Constant RPM Propeller

Eckehard

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Hallo Zusammen,

es ist schon etwas Zeit vergangen, trotzdem ist mein Interesse an diesem Thema eher gestiegen....

Ich möchte hier einmal nachfragen, ob es in Eurem Projekt bereits neue Erkenntnisse gegeben hat?

Vielen Dank im Vorraus....


Eckehard
 

Aero21

User
Zwischenbericht

Zwischenbericht

@Eckehard

Der Verstell-Prop fliegt im REVOLFER 70 von Great Planes. Geflogen wird mit 3 Flugzuständen mit unterschiedlicher Steigung am Prop. Da ich immer noch nicht über einen Regelkreis für die Pitch-Verstellung analog der manntragenden Fliegerei verfüge, ist für jeden Flugzustand "TakeOff", "Flight" und "Land" ein anderer Offset für eine unterschiedliche Steigung des Props programmiert. Zur Erreichnung der optimalen Pitchgeschwindigkeit für jeden Flugzustand. Ein weiterer Flugzustand TAXI ermöglicht zu Demo-Zwecken den Beta-Range - Negativ-Pitch.

Ich habe mich bemüht heraus zu finden, wie die Arbeitsweise im Cockpit eines Flugzeugs mit Constant Speed Propeller ist. Bei Privatpiloten scheint das Hintergrundwissen über ihren Flugapparat nicht sehr tief zu sein. Die aktuellste Aussage eines PILATUS-Mitarbeiters lautet, dass der Pilot herzlich wenig zu tun hat. Es soll nur eine untere Systemdrehzahl nach dem Hochlaufen der Turbine für TAXI und eine nach dem Setzen von Leistung für START und FLUG geben.

Ich bleibe dran.

Jüge
 
Ein "echter" Constant Speed Prop arbeitet nach dem Prinzip einer konstanten Drehmomentregelung. Im Cockpit wird mit dem Propellerwahlhebel eine Drehzahl vorgewählt, z.B. 2000 RPM. Solange diese Drehzahl nicht erreicht ist weil der Motor noch nicht genug Leistung hat bleibt die Steigung auf der kleinsten Pitch. Wenn man dann Gas gibt steigt die Drehzahl bis zum gewählten Wert an, ab dann wird die Drehzahl konstant gehalten und die Pitch des Props verstellt sich.
Mechanisch wird das über eine Fliehkraft gesteuertes Öldruckventil in der Propellernabe geregelt, hier mal ein Link
Da es bei Kolbenmotoren aber schwierig ist ein Drehmoment einzustellen (bei Turbinen geht das) wird als Regelwert meist der Fuelflow in Verbindung mit der Abgastemperatur genommen. Da bei der Steinzeittechnik eines Lycoming-Motors noch keine automatische Gemischregelung vorgesehen ist bzw. der Motor bei Start und Landung wegen der besseren internen Kühlung bewusst zu fett eingestellt wird und im Flug dann entsprechend abgemagert werden muss werden die Werte für Drehzahl, Fuelflow und EGT für den Reiseflug vor dem Start für die geplanten Flüghöhen aus den entsprechenden Graphen im Handbuch entnommen:eek:

Im Elektromodell wäre ein Equivalent möglicherweise über ein Drehpoti für die Drehzahl und eine Stromregelung für die Leistung zu lösen, aber wie das aufgebaut sein müsste hab ich keine Ahnung...
 
sorry, daber hier muss ich mal kurz eingreifen:

Wie der Name schon sagt ist das ein constant speed prop. Das heißt auf Deutsch konstante Drehzahl.

Physikalisch gibt es einen Zusammenhang zwischen Drehzahl N , Drehmoment M und Leistung P. P = 2 * PI * N * M (PI = Kreiszahl 3,141....)

Folglich kann entweder das Drehmoment oder die Drehzahl konstant gehalten werden, es sei den die Leistung soll auch konstant sein! Da man aber für höhere Fluggeschwindigkeiten ganz sicher mehr Leistung benötigt, wird bei einem auf konstante Drehzahl geregelten Propeller bei steigender Leistung das Drehmoment zunehmen. Deswegen muss das Regelsystem ja auch mehr Pitch geben!

Ich bin also sehr sicher, dass bei jedem dieser Systeme (egal ob da jemand drin sitzt oder nicht) die Drehzahl konstant bleibt und Leistung und damit auch Drehmoment steigen wird.

Cheers
Chris
 
Moin Zusammen,

schön das die Diskussion wieder aufkommt. troll05 hat doch eine gute Variante erläutert. Der Motor wird auf Drehzahl geregelt, die über sagen wir ein Drehpoti am Sender gewählt wird. Der Gasküppel gibt dann ein Lastmoment vor. Um das Lastmoment zu erreichen gibt ein Drehmomentregler einen höheren Pitch vor. Regelungstechnisch betrachtet sieht das dann so aus:
ConstSpeed.jpg

Ich hoffe das ist auch für nicht Regelungstechniker zu verstehen. Aber so könnte die Regelung aufgebaut werden. Wenn jemand die Mechanik macht mache ich gern den Motorregler und die Regelung dazu.

Gruß

Alex
 
Hallo, tolles Angebot von Alex, zugreifen! Alternativ, warum nicht einfach ein Telefonat zwischen den Initiatoren und z.B. Rainer Hacker führen über einen ersten Informationsaustausch und ggfs. eine mögliche Zusammenarbeit bei der Entwicklung der Reglersteuerung oder eben mit einem anderen Reglerhersteller? http://www.hacker-motor-shop.com/e-vendo.php?shop=hacker&SessionId=&a=templ&template=impressum Bitte unbedingt weitermachen und ab und zu hier kurz schreiben. Gruss Dietmar
 
Hallo Alex,

Bei der Logikschaltung wirst du allerdings zwei Dinger drehen / vertauschen müssen: Und zwar den Drehzhalregler und den Pitchcontroller.

Ich versuch das mal kurz zu erklären: Bei einem Hubschrauber, welcher auch eine konstante Drehzahl hat, steuert der Pilot den Pitch und der Motorregler justiert die nötige Leistung so nach, dass die Drehzahl konstant bleibt. Würde man dies bei einem Prop so machen müsste der Pilot für unterschiedliche Geschwindigkeiten immer den Pitch nachregeln. Deshalb ist es bei einem constant speed Prop genau anders herum. Der Pilot gibt die Leistung des Systems durch den Gashebel vor und der Pitchcontroller variiert den Pitch so, dass sich eine konstante Drehzahl ergibt. Und das macht er automatisch für alle gerade geflogenen Geschwindigkeiten. Ich bin mir ehrlich gesagt selber nicht ganz klar welche Einstellungen man dafür bei einem Elektromotor am Steller/Regler vornehmen müsste. Wahrscheinlich gar keine besonderen sondern so, als ob da eine starre Luftschraube dran ist.

Die Solldrehzahl würde dann über ein Poti an den Pitchcontroller gehen. Ist allerdings die Frage ob man die überhaupt verstellen muss. Ist ja für einen gegebenen Propeller und ein gegebenes Flugzeug eh fix.

Cheers
Chris
 
Hi Chris,

Beim Heli wird der Rotor stur auf Drehzahl geregelt. (Stichwort Governor Mode) Und die Pitchverstellung geht davon unabhängig direkt über den Servo und die zusätzliche Last durch mehr Pitch regelt der Motorregler aus. So wie ich die Anwendung aber für die Fläche verstanden habe muss hier aber Drehzahl und Pitch im Verbund angepasst werden. Aber anscheinend scheiden sich die Geister wie, dass konkret in der Manntragenden Luftfahrt gemacht wird. Im Endeffekt will man doch einen maximal effizienten Antrieb erreichen, also muss der vom Knüppel geforderte Schub mit möglichst geringer Motorleistung geliefert werden. Was für niedrige Geschwindigkeiten bedeutet, Drehzahl runter und Pitch hoch. Bei höheren Fluggeschwindigkeiten muss die Drehzahl hoch und der Pitch etwas runter.

Was die Regler angeht, baue ich die eh selbst mit einer recht aufwändigen Regelungsstruktur, die könnte für diese Anwendung auch sehr gut sein. Nur für den normal Betrieb bringt der Aufwand recht wenig außer das es leise ist und 1-2% effizienter, deshalb interessiert mich dieser Prop so :).

Gruß

Alex
 
Hallo, vielleicht kann bitte jemand von der manntragenden Constant-Speed-Prop-Seite einmal einen Flug schildern. Also, mich würde sehr interessieren, wie sind die Drehzahlanforderungen bei Start-Reise-Kunstflug-Landung und warum, in welcher Position befindet sich dann jeweils der "Hebel"? Gruss Dietmar
 
Ich versuche mich mal an meine manntragende Zeit zu erinnern .. ;)

Flugzeug Super Dimona, Motorsegler, je nach Variante 80-115 PS.
Elektrische Prop-Verstellung (Drehzahlvorwahl).

Zur Verfügung stehende Hilfsmittel:
Gashebel, Drehpoti für Drehzahlvorwahl, Magnifold-Meter (Ansaugunterdruckanzeige , (kein Turbomotor), Drehzahlmesser.

Zum Start/Landung wird Vorwahl auf Max. gestellt, ebenso Gashebel. (Gashebel nur Vollgas bei Start ..)
=> Hohe Drehzahl, kleiner Pitch.

Reiseflug: geringe Drehzahl, Gashebel dann nach Anzeige Magnifold. Hier gilt es zu beachten, dass man den Motor wohl überlasten / "abwürgen" kann,
wenn man zu geringe Drehzahl bei zu wenig Leistungsstellung hat).
(Praktisch wie beim Auto zu grosser Gang mit herumqäulen auf dem Gaspedal) .
 

FamZim

User
Hallo

Das Problem ist aber, das man einen Verbrenner nicht mit einem E Motor gleichsetzen kann.
Der Verbrenner wird bei zu hohem Drehmoment in der Drehzahl einbrechen bis zum Abwürgen.
Der E Motor wird einen ständig steigenden Strom nehmen bis zum durchbrennen von Steller und Motor.
Also muß der Strom gemessen werden um bei überschreitung den Pitch zurück zu nehmen.
Also Stromüberwachung mit aktiver Steuerung des Props.

Gruß Aloys.
 
Die Frage ist doch: Was will man im Modell mit einem Prop mit verstellbarem Pitch machen will.
  • Scale: Bei Taxi oder im Stand mit recht hoher Motordrehzahl den Prop ohne Pitch drehen.
  • Effizienz: Bei einer PC21, Tucano usw. hat man einen weiten Geschwindigkeitsbereich. Hier kann man mit wenig Pitch starten und dann um das Drehmoment auch im Flug zuhalten kann der Pitch erhöht werden.
  • Bremsen: Bei einer A400M könnte man Scale abbremsen mit gegen Schub, ohne die Motor Drehrichtung schlagartig zu ändern.

Wem fällt noch eine Anwendung ein?

Was die Stromüberwachung an geht kommt das nur auf den Regler an. Jenach Regelprinzip braucht man die Strommessung so oder so. ;)

Gruß

Alex
 
Danke für die Schilderungen aus der Grossfliegerei.
Ich würde dann im Modellflug beim Start eine kleine Steigung und hohe (volle) Drehzahl wählen, quasi alles was drin ist.

Nach dem Start dann Drehzahl senken und den Gang hoch schalten, also die Steigung erhöhen, trimmen und die üblichen Runden fliegen, gleichzeitig schauen/hören via Telemetrie, um die Stromhöhe bzw. den Energieverbrauch zu minimieren.

Für Kunstflug dann wieder höhere Drehzahl und ggfs Steigung/Gang anpassen. In den Figuren regelt das Constant-Speed-Prop-System dann automatisch und damit optimierend? in den Auf- und Abwärtspassagen.

Zur Landung die "kleine Steigung" setzen, um sofort die Power/den kleinen Gang für den eventuellen Durchstart zu haben.

Bei den Geschwindigkeitsbereichen, die unsere E-Segler oder grosse E-Motormaschinen umfassen können, halte ich das alles für sinnvoll. Natürlich würde ich als Kunde einer solchen Variante auch erwarten, dass Belastungsgrenzen des E-Motors automatisch eingehalten werden können. Wäre sehr interessiert, wenn es eine derartige Idee bald zu kaufen gäbe, weil ich das allein nicht hinbekommen könnte. Da es Hobby ist, würde ich den Kaufpreis nachrangig sehen...
Gruss Dietmar
 

Eckehard

User
ei ei ei, hier ist ja quasi ein Sturm losgebrochen... Das Thema scheint also nicht nur mich zu interessieren..

Hallo Jüge,
toll, das Du Positives von den praktischen Einsatz Deiner Umsetzung berichten kannst. Die Mechanik ist also den Belastungen gewachsen. Offensichtlich ist das eigentlich Problem aber die Nachbildung des Verhaltens des manntragenden Vorbildes..
Ich bin jedenfalls sehr gespannt, wie Dein Projekt weitergeht...

Vielleicht gibt es ja irgendwann einmal eine käufliche Version für meine PC 6 Modelle... das wäre einer meiner Träume

Ich versuche einen Kontakt zu PC 6 Piloten zu aktivieren, um aus dieser Sicht vielleicht etwas zum Thema beisteuern zu können. Ob es klappt, kann ich nicht versprechen, auch ich "bleibe da aber drann"....

Grüße
Eckehard
 

Aero21

User
Constant Speed Prop

Constant Speed Prop

@Eckehard
Ist wirklich beeindruckend, wie gross das Interesse an Prinzip Verstellpropeller ist.

Dem Link von Jürgen Heilig hab ich Folgendes entnommen:

Einen neuen und sehr komfortablen Weg geht Cirrus bei seinen Flugzeugen. Hier sind wir von der Aufmerksamkeit auf den Propeller entbunden, und es gibt auch gar keinen Verstellhebel mehr. Die Propellerverstellung funktioniert vollautomatisch. Bei einer SR20 oder einer nicht aufgeladenen SR22 wird mit Hilfe einer eingebauten Kulisse in der Mittelkonsole die Drehzahl beim Start und im Steigflug auf 2700 RPM und im Reiseflug auf 2500 RPM automatisch eingestellt. Wenn im Anflug die Leistung auf unter 18 in.Hg reduziert wird, verringert sich die Drehzahl automatisch auf leise 2000 RPM. ©Aerokurier


Dies deckt sich mit der Aussage meines Bekannten bei PILATUS.

Als nächstes erhält der REVOLFER einen Satz grösserer Propellerblätter. Die RAMOSER 12C/10.1" werden durch 12C/11" ersetzt - wenn ich sie dann bearbeitet habe.

Um dem regen Interesse gerecht zu werden, widme ich mich wieder intensiver dem Constant Speed Prop. Ich spühre, dass unter den RCN-Usern das nötige Knowhow für die Realisation vorhanden ist.

Jüge
 
... ein dickes Danke für diese Rückinfo an Jüge und seine Unterstützer. Nur eine Bitte, zunächst nicht die vollautomatische Lösung, der "Hebel" bzw. ein Schieber am Sender wäre für mich ja der "Kick". Morgendliche Gruesse Dietmar
 
Moin Zusammen,

Wenn das weiter geht, würde mich mal interessieren welche elektrische Lösung mehr Leute interessiert.

Einen konventionellen Brushlessregler zu nehmen und ein Modul in die Akkuzuleitung zwischen zu stecken an dem der Servo der Prop-Verstellung angeschlossen wird. Und das einen Eingang von Empfänger bekommt. Vllt. noch HOTT oder JETI Telemetrie um den Regler einzustellen. Dann wird das klein und kompakt.

Oder man macht die "RICHTIGE" Lösung und ich ändere mein Design von einem Brushlessregler dahin gehend das ich den zusätzlichen Servoausgang unterstütze. Dann kann die Regelung komplett integriert werden.

Welche Variante fändet ihr besser? Ich würde da dann ein Opensource Design draus machen, dann hat da jeder was von.

Gruß

Alex
 
Markus Rummer nutzt bei seiner 3,1m 3D mit Vektorsteuerung und Verstell-Prop die Telemetriegebermöglichkeiten der JETI DS/DC-16. Er mischt den Speed (Pitot-Rohr gemessen) auf die Steigung und kontrolliert zusätzlich den Strom des Antriebs über die Strommessung der JETI Telemetrie. Bei zuviel Strom (z.B. besonderen Manövern > Kreiselkräfte) wird automatisch das Pitch des Props reduziert um den Antrieb wieder zu entlasten.

So etwas liesse sich sicherlich auch für so einen Verstell-Prop nutzen.
 

UweHD

User
Das Prinzip des typischen "constant speed props" bei manntragenden Flugzeugen ist eigentlich nicht kompliziert: Der Pilot stellt eine gewünschte Leistung am Kolbentriebwerk oder der Turbine ein, und der Propeller verstellt den Pitch automatisch so, dass eine konstante Drehzahl eingehalten wird.
Das bedeutet, der Propeller hat keinerlei Regelkreis auf die Motorleistung, es wird nur der Pitch (und damit der verfügbare Schub) automatisch über den Prop geregelt.

Bei der Umsetzung im Modell mit Elektromotor muss man aber jetzt einiges beachten. Kolbentriebwerke und Turbinen drehen grundsätzlich ohne Last bis an die Drehzahlgrenze, d.h. hier funktioniert die Drehzahlregelung über den Widerstand der Luftschraube problemlos. Bei Brushlessmotoren mit Drehzahlsteller wird hingegen die Drehzahl gestellt und der dabei entstehende Propellerwiderstand bestimmt die notwendige Leistungsaufnahme in Ampere. Für eine 1:1 Umsetzung im Modell müsste man also zunächst die Drehzahl über den Brushless-Steller vorwählen und dann eine gewünschte Amperezahl über den Gashebel einstellen können. Der Constant Speed Propeller müsste dann seinen Pitch selbständig so einstellen, dass die gewünschte Amperezahl (und damit die Leistungsaufnahme des Antriebs) erreicht wird. Das wäre die "scale" Variante :)

Funktionieren (und dem Original sehr ähnlich kömmen) würde aber auch eine konstante Drehzahlstellung über Governor, wie beim Heli. Der Gashebel würde dann auf den Pitch des Propellers wirken und die Leistungsvorwahl im manntragenden Flugzeug simulieren. Der Governor im Steller erledigt dann den Rest und bestimmt den notwendigen Strom.
So eine Umsetzung wäre einfach möglich, man würde keine spezielle Elektronik benötigen und der Effekt wäre im Prinzip der gleiche wie im Original.
 
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