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Antriebsauslegung für Elektrosegler

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Für die Antriebsauslegung von E-Seglern hab ich ein TCL/TK Script geschrieben. Das Programm berechnet basierend
auf der Flächenbelastung, Abfluggewicht, Akku und einer vorgegebenen Propellersteigung und Steiggeschwindigkeit den Propellerdurchmesser, sowie das notwendige Motor KV. Die Berechnung basiert teilweise auf meinem Dokument Antriebsauslegung [1], [2] vom Vater und [3] vom Helmut Schenk. Download vom Programm siehe Blogende.

Das Programm berechnet ausgehend von einem Auftreibsbeiwert CA von 0.4 die Fluggeschwindigkeit. Die Pitchgeschwindigkeit vom Antrieb hab ich dabei mit dem 1.4-fachen der Fluggeschwindigkeit angenommen. Dies entspricht einem Propeller-Schlupf von ca. 30%. Diesen Wert hab ich für einen effizienten Steigflugpropeller ausgewählt. Ausgehend von der vorgegebenen Propellersteigung und dem Vflug wird das Motor KV in abhängigkeit der Akkuspannung berechnet.

Damit das Programm universell anwendbar ist, wird die Motordrehzahl mit einem Abschlag von 17% unter Last bezogen auf die Leerlaufdrehzahl gewählt. Dies entspricht einem Motorwirkungsgrad um die 80%. Im folgenden Graph ist der Motorwirkungsgrad über dem Verhälnis Last/Leerlaufdrehzahl als Beispiel dargestellt. Der Motorwirkungsgrad Eta liegt bei jedem DC-Motor generell unterhalb der grünen Kurve, max. therotischer Motorwirkungsgrad.

Somit werden erstmal keine Kenntnisse über den Motor benötigt.
Name:  rpm_eta.jpg
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Größe:  41,6 KB

Der Propeller Durchmesser wird über eine while-Schleife berechnet.

D = 0.0001 # Prop Durchmesser
Pin 0.1 # Propeller Aufnahmeleistung
while {Pmech >= Pin} {
Cp = 0.0833 * (H / D) - 0.0116]
n100 = 60.0 * (100.0 / (Cp * D^5 * 1.225 ))^(1/3)
Pin = ((rpm / n100)^3) * 100.0
D = D + 0.0001
}
Dzoll = D / 0.0254

Das Programm ist bezüglich der max. Steiggeschwindigkeit begrenzt.
Die Steiggeschwindigkeit ist auf 80% der berechneten Fluggeschwindigkeit (CA = 0.4) limitiert.

Mit dem berechneten Strom und KV kann man sich dann auf die Suche nach einem passenden Motor machen. Der Motor sollte einen Wirkungsgrad von ca.
80% bezogen auf den berechneten Arbeitspunkt besitzen. Natürlich sollte das berechnete Ergebnis mit einem Antriebsrechner verifiziert werden.

Aufgrund der Näherungsformel ist das Ergebnis eine Näherung, welches bei meinen E-Seglern jedoch recht gut passt.
Das Programm stellt daher nur eine schnelle vereinfachte Antriebsauslegung dar.

In den meisten fällen ist ein effizienter Antrieb nur mit einem Getriebemotor zu erreichen. Das KV von Direktantrieben ist
in den meisten fällen, für eine effiziente Antriebsauslegung bei Elektroseglern zu hoch. Der Propellerwirkungsgrad bei einer schlechten Anpassung der Vpitch geht sehr schnell in den Keller. Als Ausweg dient dann ein Propeller mit wenig Steigung, welches wiederum ungünstig für das Propeller Eta ist. Als Schlagwort ist hier das H/D Verhältnis zu nennen. Dadurch werden oftmals entsprechende Steiggeschwindigkeit bei Direktantrieben mit einer hohen Stromaufnahme erkauft.

Im folgenden hab ich zwei Beispiele von meinen Elektroseglern.

Name:  eGlider.jpg
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Größe:  61,7 KB

Das linke Bild ist von meinem Sharp Wind, das rechte vom Starling Pro. Der Sharp Wind fliegt mit einem Kira 480-26, 5.2:1 und einer ACC 18x9, der Motorstrom liegt bei. ca. 34 A als Mittelwert. Die Steigrate kommt auch gut hin.

Der Starling Pro fliegt mit einem Keda B28-47S-15S mit 2600 rpm/V vom HK und Maxon 4.4:1, sowie einer ACC 15x8. Die Berechneten Werte stimmen auch hier gut mit den gemessenen Werten überein.

Ich bin heute meinen 11 Jahre alten Starling Pro mit einer GM 16x8 geflogen, die Stromaufnahme ist nahezu identisch mit einer ACC 15x8. Der Steigwinkel und der Standschub sind gefühlt deutlich besser.

Name:  Starling800x600.jpg
Hits: 1259
Größe:  141,5 KB

In meinem Programm Prop_Calc_V1 ist ein Fehler im Layout "Motor KV [rpm]", muss natürlich als Motor KV [rpm/V] angezeigt werden.
Daher ein neues Download in Version Prop_Calc_V2.

https://www.magentacloud.de/lnk/RYAqDSdQ
Passwort: Prop_Calc_V2


[1] http://www.rc-network.de/forum/showt...riebsauslegung
[2] http://wiki.rc-network.de/index.php/...Elektroflieger
[3] [http://www.rc-network.de/magazin/art...Standschub.pdf

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