Wirkungsgrad und Propellergröße

Ich weiß dies ist einsehr komplexes Thema. Inzwischen habe ich gelernt, daß quadrtische Propeller, d.h. wenn Steigung = Durchmesser ist, besonders gut sind sind.

Auch weiß jedes Kind, daß bei langsamen Flugzeugen ein großer langsam drehender Propeller besser ist als ein kleiner mit hohen Drehzahlen.

Läßt sich der Zusammenhang von Propellerdurchmesser und Wirkungsgrad jetzt vereinfacht darstellen? D.h. in welchen Bereichen lohnt es sich einen größeren Propeller zu wählen (mit gleichzeitig langsamer drehenden Motor) und gibt es dabei eine Sättigung im Durchmesser, der nur noch in homöopathischen Dosen etwas bringt.

Wirkungsgrad und Propellergröße

Ich weiß dies ist einsehr komplexes Thema. Inzwischen habe ich gelernt, daß quadrtische Propeller, d.h. wenn Steigung = Durchmesser ist, besonders gut sind sind.

Läßt sich der Zusammenhang von Propellerdurchmesser und Wirkungsgrad jetzt vereinfacht darstellen? D.h. in welchen Bereichen lohnt es sich einen größeren Propeller zu wählen (mit gleichzeitig langsamer drehenden Motor) und gibt es dabei eine Sättigung im Durchmesser, der nur noch in homöopathischen Dosen etwas bringt.

Hallo Gerhard,

Wenn du mal auf www.drivecalc.de gehst, findest du sowohl den Antriebsrechner-download als auch den Propcalc-download. Mit diesen beiden Werkzeugen bekommst du alle Informationen, die man für eine Auslegung aller Antriebskomponenten Akku, Regler, Motor/Getriebe und Propeller brauchst. Es braucht zuerst etwas Mühe und Studium der Hilfen und Anleitungen. Dann bist du aber bestens informiert.
Propcalc zeigt dir vorallendingen die Betriebspunkte eines Propellers im Flug. Nur diese Information bringt den richtigen Durchblick. Dabei wirst du sehen, dass der Schöberl Mosquito-Propeller 16"x19,2" den besten Wirkungsgrad auch bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten hat. Du kannst die Drehzahlen und die Blattwinkel verstellen und siehst die Auswirkungen. Sogar eigene Propellerauslegungen und Nachrechnungen sind möglich: Eine tolle Sache.

Also ran an die Sachen, es lohnt sich!

Grüße Peter

Hi,
dieses Werk von Helmut Schenk ist der Beachtung wert.

http://www.rc-network.de/magazin/artikel_02/art_02-0037/Standschub.pdf

Grüße
Stephan

Hallo Gerhard,

leider ist die Geschichte nicht so einfach...

Inzwischen habe ich gelernt, daß quadrtische Propeller, d.h. wenn Steigung = Durchmesser ist, besonders gut sind sind.

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Das stimmt z.B. nur, wenn das H/D von 1,0 auch zum sog. Fortschrittsgrad des Props passt.

Der Fortschrittsgrad ist
J = 60*v/n/D
mit
v = Fluggeschwindigkeit in m/s
n = Drehzahl in Upm
D = Prop-Durchmesser in m
Also im Prinzip (unter Weglassen einer Konstante) das Verhältnis von Flug- zu Umfangsgeschwindigkeit; man kann sich darunter eine Art "Anstellwinkel" des Props vorstellen.
Er ist die wichtigste Größe bei einem Propeller im Flug. Der Wirkungsgrad eines Props ist keine Konstante, sondern stark vom Fortschrittsgrad abhängig. Er ist im Stand = Null, steigt mit wachsendem Fortschrittsgrad langsam an, durchläuft ein Maximum, fällt danach steil ab und ist bei (ungefähr) "pitch-speed" wieder Null.
Man muß nun das H/D wählen, das beim gegebenen Fortschrittsgrad den höchsten Wirkungsgrad ermöglicht.

Eine genauere Berechnung ermöglicht z.B. das schon erwähnte Programm "PropCalc"; macht aber einige Arbeit...
http://www.drivecalc.de/PropCalc/PropCalc_de_Win.zip

Dort gibt es auch noch 2 "begleitende" Arbeiten:
http://www.drivecalc.de/PropCalc/PCHelp/Einfuehrung.pdf
http://www.drivecalc.de/PropCalc/PCHelp/Fortschrittsgrad&Co.pdf

Vor allem die zweite davon erklärt den Fortschrittsgrad etwas ausführlicher.

Wenn du eine ganz einfache Formel "aus der Praxis" suchst:
(H/D)_opt = 0,07 + 1,1*J
J ist darin der Fortschrittsgrad, s. oben.

Gruß,
Helmut

Propellergröße

Propellergröße

Läßt sich der Zusammenhang von Propellerdurchmesser und Wirkungsgrad jetzt vereinfacht darstellen? D.h. in welchen Bereichen lohnt es sich einen größeren Propeller zu wählen (mit gleichzeitig langsamer drehenden Motor) und gibt es dabei eine Sättigung im Durchmesser, der nur noch in homöopathischen Dosen etwas bringt.

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Hallo,

Noch eine Anmerkung zur Propellergröße. Wie Helmut in seiner Einführung für PropCalc beschreibt, ist der Durchmesser des Props die wichtigste Größe. Er bestimmt den Leistungsdurchsatz. Je langsamer man fliegen will und je mehr man Leistung braucht, desto größer muß der Propeller sein. Die durchgesetzte Leistung steigt allerdings mit der fünften Potenz des Durchmessers an, d.h. die Zunahme des Prop.- Durchmessers ist nicht so dramatisch, wenn man mehr Leistung braucht.
Die Grenzen für eine Drehzahlabsenkung sind auch durch Motoren mit niedrigen spezifischen Drehzahlen und verfügbare Getriebe mit hohen Untersetzungen und Leistungs-Durchsätzen gegeben. Motore mit niedrigen spez. Drehzahlen haben einen niedrigeren Leistungsdurchsatz bei allerdings meist höheren Wirkungsgraden. Man muß also immer erst mal eine Abschätzung durchführen, welche Kombinationen sinnvoll und möglich sind: Eine nicht ganz leichte Aufgabe!

Grüße Peter

Vielen Dank erst mal für Eure hilfreichen Antworten! Ich bin aber noch nicht ganz zufrieden und das liegt wohl an meiner zu wenig präzisen Fragestellung. Ich versuchs ´nochmal und nun hoffentlich ein bischen klarer:

Da ich mich auf den Prppeller und seinen Wirkungsgrad konzentrieren möchte, mache ich erst mal folgende Annahme.

1. Ich bin im Besitz eines idealen Motors, Reglers und Spannungsquelle mit jeweils 100% Wirkungsgrad. Den Motor kann ich in mitverschiedenen Umdrehungszahlen betreiben und es bleibt bei den 100% (ja so was wünschen wir uns alle).

Damit es nicht zu komplex wird, wünsche ich mir,

2. daß mein Antrieb gerade so stark ist, daß mein Segler weder steigt noch sinkt (Nullschieber).


Jetzt könnte ich jeweils unter Berücksichtigung eines "vernünftigen Fortschrittsgrads" einen Segler mit einem Prop von 8" Durchmesser mit sagen wir mal über den Daumen 100W zum Nullschieber machen (wenn man den Prop und Drehzahl optimal anpaßt), während man mit einen 15"-er vielleicht nur noch 70W braucht und mit einem 20" 50W benötigt. Diese Leistungsangaben sind jetzt frei von mir erfunden und sollen nur das Prinzip verdeutlichen.

Nehmen wir nun mal an, daß ein 30" Prop zum Nullschieber noch 45W aufnehmen würde, so kann man wohl behaupten, daß der letzte Schritt sich nicht mehr lohnt, wohl aber der Schritt zum 20" Prop.

Ich meine bei dieser Betrachtung ist Drivecalc weniger hilfreich.

Gibt es hierfür einen Faustformel oder eine zielführende Theorie?

Hallo Gerhard,

hier gibt es eine kleinen Artikel zur Berechnung der Antriebsleistung von E-Modellen:

http://www.google.de/url?q=http://w...oQFjAD&usg=AFQjCNGYGjO_UW2YQVii4d3cC9OMCyGW6g

Der Artikel ist zwar überholt, was den Typ von Stromquellen und auch der Motoren betrifft, aber die Grundlagen/Formeln sind deselben wie damals.

Gibt es hierfür einen Faustformel oder eine zielführende Theorie?

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Hast du meine Links und die einfache Erfahrungsformel überhaupt schon mal versucht ?
Es gibt leider keine einfache Formel, mit der man einen optimalen Antrieb bzw. Propeller berechnen könnte; nur allgemeine, oft übervereinfachte Aussagen, wie z.B. "ein großer, langsam laufender Propeller ist (bei langsamen Modellen) gut für den Wirkungsgrad".

Wenn man das etwas genauer wissen möchte, muß man verschiedene (möglichst sinnvoll gewählte) Annahmen machen und jeweils Punkt für Punkt durchrechnen. Dabei helfen Programme wie z.B. "PropCalc" (es gibt auch noch andere, aber weniger einfach anzuwendende). Ohne einen etwas tieferen Einstieg in die Theorie wirst du nur schwer weiterkommen.


Gruß,
Helmut

Hallo Helmut,

klar habe ich Deine Näherungsformel schon angesehen und sogar mit ihr gerechnet, denn sie hat mir gut gefallen!

Als ein Beispiel habe ich bei einem langsamen Segler angenommen, daß er 6m/sec fliegt und der Motor 1000U/min dreht und ich nehme einen 15" Prop.
Dann komme ich auf ein J von 0,947 und eine Verhältnis H/D opt =1,11.

Bei nur 500 U/min ist H/D opt = 2,2! Also doppelt so viel Steigung wie Durchmesser. Klar, halbe Drehzahl erfordert doppelte Steigung!
Bei 2000U/min ist H/D opt = 0,47 usw usw.



Jetzt weiß ich aber noch immer nicht, ob die Wahl eines 15" Zoll Props einen viel besseres eta als ein 10"-er liefert. Ich werde noch ein bischen in Eurer Theorie stöbern.

Gerhard,

große, langsam laufende Props mit einem H/D >= 1 sind im Gummimotor-Freiflug (wettbewerbsmäßig) der Normalfall.

Das Problem in deinem Beispiel ist der angenommene E-Motor. Langsam laufende E-Motoren mit hohem Drehmoment (und mit ordentlichem Wirkungsgrad) werden vergleichsweise sehr schwer, und das konterkariert dann alle anderen Bemühungen. Daher verwendet man in solchen Fällen Getriebe.

Jetzt weiß ich aber noch immer nicht, ob die Wahl eines 15" Zoll Props einen viel besseres eta als ein 10"-er liefert.

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Diese Frage kann dir nur PropCalc beantworten. Das Programm möchte aber detailliert wissen, wie dein Prop aussieht. Nur Steigung und Durchmesser sind bei einem Prop sehr grobe Daten; schließlich können die Blätter breit oder schmal sein, die Steigung kann nicht konstant über den Radius sein (was zunächst mal kein Nachteil ist), die Blattform kann geradlinieg/einfach oder irgendwie "geschwungen" sein.... Solche Unterschiede können locker zu 100% unterschiedlichen Schub- und Leistungsdaten führen.

Du kannst in PropCalc einen Prop nach eigenem Design eingeben, aber auch dort schon vorhandene Props "editieren", d.h. Durchmesser, Steigungswinkel, Blattform, Profil usw. verändern, und dir dann das Ergebnis ansehen.
Ich weiß aus dem "feedback", daß das Programm schon oft (sogar bei professionellen Projekten) erfolgreich eingesetzt worden ist. Leider sind die Rückmeldungen betr. die gefundene Propgestaltung gleich Null; die Anwender behalten das für sich. Den meisten Modellbauern ist es aber zuviel Arbeit, ihre Props zu vermessen; und/oder die Ergebnisse dann evtl. noch Anderen zugänglich zu machen.... da probiert man lieber.


Gruß,
Helmut

Hallo Gerhard,

vielleicht hilft dir Javaprop weiter.
Damit kannst du Propeller selbst entwerfen und erhältst als Output eine Menge Parameter, die deine Fragen wohl beantworten. Man muss sich allerdings ein wenig einarbeiten.
Für deine Problemstellung - langsame und hoher Wirkungsgrad - geht es sicher in Richtung so groß wie baulich vertretbar.

Grüße
Andi

effektivsten Prop ermitteln....

effektivsten Prop ermitteln....

GC schrieb:

Ich weiß dies ist einsehr komplexes Thema. Inzwischen habe ich gelernt, daß quadrtische Propeller, d.h. wenn Steigung = Durchmesser ist, besonders gut sind sind.

Auch weiß jedes Kind, daß bei langsamen Flugzeugen ein großer langsam drehender Propeller besser ist als ein kleiner mit hohen Drehzahlen.

Läßt sich der Zusammenhang von Propellerdurchmesser und Wirkungsgrad jetzt vereinfacht darstellen? D.h. in welchen Bereichen lohnt es sich einen größeren Propeller zu wählen (mit gleichzeitig langsamer drehenden Motor) und gibt es dabei eine Sättigung im Durchmesser, der nur noch in homöopathischen Dosen etwas bringt.

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Hallo Gerhard,

Im Verlauf meines

Standschubthread

bin ich zum Ermitteln des optimalen Props mit
Unilog (Spannung, Strom, Drehzahl, Höhe, Leistung)
wie folgt vorgegangen:


3-400m in gleichbleibender Höhe mit Minimalgas schleichen.
Der Prop, mit dem man dabei die geringste Energie braucht, ist zum Fliegen
und Steigen am effektivsten. Egal ob solo oder im Schlepp.
Zu wenig Durchmesser ist genau wie zuviel, suboptimal.
Hohe Steigung bei richtigem Durchmesser bringts voll.
Deshalb ist diese Kombi auch bei den langsamen Solarfliegern Pflicht.
Bei meinem F3A Trainer mit 1,9m war eindeutig die
Fiala 20x18 Holz E - Prop das Maß der Dinge.
An 6s genügten knapp 4 Amp. (Teillast) um auf ca. 400m Länge
eine gleichbleibende Höhe von ca.3m zu halten.
Größere Durchmesser waren auch bei hohen Steigungen schlechter.
Kleinere auch.
Natürlich waren die Unterschiede von z.B. 22x8 zu 20x18"
eklatant hoch.
Aber das war ja schon vorher klar.

Gruß Andy Reisenauer

Moin

Wenn man immer grössere und noch grössere Props einsetzen will, muß man sich auch im klaren sein, das sie sich zunehmend wie ein Rad auf der Straße verhalten.
Sie lassen immer weniger Schlupf zu, was ja eigendlich gewünscht ist .
Gleichzeitig muß die Abstimmung (siehe die Gänge beim Auto) immer genauer angepasst sein.
Hab ich zb nur 500 g Schub reicht das für ein 5 kg Modell im Horizontal, und leichtem Steigflug (0,5 m/sek).
Ziehe ich aber, und die Geschwindigkeit sinkt, wird der Antrieb überlastet.
Auch im Stand kann die Drehzahl nicht erreicht werden, das ist ja der Extremfall schlechthin.
Wie sparsam der Prop dann arbeitet ist vom obtimalen Steigungsverlauf am Blatt abhängig.
Wenn man dazu mal an Tragflächen mit obtimalem Strömungsverlauf, zum reduzieren der Randwirbel, die Flächenenden sieht ?
Bei Graubner gibts sowas ja auch!
Zum Blattprofil nehme ich die Geschwindigkeit am jeweiligen Radius, und suche dazu ein verlustarmes Profil.
Richte mich nicht nach Rezahlen, da ich überzeugt bin das man eine Fläche mit zb 25 cm Tiefe nicht mit einem Prop und 25 mm Blattiefe nach Rehzahlen vergleichen kann .
So nach dem Motto 10 fache Geschwindigkeit ist doch gleiche Rezahl .
Bei 10 facher Geschwindigkeit (nur als Beispiel) braucht das Blatt mit dann 100 fachem Eigenwiederstand, bei 10 fachem Weg, über den Daumen das 1 000 fache an Verlustleistung , Ö , ja hallo .
Das sind so meine Gedanken !!!!!

Gruß Aloys.

Hallo Aloys,
finde es gut, dass mal jemand auf diesen Punkt hingewiesen hat.

Je größer der Prop, desto kritischer wird die Anpassung.

Da wo die Anpassung jedoch gelungen ist, steht ein derart überragender Leistungsüberschuss zu Verfügung, dass - um mal bei Deinem Beispiel zu bleiben - nach leichten oder stärkerem Ziehen kaum die Geschwindigkeit fällt.
Diesen Effekt kennt man von den stark untersetzten Klapp-Props, wo der Flieger bei einer bestimmten Geschwindigkeit quasi einrastet.

Grüsse