sie der Konstrukteur haben wollte, im Horizontalflug schnurgerade, das Steigen und Fallen nur über den Gashebel gesteuert. In den Kurven reicht ein kleiner Querruderausschlag und ein passender Seitenruderausschlag, um eine optisch schöne Kurvenform zu erzielen. Halbgas ist reichlich genug, um das Modell scalelike zu fliegen, bei Vollgas geht der Bomber flott zur Sache, d.h. er gewinnt schnell an Höhe. Aber will man das?

Natürlich nicht, dieses Model ist für den niedrigen Vorbeiflug prädestiniert, wobei der Zuschauer beobachten kann, wie das Fahrwerk ein oder ausgefahren wird oder auch mal für eine kurze Sturzflugpassage, bei der das Motorgeräusch noch mehr begeistert.

Eine Hommage an die Zeit der großen deutschen Flugzeugentwickler, hier namentlich an Ernst Zindel, den Chefkonstrukteur der Firma Junkers.

Die Landeklappen haben sich definitiv als großer Vorteil erwiesen, denn der zusätzliche Auftrieb durch sie kommt dem Start wie auch der Landung sehr entgegen.

Hier sollte man nicht vergessen, dass es sich bei der JU nicht um ein übermotorisiertes Modell handelt, das man an den Schrauben in die Luft zerren kann, sondern dieses Modell will wie das Original geflogen werden.

Zusammenfassung

Dem aufmerksamen Leser wird nicht entgangen sein, dass es sich bei diesem Flugzeug um ein Unikat handelt, das sowohl in der Intension seiner Konstruktion und als auch in seinem Charisma viel persönliches Engagement verkörpert. So wird es mit Sicherheit kein zweites Modell in dieser Ausführung geben und alle diejenigen, die dieses Modell live kennen lernen wollen, müssen dies auf den Flugtagen tun, wo es gezeigt wird.

Die Werkstattpläne sind leider durch das Rheinhochwasser Januar 2003 vernichtet worden!

Die Flugeigenschaften des Modells sind ausgewogen und stellen den erfahrenen Piloten vor keine Probleme. Die Motorisierung ermöglich den Start von nahezu allen Grasspisten und sorgt für ein realistisches Flugbild.

Apropos Flugbild, vor einigen Tagen erhielten wir ein Video mit Originalaufnahmen unserer JU 88 und stellten voller Stolz fest, dass die Flugeigenschaften des Originals und unseres Modells nahezu identisch sind. Nebenbei: die Piloten haben oft das MG in der Frontscheibe ausgebaut, weil es behinderte, und auch die Sturzflugbremsen entfernt, weil das Flugzeug ohne Bremsen schneller war. So hatten wir richtig entschieden, nur das JU-typische zu übertragen, nämlich ihr elegantes Flugbild und ihre relativ hohe Horizontalgeschwindigkeit.

Hier die Motocalc -Berechnung für Lithium-Polymer-Zellen einfügen. ( 3S1p Kokam 2100HD)

Der Einsatz von leichten Lithium-Polymer-Zellen ergibt noch bessere dynamische Flugwerte (>=120 W/kg ) und gestatten auf Grund der dreimal höheren Energiedichte ( 160-170 Wh/kg) Flugzeiten von über 10 min, allerdings mit einem gehörigen finanziellen Mehraufwand, denn ohne zwei komplette Antriebsets, also vier Akkupacks, braucht man nicht auf den Platz zu fahren.

Die Ladezeiten für die LIPOs sind systembedingt wesentlich länger, als bei den üblichen schnellladefähigen NiCd oder NiMH.

Ihr Einsatz in unserer JU ist aber nur noch eine Frage der Zeit, denn der Trend geht unaufhaltsam auf den regelmäßigen Einsatz dieser Hochenergiezellen hin.