Biegemoment am Rotorblatt berechnen mithilfe von JavaProp ausgegebenen Daten

Ein nettes Hallo an alle erfahrenen Modellbauer, die sich mit Propellern und/oder Tragflächen auskennen.

Ich bin ein unerfahrener Anfänger in dem Bereich, der endlich einsteigen möchte. Warum also nicht gleich was eigenes Bauen... ;)
JavaProp liefert neben dem Design des Blattes auch Leistungswerte unter den auftretenden Flugbedingungen. Ein Problem hab ich mit den ausgegebenen Lastenwerten auf der Registerkarte „Einzelanalyse“, bzw. „Single Analysis“.
Dort gibt es den Reiter Lasten/Forces:

112-114-114-116_100N%4033N_CMx-CMy.png


Die ausgegebenen Werte dazu hab ich in eine Excel kopiert:

Excel_My.png

Die rötlich gefärbten Bereiche sind die originalen JavaProp-Werte, die gelben meine Berechneten, wie später noch erläutert.

Allgemeine Überlegung: Ich möchte ein Prob der bei 25ms 33N Schub liefert. Die Schublast verteilt sich auf die Blätter zu jeweils gleichen Lasten. Bei von mir vorgegebenen sechs Blättern, müssen also auf einem Blatt (33N/6Blätter =)5,5N abfallen – in axialer Richtung. Insgesamt sind es mehr, weil auf den anderen Achsen Cd abfällt, wodurch mehr Energie aufgebracht werden muss (Wirkungsgrad). Weil ich aber nur wissen möchte mit welchem Moment die Blätter in axialer Richtung nach vorne (oder nach oben – wie man es sehen möchte) gebogen werden, interessiert mich aus der Tabelle nur CMy. (sind die anderen Werte trotzdem von Bedeutung?)
Mit einer dimensionslosen Konstante lässt sich nicht so viel anfangen. Im UserManual von JavaProp steht für die Umrechnung eine kleine Formel bereit:
„Bending Moment due to out-of-plane axial force (thrust)“
My = CMy*ρ*n^2*D^5

Also in der Excel einfach eingesetzt und My, sowie gleich die anderen ausrechnen lassen (gelber Bereich).
Weiter komm ich nicht. Wie komm ich letztendlich zu dem Gesamtmoment das an der Flügelfläche wirkt? Im www bisher nichts Hilfreiches gefunden, als wär’s zu trivial für alle anderen.
Letztendlich möchte ich eine FEM-Analyse des Rotorblatts machen, um zu sehen, ob sich die elastische Deformation für mein Konzept im Rahmen hält. Aber dafür benötige ich diese Werte.

Das kann mir bestimmt einer aus dem Stehgreif sagen :confused:
und für ne Hilfestellung oder ein Schubser wäre ich dankbar.
 
Zuletzt bearbeitet:

speed

Vereinsmitglied
Hallo Taroo_san,
Du hast an jedem Blatt 3 Kräfte und 3 Momente. Die Zentrifugalkraft hängt nur von der Masse und der Drehzahl ab und wird in JavaProp nicht erfasst.
Diese 3 Kräfte und 3 Momente belasten Dein Propellerblatt. Ich würde das bei den Lastannahmen auch so lassen. Wenn Du willst kannst Du natürlich die Kräfte vektoriell addieren.
Du wirst schnell merken, dass normalerweise die Zentrifugalkraft dominiert.
Die aerodynamischen Lasten sind klein dagegen.

Gruß und viel Spaß,

Otto
 
Hallo Otto,
danke erstmal für die Antwort.

Ja, also ich hab jetzt in meiner Frage nur die aerodynamischen Kräfte berechnen wollen und hab die Zentrifugalkraft mal außen vor gelassen. Diese liegt bei bei 40g Blattgewicht und 1800upm bei ca. 26kg. Jupp, die ist mit aller Sicherheit größer, für mein Konzept erstmal unerheblich.

Die drei Momente und Kräfte die auf das Blatt wirken, sind in axialer Richtung (y) durch den Lift/Schub, in Drehrichtung (x) durch den Drag/Blattwiderstand und dann ist da noch das Nickmoment des Blattes, da der aerodynamische Schwerpunkt des Profils bei x/c=0,25 liegt.
Für mich ist jedoch nur wichtig, wie hoch die Auslenkung der Blattspitze nach vorne, bzw oben(wird ja ein "Hubschrauber") ist.
Ich möchte nur max. 5mm Auslenkung in y-Richtung tolerieren und die Antwort bekomm ich von FEM-Programm, aber das möchte auch mit Werten gefüttert werden. Zur Veranschaulichung:

Auslenkung%20dueto%20My.png


Ich schlussfolgere aus deiner Antwort, dass ich für diesen Zweck die Einzelmomente der gelben Tabelle oben, Spalte My, nur aufsummieren muss (!???) um das Gesamtmoment zu bekommen, das für die Auslenkung verantwortlich ist…?

Man das wäre echt zu einfach und entspräche 8,83Nm. Kann das stimmen, bei 5,5N Schub und einer Blattlänge von 0,375m?
 
Hmm, so da ich nun schon 129 Views habe, frage ich mich, ob euch noch Informationen fehlen oder ich die Frage doch nicht präzise genug gestellt habe.

Ich mach mir darüber natürlich auch nen eigenen Kopf und hab zwei Dinge schonmal erkannt.
Erstens kann das Aufsummieren der Einzelmomente nicht richtig sein. Das resultierende Moment wäre 8,83Nm, was bedeutete, dass 1m von Aufhängepunkt eine Kraft von 8,83N ansetzt, bzw. an der Blattspitze (0,375m von Aufhängepunkt) eine Kraft von 23,5N. Wo soll die Kraft her kommen? Völliger Quatsch - meine ich.
Rein vom Logischen her kann ja nur eine Kraft auf das Blatt wirken, die resultiert aus dem Schub den das Blatt erzeugt. Ergo ist das der erzeugter Gesamtschub/Anzahl Blätter. Bei meinen geforderten 33N Schub und vorgegebenen sechs Blättern, sind das 5,5N pro Blatt und eine größere Kraft kann in y-Richtung nicht wirken. (Denk ich mir)

Hab ich denn wirklich solch einen Denkfehler?
Nein, fällt mir PotzBlitz auf. Die 5,5N stehen ja (und das hab ich bisher völlig übersehen) in der gelben Spalte für "Qy" bei 0,15r/R.

Dadurch ergeben sich für mich zwei neue Fragen:
Was sagen mir die Kräfteangaben Qy(r/R=0,2 - r/R=1,0)?
Und die Momente, die ergeben sich doch nur über Kraft mal Weg, kann ich die denn ausser Acht lassen, wenn ich mit den Kräften rechne? Die Antwort von "Speed" war ja, dass 3Kräfte&3Momente auf das Blatt wirken. Aber aus einer wirkenden Kraft resultiert doch nur ein Moment - so muss ich doch nicht beides Betrachten!?
Bitte helft mir mal, ich hab keinen Plan. :(

Hab halt nur Elektrotechnik und Kommunikationstechnik studiert, daher fehlt mir leider das Breitenwissen in technischer Mechanik, obwohl mich das alles auch sehr interessiert. Man kann ja nicht alles studiert haben.
 

haschenk

User †
Hallo Taroo_san,

ich möchte dir auch nochmal dringend raten, die Fliehkräfte zu berücksichtigen; ganz besonders, wenn´s um einen Heli-Rotor geht (wenn du dir schon Festigkeitsrechnungen antun willst). Helirotor und Propeller sind verschiedene Dinge !

Fliehkraft und Auftriebskraft (an den Blattelementen, aufintegriert) dominieren bei weitem die Beanspruchung des Blatts, sowie dessen sich einstellende Form (straff gezogen, geradlinig, aber mit Konuswinkel). Überspitzt könnte man fast sagen, daß man Rotorblätter als biegeweich, aber torsionssteif betrachten kann.

Ein wichtiger Punkt ist auch die Ausbildung der Blattwurzel und des Rotorkopfs, bzw. des Schlaggelenks. Das Letztere wurde u.a. auch eingeführt, um die Biegebelastung an der Blattwurzel zu minimieren/zu vermeiden; ein Gelenk kann kein Moment übertragen. Auch die modernen "gelenklosen" Rotoren besitzen noch "Schlaggelenke"; allerdings sind diese hier "virtuell" in Form einer gezielt gestalteten Elastizität im Wurzelbereich, und man nimmt für Berechnungszwecke ein "Ersatzgelenk mit Feder-Überbrückung" an.

Du findest diese Betrachtungen/Überlegungen/Rechnungen in prakt. allen einführenden Fachbüchern zu Helis. Allerdings nicht hinsichtlich Statik/Festigkeit, sondern in flugmechanischer Hinsicht. Blatt-Trägheitsmomente, Schubverlauf über den Blattradius, Schlaggelenk-Ausbildung, Konuswinkel u.a.m. spielen für die Flugeigenschaften eine sehr wichtige Rolle.

Für die Berechnung der Luftkräfte wird bei Rotoren eine von der Propellerberechnung etwas abweichende Form der Blattelement-Theorie verwendet. Auch das findest du in fast allen einführenden Büchern.

Wenn du wirklich so tief einsteigen willst, kann ich dir gfls. das eine oder andere Buch empfehlen. Billig sind die leider nicht (so etwa ab 50 Teuro aufwärts); da muss man sich auch auf dem Gebraucht- oder Schnäppchenmarkt umsehen.


Gruß,
Helmut
 
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