effizientes steigen

Hallo,
mich würde mal interessieren wie man am effizientesten steigt, also die längste flugzeit mit einem bestimmten akku hinbekommt.
Mein Ziel istes eine Flugzeit von 1,5 Stunden mit einem 3000er 3s in einem 2m-segler zu erreichen. Der Segler wiegt an die 900g (müsste nochmal genau wiegen...). Ich habe ihn gestern eingeflogen und wollte heute mal den stromverbrauch abchecken. bin genau 30min geflogen und habe 15xx verbraucht, also viel zu viel.. Man muss fairerweise sagen, dass dabei noch austrimmen war, der sp noch nicht richtig eingestellt ist (ich denke der muss noch um einiges nach hinten) und ich auch noch die bremsklappen getstet habe. mein antrieb ziegt 22-25 A, also einer der stärkeren sorte , kann halt nicht genau sagen was er zieht, weil das messgerät bei 20a dicht macht. ich hatte bei erstflug eine 11x4 accdrauf und damit gings relativ mager bei 15a hoch, ich denke mal komplette fehlanpassung, zu wenig strahlgeschwindigkeit.. heute mit der 11x6 gings dann brutal senkrecht bis an die sichtgrenze. nach 15sec motor waren das 3min segeln, natürlich alles ohne thermik, damit müssten bei 22a rechnerish bei 70% entnahme 1,5std drin sein. war natürlich geschokt als ich 15xx nachgeladen habe. Deshalb jetzt meine frage: wie steigt man efiizienter? langsam (leistungsarm) und stromsparend oder schnell (mit richtig bums) hoch um weniger motorlaufzeit zu haben und damit weniger aus dem akku zu ziehen. beide theorien machen ja sinn, aber welche ist die bssere, für das langsame steigen spricht natürlich auch dass die motorlaufzeit natürlich die gesamtflugzeit verlängert. und: welche strahlgeschwindigkeit sollte man nehmen um keine leistung zu verbraten aber um auc zügig voran zu kommen. am liebsten würde ich meinem zie nur über propelelränderungen näher kommen.
Vielen Dank im Vorraus
Grüße Heiner

Hallo Heiner,

die längste Flugzeit wirst erreichen wenn die maximalen Wirkungsgrade (eta) deiner Komponenten (Motor, Luftschraube, Flugzeug, Regler usw.) möglichst nahe beieinander liegen. Für die Motore kannst dir mal DriveCalc ansehen. das Programm zeigt dir recht schön, wo mit max eta beim Motor zu rechnen ist. Kannst auch schön Propeller ausprobieren...

Meiner Erfahrung nach fliegt man eher mit weniger Gas länger.

Gruß
Gerhard

PS: Mit einer Schaumwaffel (Multiplex Cularis) komme ich ohne Thermik auf ca. 90 Minuten Flugzeit (4000 mAh 3S-LiPo)

die Frage beantwortet sich von selbst!
der wiederstand steigt mit der geschwindigkeit im quadrat!
also 10km/h wiedrstand 1
20km/h wiederstand 4
also so langsam wie möglich! bei 1kg abfluggewicht reichen dann 60watt, was dann schon etwa 30min motorlaufzeit sind! und aus 1min motor 2min segeln sollte dabei kein problem sein!?

Nicht ganz richtig. Man muß den optimalen Arbeitspunkt erreichen, also dem Kompromiss aus Geschwindigkeit und steigen.
Das langsamste steigen wird daher nicht zum Erfolg führen.
Man kann auch langsam senkrecht steigen. Auch das ist falsch und führt nicht zum Ziel.
Aus dem Bauch heraus würde ich relativ schnelles steigen für die beste Lösung halten. Wenn man aus 10 Sekunden steigen (nicht senkrecht!) 5 Minuten Flugzeit rausholen kann, dann bist du bei 180Sekunden Motorlaufzeit deinem Ziel sehr nahe.


Viele Grüße, Michael

Hallo, genau den Punkt meinte ich, hier treten wieder 2 extreme aufeinander max eta ist klar. das problem ist, dass ich aber auch nicht allzu wenig leistung verbauen möchte, weil es ja auch mal windig sein kann und ein bisshen spaß machen sollte es ja auch und natürlich, zu viel leistung ist aber auch nix, das ist kein hotti von demichrede, der zerbricht mir sonst noch in der luft.
@ manni rc: 2s lipo mit 8 ampere hatte ich in fast dem gleichen flieger schonmal, nein danke, die erfahrung hat mir gereicht, das tu ich mir nicht nochmal an.

ich sehe das so wie michael...
nur senkrecht steigen solltest du nicht - ist zwar toll und spektakulär, aber sicher nicht effizient.. der ganze auftrieb wird vom prop erzeugt, die flächen sind nutzlos.
so aus dem bauch raus würde ich eher den antrieb auf 60-70grad steigwinkel auslegen, dann sind die flächen im steigflug nicht nur ballast!

gruss mathias

mh...schnell hoch mit nicht allzu heftigem winkel bdeutet ja schnnelle geschwindigkeit, dagegen pricht natürlich der quadratisch ansteigende luftwiederstand, was manni rc auch schon sagte, deshalb sieht es für mich so aus, ass die wahrheit rgendwo dzwischen liet, hat einer vlt. schon experimente in diese richtung gemacht?

wenn die zelle was hergibt optimiert man auf kurze, steile steigflüge und dann langes abgleiten.
das führt zu einem sägezahn-flugprofil, der flieger arbeitet mit vollgas, der prop ist auf bestes steigen optimiert. beim abgleiten wird die fahrt je nach gegenwind angepasst.
nennen wir das mal sollfahrttaktik.


wenn du einen sehr guten regler hast könntest du auch den motor mit teillast laufen lassen. leider kann man sich mit der geschwindigkeit des besten steigens kaum gegen etwas wind durchsetzen, ein betrieb mit höherer geschwindigkeit ist bei optimierten prop sehr ungünstig.


beim fliegen nach sollfahrt mit der cularis wird eine 30% höhere flugzeit und gut 50% mehr reichweite erzielt. dank der telemetrie findet sich zudem sehr schnell der optimale prop. ein einfacher autopilot hält die geschwindigkeit und kurs..

Hat sonst noch keiner versucht effizient zu steigen?

hier hat's eine Menge Artikel und Theorie zu diesem Thema: http://www.czepa.at/

Gruss, Hans

Hallo Balsabastler,

wenn dein Hauptziel möglichst lange Flugzeit ist (Chancen auf Thermik o.ä. mal ausgeschlossen), dann musst du mit möglicht geringem Energieeinsatz (=> Antriebsleistung) fliegen.
Das ist dann der Fall, wenn das Modell mit dem Anstellwinkel des geringsten Sinkens fliegt; sowohl im Steigflug, als auch im Gleitflug. Das kann man (näherungsweise) berechnen, was aber gute Kenntnisse in Aerodynamik und Flugmechanik erfordert. Einfacher ist es, diesen Anstellwinkel (in Messflügen, möglichst mit Datenlogger oder Telemetrie) zu ermitteln.

Wenn so geflogen wird, ist es egal, ob man einen längeren Steigflug macht und dann länger abgleitet, oder die Intervalle kürzer und mit niedrigeren Gipfelhöhen fliegt(für die Chancen eines Thermikanschlusses ist es nicht egal).

Wenn du den Anstellwinkel (d.h. die Trimmung) des geringsten Sinkens kennst, dann kennst du auch die zugehörige Fluggeschwindigkeit, oder du kannst sie zusätzlich messen. Dann ist es der nächste Punkt, den Antrieb für diese Fluggeschwindigkeit zu optimieren, d.h. den Propeller- und Motorwirkungsgrad zu optimieren. Im Regelfall wird das einen Getriebeantrieb bedeuten; dann kommt auch noch der Getriebewirkungsgrad dazu, aber der effizientere und besser angepasste größere Prop "gewinnt" normalerweise.

Zum Optimieren des Props ist Einiges an Theorie notwendig; vor allem hängt das vom sog. Fortschrittsgrad des Props ab.
Dabei könnte dieses Programm (und die zugehörenden Scripte) eine Hilfe sein:
http://www.drivecalc.de/PropCalc/index.html

Und den Motor, genauer gesagt dessen Leistungs/Wirkungsgrad-Kennlinie, musst du natürlich auch kennen. Daraus ergibt sich dann auch die Getriebe-Untersetzung. Hierbei könnte dir der Drive Calculator ("DC") helfen.


Das klingt jetzt alles sehr "wissenschaftlich", und das ist es leider auch. Es gibt keine einfache Formel oder Faustregel, nach denen man vorgehen könnte. In Aerodynamik/Flugmechanik ist es wie auf vielen anderen Gebieten der Technik so, daß man immer mehrere Konzepte untersuchen (berechnen) muß, um dann das Geeignetste zu wählen.

Wenn das nicht so dein Ding ist, dann wäre es imho am einfachsten, Messflüge zu machen. Bei diesen wird dabei natürlich dann wie o.e. mit der Trimmung des geringsten Sinkens geflogen; variiert wird nur noch der Antrieb.

Übrigens: Der Weltrekord im Indoor-E-Dauerflug steht m.E.n. bei über 4 Stunden, vor vielen Jahren schon geflogen in den USA von Bob Wilder.


Gruß,
Helmut

Theorem

Theorem

Hallo @ all,

Theorem1) wenn ich mit einer Akkuladung möglichst hoch steigen will, gibt es ein eindeutiges Optimum!


Die Berechnung des Optimums ist bei weitem nicht trivial, denn es treten dabei Gleichungen mit einem Grad >= 5 auf und sind daher nur numerisch lösbar. Ich habe mich über Jahre (hin und wieder) mit dieser Problematik beschäftigt und zwei Lösungswege mit leicht unterschiedlichem Ansatz gefunden. Der erste Ansatz ist als MS-Excel Programm, der zweite als ein MatLab Programm mechanisiert. Ich lege seit Jahren damit meine E-Segler aus und hab auch mittels Logger eine gute Übereinstimmung zwischen Realität und Theorie gefunden.

Die Lösungen tendieren eindeutig nach moderaten Steigwinkeln. Die Evidenz wie auch die Akzeptanz der Lösungen ist sehr gering, denn alles was nicht senkrecht steigt ist Mist weil doch senkrecht der kürzeste Weg nach oben ist (kannst dir wohl kein stärkeren Antrieb leisten?)!

Für alle die dem Theorem 1) Glauben schenken bin ich bereit die Programme zur Verfügung zu stellen. Man sollte jedoch fundamentale Kenntnisse der Aerodynamik und Elektrotechnik besitzen um die abgefragten Eingaben zu tätigen wie auch ein gewisses mathematisches Verständnis besitzen um die Ergebnisse bzw. die Einflussgrößen richtig zu deuten. Das Excel-Sheet hatte ich vor Jahren auf meiner Homepage. Anbei ein Auszug des Begleittextes.

Gruß
Hartmut

Hallo,
@seagull1: hab mir das pdf-file durchgelesen und auch verstanden (hoffe ich zumindet), klingt für mich zumindest logisch
@ euch beide:
die passende trimmung des hr's habe ich hoffentlich schon, macht zumindest einen guten eindruck, man könnte natürlich auch ohne professionelle "messgeräte" eine vlt. noch bessere rausfinden, also... 15s steigen und abgleiten mit möglicht wenig lenken und das mit so vielen verschidenen hr-trimmungen probieren bis das passsende gefunden ist, aber ich denke da bin ich schon seeehr seeehr nahe dran, ich schaffe 3min gleitglug praktisch ohn hr-benutzung. ein programm zum rumrechnenwürde mich schon interessieren
das von haschenk angesprochende langsame steigen ist schön und gut für dauerflug, allerdings hätte ich gene leistungsreserven und mein ziel ist weniger dauerflug als viel mehr pro akku viel höhe zu erreichen um auf 1,5std ohne termik zu kommen, mehr brauche ich wirklich nicht.. soll ja kein konsequent auf wettbewerb ausgelgtes dauerflugmodell werden und ich will auch etwas leistung um damit mist anstellen zu können , halbe (eingangs-)leistung wie jetzt mit besserem wirkungsgrad/angepassterer auslegung wäre ok für mich, möchte noch irgendwie gegen wind ankommen und möchte den aufwand nicht allzu sehr in die höhe treiben, also möglichst durch prop wechselb bzw. getriebe zwischenschalten, wenn es was passendes für meinen outrunner gibt.
Grüße Heiner
edit: hatte ich nochganz vergessen, mein motor ist ein kd a22-20l, ist auch im dcdrin, hab grad mal ein 2,7:1-getriebe vorgeschnallt ud komem auf ca. 1200g und ca 60kmh und das bei nur 15a und 70% für getriebe und motor zusammen.das ganze an einer acc 15x13 an 42mm. was haltet ihr von der lösung? das wäre ziemlich genau die gleiche steigleistung wie jetzt auch, allerdings bei 8-10 amp weniger, eine geniale vorstellung, das ergäbe dann eine flugzeit von jet, ca. 60min / 15/23 = 92 min bei gleicher steiglistung, das wäre doch schon was....

hallo Heiner,

überleg doch mal, was theoretisch geht, mit Deinem Antrieb zumindest...

Der kann 25A, bei 11V sind das also 275 Watt.
Da eine Wattsekunde = ein Newtonmeter ist,
und Dein Flieger ca. 10N wiegt, kann Dein Antrieb
theoretisch bei 100% Gesamtwirkungsgrad 27,5 m/sec Steigen erreichen.

Praktisch wird das aber anders aussehen, Du musst noch den echten Wirkungsgrad Deines Antriebes berücksichtigen und das Gewicht des Flugzeuges, dass ja auch mit hochgehoben werden soll. Pi*Daumen kannst Du einsetzen:
- für stark motorisierte Modell 60%
- für Modelle wie Deines 40%
- für schwach motorisierte Grossegler 25%

Deine von mir vorhergesagte erreichbare Vertikalgeschwindigkeit wäre also 11m/sec, das sind etwa 40 km/h. Ich würde also den Quirl von der Strahlgeschwindigkeit her etwas höher auslegen, so auf 50 km/h.

Die erreichbare Höhe sollte dann >4700m sein, was anschliessend bei ca. 80cm/sec Sinkgeschwindigkeit für einen 90-Minuten-Gleitflug ausreichen sollte. Musst ja nicht alles in einem Stück steigen.

Meine Zahlen, speziell die Gesamtwirkungsgrade, basieren auf eigenen Auswertungen verschiedener eigener und anderer Modelle. Die Zahl 40% für Dein Modell ist eher zu niedrig geschätzt, vielleicht wären hier auch 50% Wirkungsgrad als Annahme richtiger. Es geht dabei um den Gesamtwirkungsgrad über alles für den Steigflug, nicht um die ominösen 80% des Antriebes alleine.

Mein Ansatz gilt nur für : maximale Höhe gewünscht. Da steht im Vordergrund: so schnell wie möglich nach oben. Jede Verlangsamung kostet nur unnötig Energie - bis hinunter zum Grenzfall hovern: Stundenlang geschwebt und keinen Meter Höhe gemacht. Bei 11m/sec spielt zwar der (quadratisch ansteigende) Luftwiderstand auch schon eine Rolle, aber wer mal die Steigflüge mitloggt, wird sicher auch schon gewundert haben, dass die vertikale Steigleistung in weiten Grenzen annähernd gleich bleibt, egal ob man steiler oder flacher steigt. Flacher ist der Steigflug dann eben schneller - auf die Flugbahn bezogen, und nicht auf die Vertikalkomponente! Denn diese bleibt relativ gleich und hängt von der Leistung des Antriebes ab. Die Gesetze der Physik sind halt doch was Schönes.

Aber jeder flachere Steigflug ist sicher schneller als ein steilerer Steigflug - und wie gesagt: Luftwiderstand geht quadratisch in die Rechnung ein.

Also mein Ansatz gilt ausdrücklich NICHT für alle Formen von Dauerflug mit Motorleistung.
______

Mit diesem Ansatz kann man aber auch gut den Leistungsbedarf für eine gewisse Steigrate abschätzen. Formel auf Wunsch...

Bertram

Ihr macht ne ganz schöne Wissenschaft draus

Überlegt doch einfach mal wie hoch der Flugzeitanteil der Steigphase der Gesamtflugzeit ausmacht ...das Ergebnis wird lauten: wenns nicht trägt nutzt dir der beste Antrieb nix und wenns trägt und man weis wie man die Aufwinde nutzt brauchts eigentlich nur einen Aufstieg (und dann wär jedes Gramm an Motor- und Akkumasse zuviel eher hinderlich für ne lange Flugzeit) und nach einer Stunde tut eh der Nacken weh und man wird auf den Gedanken kommen dass das lange Rumgegurke auf Dauer ganz schön langweilig ist

Sorry, ich hoffe es fühlt sich nun niemand auf den Schlips getreten. Waren nur so meine Gedanken zum Thema.

Gruß Dieter

Insgesamt hatte ich selbiges vor, und habe einiges ausprobiert, zum Schluss bin ich bei meinem (nicht ganz so grossen, nur 1,80m spannenden) Modell bei etwa 900gr., einem 400-28 mit 5,2:1 und einer 15x8/10 nach Lust, Laune, Wetter angekommen, der aus einerm 3s1800er gespeist derart viel Laufzeit bietet, dass 90min problemlos durchführbar sind, aber, wie Dieter gerade erwähnte, nie genutzt wird.

Dafür fliege ich damit eben zweimal 45min, das passt dann schon eher wieder zu mir

Der Antrieb läuft in einem guten Bereich und der Aufstieg erfolgt auf kürzestem Wege. Andere Art und Weise zeigte bei dem Modell nicht den Erfolg. Auch wirde darauf geachtet, dass eine Mitnehmer / LS Kombination benutzt wird, die sehr flach anklappt, und es wurde eine Zwangsanklappung der Blätter bewerkstelligt. Punkte die insgesamt die Leistung erheblich beeinflussen.

Dominik Diefenbach schrieb:

400-28 mit 5,2:1 und einer 15x8 ..... 3s1800er

Zum Vergrößern anklicken....

Genau das ist die Art Antrieb die für einen 2m-Segler wirklich Sinn macht ...ganz im Gegensatz zu 3000mAh

Gruß Dieter

Hallo,

ich hatte Heiner etwas missverstanden, und zwar deshalb:

mich würde mal interessieren wie man am effizientesten steigt, also die längste flugzeit mit einem bestimmten akku hinbekommt.

Zum Vergrößern anklicken....

Inzwischen ist klar, daß die Frage ist "wie kommt man mit vorgegebener Energie am höchsten ?"
Dazu hat Hartmut schon das Wesentliche gesagt; die Aufgabe wird dadurch etwas anders, aber leider nicht einfacher.

Aber noch ein Wort zu den Wirkungsgraden.
Prop:
Auf 80% oder knapp darüber kann man kommen. Aber dann muß "alles stimmen", Prop selbst und Anpassung. Bei einem Alltagsmodell ist das kaum zu schaffen. Andererseits erreicht man 70 % bei einiger Sorgfalt immer. Nehmen wir also mal 75% an.

Motor+Steller:
Auch da sind 80% möglich, wenn man den "passenden" Motor und einen günstigen Arbeitspunkt wählt. Dabei gilt zumindest trendmäßig, daß ein etwas größerer und schwererer, leistungsmäßig nicht "ausgereizter" Motor die Sache erleichtert; man darf nicht von dem idR beworbenen maximalen Wirkungsgrad ausgehen, falls der überhaupt zutrifft.
70% sind mit Sorgfalt immer möglich. Nehmen wir hier also auch mal 75% an.

Beim Getriebe sind 95% bei guter Ausführungsqualität möglich.

Dann muß noch der sog. "Einbau-Wirkungsgrad" berücksichtigt werden, der Schubverluste durch Umströmung des Motors und des Rumpfes erfasst. Hier kann man auch von etwa 95% ausgehen.

Insgesamt ist dann der "Vortriebswirkungsgrad" 0,75*0,75*0,95*0,95 = 0,51. Besser geht es schon noch (z.B. Muskelkraft- oder Solarflug), aber nicht bei einem "Alltagsmodell".

Wir können (zumindest in Gedanken) davon ausgehen, daß es möglich ist, diesen Vortriebswirkungsgrad konstant zu halten, weitgehend unabhängig von der Steigrate. Sowohl die "Hubarbeit" als auch die "Widerstandsarbeit" sind mit diesem Wirkungsgrad behaftet.

Wählen kann man jetzt noch, ob man mit höherer Leistung schneller mit kürzerer Motorlaufdauer steigt, oder langsamer mit längerer Laufdauer. In beiden Fällen gibt es ein Optimum für den Steigwinkel, s. Hartmuts Überlegungen. Man könnte also für die Rechnung den Steigwinkel (in vernünftigen Grenzen) als unabhängige Variable nehmen und die Antriebs- bzw. Vortriebsleistung als Parameter. Diese Rechnung ist nicht ganz trivial und erfordert Daten des Modells, vor allem seine Polare; vom Gewicht mal ganz abgesehen. Die Polare kann man z.B. mit Programmen wie "FLZ-Vortex" oder "XFLR5" berechnen.

Für "Rechner und Tüftler" gibt´s also Einiges zu tun...

Gruß,
Helmut

Hallo,

in meinen Lösungsansätzen verwende ich den Flugbahnwinkel als unabhängige Variable. Das ist m.E. der einzig gangbare Weg.

In meinem Excel-Programm berücksichtige ich die Aerodynamik des Models näherungsweise (induzierter Widerstand etc. wie auch den polaren Widerstand Re-Zahl abhängig). Wie ich schon beschrieben habe ist der Einfluss der Polare wie auch der Modellgeometrie dabei marginal. Die bestimmende Größe ist die Flächenbelastung!

@ Helmut: 75 % Propellerwirkungsgrad halte ich für sehr optimistisch, ich würde eher mit 70 % in die Rechnung gehen, zumal sich der Arbeitspunkt des Propellers mit der sinkenden Akkuspannung verschiebt.

Gruß
Hartmut

Hallo,
erstmal nochmal vielen dank für eure bemühungen, wirklich super
Zuerst mal der Punkt mit dem goßen Akku... Geplant für das Modell (Es ist übrigns ein aero-naut Powerly, lasst euch nicht von den 1050g empfohlenen gewicht irritieren, das war das modell des jahres 2000, da gabs keine lipos). Den 3000er Lipo habe ich erstmal genommen, weil ich den a) noch hatte und ich b) keine ahnung wegen der erreichbaren flugzeit hate. c) kommt auch noch der schwerpunkt ins spiel, es ist auch noch 3s 1750 und 3s 1500 geplant und das wird auch vomspher passen, konnte ich abeer vorher nicht wissen, habe mich erstmal mit dem dicken akku herangetastet. so viel dazu ob ein 3000er sinnvol is oder nicht. Leistung effizinter nutzen ist dann ds nächste thema: bertram sagte, dass 50km/h strahl gut sind, ich bin im moment bei ca.60, beim maiden waren es 40 bei gleichem prop-durchmesser und ich hatt überhauppt keinen bums hinter der latte und er war brutal laut. also werde ih um effizienter zu steigen mit der steigung von 6 auf 5 runtergehen (sehr praktisch, dass bei meienn drezahlen 1" steigung 10kmh pitch-speed entsteht) und die eingesparte leistung in schub verbrate (wenn ichs richtig kapiert habe) eine 12x5 hätte ich nocht, wäre das eienn versuch wert?
Grüße Heiner