Propellerauslegung u. Wirkungsgrad bei LRK

Da mein selbstgebauter LRK nun zufridenstellend läuft und die ersten Flüge hinter sich hat stelle ich mir zwangsläufig die Frage nach der Verbesserung. Alle Luftschrauben sind Aeronaut CamCarbon:
Derzeit läuft er im Stand mit einer 14x8er bei etwa 20A und 4700 U/min und mit einer 14x10er bei etwa 30A und 4300U/min.

Das Problem, das ich habe ist, daß es leicht ist eine Luftschraube zu finden, die irgendwie funktioniert, aber recht schwierig ist eine Luftschraube zu finden, die einem das Optimum gibt (oder das zu erkennen).
Den Wirkungsgrad über Strom, Steiggeschwindigkeit und Drehzahl im Flug zu messen wäre das Optimum, allerdings ist das sehr schwierig. Experimente (laienhafte) mit einem Ventilator und einem Gebläse zeigten, daß sich da doch einiges änderte wenn ein Luftstrom von vorne auf den Laufenden Motor gerichtet wird (auch wenn dieser verwirbelt und mit einem gehörigen Drall daherkommt).

Wie macht Ihr das? Optimierung über die "Gefühlsmethode" (Wenn das persönliche Verhältnis zwischen Schub und Laufzeit passt, passt auch die Luftschraube)?

Grüße

Thomas
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willkommen bei RCN Thomas.
für LRK und E-Motoren gibt es ne Extra-Rubrik hier.
Da hab ich es mal hingeschoben.
HWE

[ 04. März 2003, 16:40: Beitrag editiert von: Heinz-Werner Eickhoff ]

Hallo Thomas,

von meinem Gefühl her würde ich sagen, daß dein Motor mit einer 14 x 8 am Ende ist, denn eine etwas größere Latte oder deine 2 Zoll mehr Steigung würgen den Motor ab. Die Folge, dein Strom ändert sich dramatisch von 20 auf 30 Ampere. Der Motor hat nicht das nötige Drehmoment. Bleib bei der 14 x 8.

Gruß Mathias

[ 04. März 2003, 19:14: Beitrag editiert von: MaBa ]

Danke! Ich kann zustimmen, daß sich da gewaltig was in der Stromaufnahme verändert und er vermutlich bei 30A im Stand mehr verheizt als nutzt. Müßte aber das Optimum nicht dort liegen, wo der Motor im Stand gerade etwas gewürgt wird um dann im Flug mit besserer Anströmung den besten Wirkungsgrad herzugeben?
Wie sieht die Kurve der Stromaufnahme bei einem LRK aus, wenn man einfach einen immer größeren Löffel montiert?

Der Motor gibt bei 20A 156W ab, bei 30A 162W ab. Ursachen:
1. die Spannung des Akkus geht bei 30A so in die Knie, dass mehr Strom benotigt wird.
2. Der Wirkungsgrad des Motors bei 30A ist sehr viel niedriger als bei 20A.

Welche Spannungen hast Du bei 20A und 30A?

Gute Frage, werd mal messen gehen und dann berichten. Waren 1000er Sanyo Zellen, wollte die ohnehin schon gegen die 1600er austauschen...

Hallo Thomas,

Wenn man etwas optimieren will, braucht man ein geeignetes Kriterium, sonst läuft man Gefahr daß triviales herauskommt. Das „persönliche Verhältnis zwischen Schub und Laufzeit“ ist so ein ungeeignetes Kriterium. Auch der geplante Einsatzbereich (Softliner, Hotliner, etc) des Modells spielt eine große Rolle. Falls es ein Softliner ist, und Du die Kennwerte (ke=UpM/volt; Rwicklung, Leerlaufstrom) Deines LRKs kennst, kann ich Dir ein Optimum-Kriterium und ein Rechenprogramm anbieten. Schau mal auf www.modell-theorie.online.de nach und öffne das Excel-Programm unter der Rubrik Antriebsoptimierung für Thermiksegler auf der Download-Seite.

Grüß3
Seagull1

habe mir das Prog angeschaut. Leider sind die Steighoehen nicht mit den gemessenen vereinbar:

Brushed Motor:

http://www.aerodesign.de/peter/1998/D1710A.GIF

aus http://www.aerodesign.de/peter/1998/phygosim.htm

gemessen 674m, aus dem Prog: 1400m.

Brushless Motor:

Fuer einen modernen LRK in einer ASW24 3.14m 3.3kg gibt das Prog 600m pro Ah bei 10 Zellen und 35Ampere. Das heist bei 2.4AH (sagen wir 2.2Ah entnommene) muessten es dann 1320m sein, das ist illusorisch, wenn man die Hoehe misst > 860m:

http://www.torcman.de/peterslrk/Messungen/Flugmessungen.html

Ich wuerde Dir eine einfache Methode empfehlen:

die Fluggeschwindigkeit soll ca 70%-80% Strahlgeschwindigkeit Deines Propellers ausmachen.

Somit ist der 14x8 Prop mit deren Strahlgeschwindigkeit bei 4700upm von 15.7m/s an Die Fluggeschwidigkeit eines Seglers (Annahme, da Du es auch noch nicht angegeben hast) schon ganz gut angepasst.

Hallo Peter,

Unter dem Thema "Optimierung.." habe ich auch geschrieben, dass die Steighöhen nicht erreichbar sind. Zu den den Gründen, wie exakte Einhaltung der Flugeschwindigkeit und des Bahnwinkels kommt hinzu, dass der Akku nachläßt, dieses ist im Programm nicht berücksichtigt.

Mich würde jedoch interessieren, wie weit berechnete Steiggeschwindigkeiten zu vorgeschlagenen Propeller passen, vieleicht kannst Du mir diesbezüglich Daten geben?

Gruß,
Seagull1

Hi Seagull

ich benutze seit ca 96 MATLAB Scripts zu meinen DataLogger-Aufnahmen. Seit damals mach ich Optimierung, zuerst fuer Brushed Motoren, dann fuer LRKs. Die Motoren-Kennlinien werden nach gleichen Modell wie in Elektroantrieb berechnet. Die Prop-Eingenschaften von Hepperle Home Page. Somit sind die Vorhersagen ziemlich nahe an den Messungen (z.B. Strom berechnet 26A gemessen 24A).

Die angefragten Steiggeschwindigkeiten kannst Du auf der LRK Seite bei den Flugmessungen anschauen: bis 5m/s mit U,I, also Leistungsaufnahme.

Fuer den Akku kannst Du eine Zellenspannung annehmen:

U=1.26-I*Ri, wobei Ri ca 1.5*Ri_AC1000Hz, fuer gute gepushte Akkus 2400 Ri=0.005. Somit ist die Spannung bei 30A ca 1.11. Fuer die alten N1700SCR ist das Ri=0.007. Das sind realistische Werte.



Gerade gestern habe ich meinen 10xNGC2450 (Spezialakku fuer viel Druck) nach ca 2 Wochen Lagerung geladen, 10 Minuten gewartet und mit 24A entladen. Dann abgekuehlt, wieder geladen und gleich heiss entladen. Man sieht wie deutlich die zweite Entladekurve um 0.5V bessere Spannungslage zeigt.

Nimmt man die Spannung bei ca 35% der Entladung als masgeblich, dann sind es 1.14V pro Zelle bei 23A. Loest man die Gleichung:

U=1.26-I*Ri => 1.14=1.26-23*Ri nach Ri

dann bekommt man Ri=5.2mOhm.

Mit dieser Gleichung kannst Du also gut den Akku modellieren.

PS. Die Propellerefizienzen in dem gezeigten Prog sind viel zu hoch. Es gibt keine Propeller die 88% Eta haben. Und auch dort wo es 72% angezeigt wird sollte eher ebi 57% liegen.

Danke für die vielen sehr nützlichen Beiträge. Habe die Spannung nachgemessen, leider nur bei der 14x8er da mir beim Experiment mit der 14x10er ein Mallheur passiert ist, dessen Ergebnis viele rasch herumfliegende Kohleteile waren (das Zeug bricht wie Glas wenn man bei entsprechender Drehzahl einen Drehzahlmesser ausreichend entschlossen in den Propellerkreis hält, Schutzbrillen tragen bei Experimenten machte sich wirklich bezahlt...).
Der Spannungsverlauf bei der 14x8er ist wirklich Bilderbuchmäßig. Zuerst ein rascher Abfall auf 9V, dann ein 4,5 Minütiges dahindümpeln zwischen 9V und 8V mit einem abschließenden raschen Abfall mit gleichzeitigem Drehzahlniedergang bis 5,14V, wo der Regler dann abschaltet.
Nach Entladung der Restkapazität an 0,1A waren noch 109mAh im Akku (gut für 11 Minuten Ruderwacheln bei 4 Servos).
Da die 14x10er (Friede ihrer Asche) scheinbar den Motor zu stark ausgebremst hat werd ich mir die zwischen 14x8 und 14x10 im Leistungsdiagramm von Aeronaut liegenden noch vornehmen.
Merkwürdig finde ich bei diesem Diagramm, daß eine 15x8er und eine 16x8er weniger Leistungsaufnahme haben als eine 14x10er, ist die 14x10er in dieser Hinsicht ein "Ausrutscher"?.

Schöne Grüße aus dem sonnigen Wien

Thomas

P.S.: Das http://www.luftschrauben.de/bilder/diagrammCAM.jpg ist das Diagramm, das ich vorhin gemeint hab.

Original erstellt von vavrath:
eine Luftschraube zu finden, die einem das Optimum gibt (oder das zu erkennen).

HWE

Zum Vergrößern anklicken....

Das geht relativ einfach. Propeller auf das flugzeug montieren und larm in flug beurteilen. Wenig laerm = guten (prop) Eta, da fur laerm energie benotigt wird.Den 14*10 Aeronaut bei meinen Liftoff kann man fast nicht hoeren.

Hallo Peter,
Vielen Dank für Deine Hinweise. Eigentlich benutze ich die gleichen Propellerformeln. Werde mal checken wo der Fehler liegt.

Gruß
seagull1

Hi Thomas

aus Deinem Beitrag entnehme ich, dass Du 8 Zellen benutzt. Welche Drehzahl erreicht Du dann bei Deinen 8.5V, welcher Strom?

Wir wissen immer noch nicht, ist das ein Segler? oder Hotliner? Welche Fluggeschwindigkeit willst Du haben? Erst dann koennen wir das Verhaeltniss des Propellerstrahls zu Fluggeschwndigkeit benennen und somit auch sagen, ob der Prop einigermassen im optimalen Bereich arbeitet.

Kennst DU es: Timing- und Propeller-
Anpassung:

http://www.aerodesign.de/peter/2001/AVEOX/AVEOX1010L.htm

@Seagull

die Prop-Eta-Geschichte. Schau auf meine HP
http://www.torcman.de/peterslrk/Messungen/Flugmessungen_klein.html
ich bestreite dort einen anderen Weg. Nicht theoretisch das Prop-Eta annehmen, sondern richtig reinschauen, was ich in den Motor reinstecke und welche Steigleistung pro Watt ich bekomme. Da ich die Fluggeschwindigkeit und auch den Gleitwinkel kenne, also Cwi bekannt, kann ich dann das Eta der Props berechnen. Dabei bekomme ich immer wessentlich weniger, als die bekannten Formel fuer die Props zeigen. Auch wenn man den Einfluss des Rumpfes und der Tragflaechen in dem drehenden Strahl mit einem Beiwert berucksichtig, bleib immer noch eine Diskrepanz. Dafuer nehme ich einen zusaetzlichen Beiwert, der beim Segler ca 0.95 ist. Dann stimmt die Berechnung soweit, dass ich die Segler-Flugzeit auf 2-3 Minuten bei 30 Minuten Flug abschaetzen kann. Das ist fuer mich zufriedenstellend.

Leider zeigen alle mir bekannten Programme, wie Motocalc oder Elektroantrieb, fuer die kummulativen Steighoehen, oft um mehr als 50% zu grosse Werte. Wahrscheinlich weil sie keine Korrekturen vornehmen, die man nicht aus der Theorie, sondern nur aus der Messung, extrahieren muss.

Hallo Allerseits,

Ich versuche einen Excel Competition 2 möglichst lange in die Luft zu bekommen. Hab's bis jetzt nicht erwähnt, da es mir etwas peinlich ist, ist ein ARF....(dafür ist der Motor mit Ausnahme der vorgestanzten Bleche, der Magnete und der Kugellager Eigenbau, 15mm Statorlänge, 22 Windungen 0,5er Lackdraht doppelt geführt in Einzelzahnwicklung, also 11 pro Zahn, Dreiecksschaltung)
Die derzeitige Flugzeit (mit einem Looping und zwei tiefen Überflügen, ohne Spinner) ist bei etwa 24,5 Minuten, davon etwa 5 Minuten Motorlaufzeit, ohne Thermik, ohne Wind.
Die Drehzahl bei 8,5V werd' ich heute messen.
Profiliert ist der mit einem MH 43. Bei einer Re von etwa 130000, was einer Seehöhe von etwa 200m bei einer Fluggeschwindigkeit von 10m/s bei 20cm mittlerer Flügeltiefe entspricht (bzw etwas weniger an den schmaleren Stellen und etwas mehr an den tieferen, der Punkt des besten Verhältnisses bleibt recht konstant), hätte er das beste Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand bei einer Anströmung von ca. 7°, daher ein eher flacher Steigwinkel, also eher Große, langsam drehende Propeller mit geringer Steigung.

[ 07. März 2003, 10:59: Beitrag editiert von: vavrath ]

Hallo Thomas,

das hört sich doch alles sehr gut an. Insbesondere die 24 Minuten ohne Thermik. So eine Flugzeitangabe ist für mich immer eine gute Aussage über die Auslegung und die Abstimmung eines E-Fliegers. Ich würde auch mal eine 13x7 probieren, vorausgesetzt der Steigflug ist nicht zu langsam. Der Motor und der Akku geben dann mehr Energie ab, da die Wirkungsgrade besser sind. Anderseits hast du schon eine recht lange Motorlaufzeit mit nicht zu hohem Strom. Musst du halt mal probieren. Ich vermute, daß du dem optimum schon recht nahe bist. Ich glaube nicht, daß du dieses Ergebnis noch deutlich verbessern kanst; aber ich lasse mich gerne eines besseren belehren.

Gruß Mathias

Hallo Peter!

Habe gemessen. Bei 8,5V beträgt die Drehzahl mit der 14 x 8" 4500U/min. Das ganze bei etwa 19,2A.

LG

Thomas

[ 10. März 2003, 12:56: Beitrag editiert von: vavrath ]

Dann passt doch alles zusammen:
-8.5V Spannung OK
-4500upm an eine 8" Steigung entspricht etwa 15m/s Propellerstrahl also 10-12m/s Fluggeschwindigkeit waehrend des Steigflugs (ist immer ein bisschen schneller als Runtersegeln)
- 20A ist auch ganz guter Wert.

160W Eingangsleistung ist auch OK. Wenn Du weniger haben willst dann eine 13x7 (wird ein bisschen schneller drehen also kommen die 7" Steigung auf ca dasselbe Strahlgeschwindigkeit) oder wenn mehr Leistung 15x8. Bitte nicht die Steigung vergroessern. Ich fliege eine 15x8 nur waehrend des Starts mit vollgas (ca 6m/s Steigung) und dann drossel auf 2-3m/s Steigung.