Airboat-Kapitän benötigt Hilfe bei Antriebskonzept

[Olli76]

Hallo liebes Forum!

Ich heiße Olli, komme aus der Nähe von Berlin und habe meine Heimat beim Schiffsmodellbau. Deswegen war ich bis dato auch in einem anderen Forum unterwegs.

Ich habe zuletzt ein Airboat gebaut, was mit rund 10 kg Lebendgewicht (d.h. all incl.) recht schwer geworden ist. Falls ihr es euch anschauen wollt: hier ist der Baubericht.

Meine Frage geht speziell an euch Elektroflieger. Ich habe keine richtige Ahnung zu Propellerantrieben, weswegen das Boot auch nicht so fährt, wie ich mir erhofft hatte. Folgende Antriebskombo hatte ich eingeplant (und eingebaut):

Hacker A50 12L @ 6S (SLS XTRON, 7.000mA)
Ramoser 4Blatt-Prop (12C 355), 14 / 10 bis 14 Zoll Steigung.

Gerechnet hatte ich im Vorfeld mit www.eclac.ch und kam dort auf nahezu 6 kg Schub mit den Komponenten. Dachte, dass das reichen sollte, um das Modell ins Gleiten zu bringen. Eine Probefahrt und spätere Tests auf'm Motorprüfstand brachten aber Ernüchterung. Mehr als 3 bis 3,6 kg Schub krieg ich nicht raus, was für ansprechende Fahrleistungen nicht reicht. Dies bestätigte dann auch DriveCalc (hatte ich vorher nicht auf dem Schirm).

Hier ein (schlechtes) Video der Probefahrt.

Jetzt bin ich etwas ratlos, wie ich weitermachen soll. Könnt ihr etwas empfehlen? Ich bräuchte ja wohl überwiegend Schub und eine geringere Strahlgeschwindigkeit, um die Kiste zu bewegen. Also Steigung runter? Drehzahl hoch? Der Ramoser-Prop hat max. Drehzahl von 7.900 U/min. Den Schraubendurchmesser kann ich leider nicht vergrößern. Gewicht einsparen auch nicht so richtig.
Gibt es bessere Flugschrauben für den Zweck?
Oder muss es ein anderer Motor und 8S, 10S oder gar 12S werden?

Maßstäbliche Geschwindigkeit wären 30 km/h. Das sollte das Ziel sein. Die Kiste soll schon ins Gleiten kommen. Im Schiffsforum wurde mir aufgrund der Daten des Originals ausgerechnet, dass dafür ein Motor mit mind. 2500 W Leistung notwendig wäre. Original hat 600 PS, 4-Blatt Sensenich-Prop., 80 km/h Max.geschw.

Das Original hat breite Airboat-Luftschrauben. So etwas habe ich noch nicht gefunden. Möglicherweise würde ich versuchen, diese im 3D-Druck zu erstellen bzw. davon eine Abformung zu machen um eigene Blätter zu laminieren. Wäre nicht das erste Mal, dass ich was laminiere, aber ein Profi bin ich auch nicht. Und ich kann mir ehrlich gesagt nicht so richtig vorstellen, dass man die einzelnen Blätter so gleich hinbekommt, dass nachher nicht eine Unwucht im Antrieb entsteht.

Ich bin gespannt auf eure Ideen oder Vorschläge. Seit den Probefahrt bin ich etwas ernüchtert. Das Teil sollte auf'm Teich eigentlich schon was hermachen!

Viel Dank!

Olli

 

[maddyn]

HI

bin zwar auch nicht so fit in der berechnung und auslegung vom motor und proppellern
aber kann es sein das dein propeller flaschrum drauf is
oder er ist schlicht z klein, hacker gibt bei 6s 17-18,5zoll an

 

[Christian Abeln]

Ramoser-Luftschraube mal auf die passende (gerechnete) Steigung gedreht (Und richtigrum montiert wie der Kollege vor mir schon sagte)? Ansonsten damit mal rumprobieren. Wasser ist bei Verdrängerfahrt reichlich zäh das hab ich auch mehrfach festgestellt.
Auch den Strom mal messen dann siehst Du ob die Rechnung grundsätzlich stimmt.

 

[Papa14]

Hacker A50 12L @ 6S

Die Motorisierung schaut schon mal recht brauchbar aus, aber ich würde nicht auf ecalc vertrauen (eclac gibt es nicht). Stattdessen eine Kofferwaage nehmen und den realen Standschub messen. Der Prop hat nur einen geringen Durchmesser, selbst wenn der ordentlich schiebt, macht der auch ordentlich Lärm.

Eine Probefahrt und spätere Tests auf'm Motorprüfstand brachten aber Ernüchterung. Mehr als 3 bis 3,6 kg Schub krieg ich nicht raus, was für ansprechende Fahrleistungen nicht reicht. Dies bestätigte dann auch DriveCalc

Eben, das ist zuwenig zum Leben und zuviel zum Sterben.
Interessant wäre zu wissen, welchen Strom der Antrieb zieht, mit z.B. 40A wäre die Eingangsleistung knapp 900W, das ist nicht gerade prickelnd. Laut Hacker würde der Motor an 8S und mit einer XOAR 15x10 ca. 66A ziehen, das wären also 2KW Eingangsleistung.

Hier ein (schlechtes) Video der Probefahrt.

Naja, man muss dem Böötli auch schon mal Zeit geben, in die Puschen zu kommen, die Beschleunigungsfahrten sind ja nicht gerade berühmt. Ich habe einen vergleichbaren Antrieb in einem 11kg Holzsegler, der braucht schon eine ordentlich lange Startstrecke - und der hat keinen Wasserwiderstand ...

 

[S_a_S]

Olli,

ein schickes Boot.

Das Original hat 6,5m Länge und soll 80km/h bringen. Ich schätze mal de Maßstab 1:10 und da wäre dann die Modellgeschwindigkeit (Froud) 80:Wurzel(10) = 25km/h.

Standschub wächst nur über den Durchmesser (bei Dir begrenzt) und Drehzahl.

Die Drehzahl ist aber über kv vom Motor und Zellenzahl begrenzt. Bei 6s kommt die Leerlaufdrehzahl nicht über 8.946/min hinaus (4,2V x6 x 355/minV), realistisch bei Nennspannung (3,7V) und Last eher bei 6300/min. Mehr Drehzahl also nur mit mehr Zellen - aber hier kommst Du dann ans Limit des Ramoser-Propellers...

Aber Du brauchst ja die Leistung des Propellers nicht im Stand, sondern bei zunehmender Fahrt, denn da nimmt der Wasserwiderstand zu.
Die Strahlgeschwindigkeit sollte ungefähr doppelt so hoch wie die Modellgeschwindigkeit sein. Bei 6300/min wäre die theoretische Strahlgeschwindigkeit bei 14" Steigung schon Faktor 5 über der Modellgeschwindigkeit.

Da solltest Du nochmals an der Luftschraube arbeiten. Im ersten Ansatz die Steigung reduzieren, also auf 10" zurückdrehen. Wäre dann (gleiche Drehzahl) nur noch 4 fache Modellgeschwindigkeit. Oder (sofern es der Luftschraubenadapter die 23mm Nabendicke her gibt) z.B. zwei APC 14x6 hintereinander montieren (dann aber an 8S).


Die Masse geht beim Modell aber in der Dritten Potenz ein, die 1600kg sollten im Modellmaßstab nur (geteilt durch 10³) 1,6kg sein, von daher taucht das Boot tiefer als es sollte. Dazuhin könnte es auch sein, dass der Schubvektor (durch den langen Hebelarm) den Bug ins Wasser drückt und dadurch das Gleiten verhindert. Eventuell hilft da noch Gewichtsverlagerung oder Änderung des Anstellwinkels.

Grüße Stefan

 

[Rüdiger]

Hi Olli,

das starke Rauschen des Propellers im Video zeigt eine viel zu hohe Steigung auf, er kann wegen der langsamen Fahrt des Boots nicht "greifen". Beherzige deshalb Stefans Vorschläge. Falls der Bug dann zu stark ins Wasser gedrückt werden sollte, muss du wahrscheinlich mit dem Winkel des Motors arbeiten, es sollte dann der Propeller nach oben geneigt sein. Das ist experimentell zu ermitteln.

Viel Glück!

Rüdiger

 

[Olli76]

Vielen Dank erst einmal für eure zahlreichen Antworten und Hilfestellungen.

Ich fange noch mal vorne an:

Maßstab ist 1:7. Gewichtsmäßig bin ich trotzdem ordentlich drüber. Original hat 25 cm Tiefgang. Da bin ich gute 5 % drüber. Mit dem CAD-Programm hab ich die (maßstäblich korrekte) Verdrängung (d.h. das verdrängte Volumen) berechnen lassen: knapp 7.900 g. Müsste also 2 kg noch abspecken.

Die Probefahrt war insofern noch nicht so aussagekräftig, als dass der Prop nicht richtig festgezogen war. Er hatte sich selbst gelöst und verstellt, wodurch das Modell auf einmal rückwärts fahren konnte.
Außerdem hatte ich mich noch nicht getraut richtig Gas zu geben. Vor der nächsten Fahrt stehen aber einige Änderungen an (Badeplattform hinten zieht Wasser, Lenkung muss ich auch noch mal überarbeiten).

Ich wollte jetzt nur mal grundsätzlich wissen, ob ihr andere Ideen habt.

Gemessen habe ich den Antrieb zumindest auf dem Trockendock (Telemetrie und Drehzahlmesser):

Bei irgendwas zwischen 9 und 11 Zoll Steigung (diese Ramoser-Einstelllehre finde ich etwas - na ja) ergab die besten Werte:

• 20 % Gas: 1.330 U/min | 0,8 A | 50 g Schub
• 40 % Gas: 3.050 U/min | 4,7 A | 480 g Schub
• 50 % Gas: 3.860 U/min | 9,0 A | 850 g Schub
• 60 % Gas: 4.820 U/min | 16,0 A | 1.420 g Schub
• 80 % Gas: 6.300 U/min | 38,8 A | 2.800 g Schub
• 100 % Gas: 6.600 U/min | 49 A | 3.600 g Schub

Schub hatte ich mit einer Kofferwaage gemessen.

DriveCalc kommt in der Kombination (allerdings nur mit 3-Blatt-Schraube) auf einen Schub von rund 4 kg. Aber eben nur bei hoher Steigung. Irgendwie beißt sich da die Katze von meinem Verständnis in den Schwanz. Ich brauche Schub, Steigung soll aber runter, dann habe ich doch noch weniger Schub, oder wie?!

Bei der nächsten Fahrt werde ich beherzter testen und auch mal die Steigung variieren.

Hab mir parallel dazu mal einen breiten Airboat-Prop à la Sensenich nachgezeichnet.

Den werde ich mal drucken und schauen, ob meine Konstruktion in die Ramoser-Nabe passt. Ggf. probiere ich mal ein Negativ-Positiv-Abzug.

Das Original hat 6,5m Länge und soll 80km/h bringen.

Geil, dass ich mich seit vier Jahren mit dem Schiff beschäftige und die Seite bis heute nicht kannte! Vielen Dank dafür. Wobei ich die abgebildete Zeichnung damals als pdf im Netz gefunden habe, woraufhin das Unheil seinen Lauf nahm...

den Bug ins Wasser drückt

bei der ersten Fahrt hatte ich eher das Gefühl, dass sich das Heck ins Wasser drückt. Deswegen muss ich die Badeplattform / Schwimmkörper am Heck auch noch mal überarbeiten. Der schließt im Moment an der Unterseite nicht mit dem Rumpf ab.

Viele Dank euch erstmal!

Olli

 

[Ewald]

Hallo Olli,
die Frage bzgl. der richtigen Laufrichtung des Propeller wurde noch nicht beantwortet. Es ist ja beim Boot ein "Druck" Antrieb. Bei Flugzeugen ist es häufiger ein "Zug" Antrieb.
Das Video vermittelt den Eindruck eines falsch montierten Propellers.
Ein paar Detailbilder mit Angabe der Drehrichtung würden helfen.

Grüße Ewald

 

[Rüdiger]

Das Video vermittelt den Eindruck eines falsch montierten Propellers.

Das könnte das starke Rauschen auch erklären.

 

[Olli76]

Moin! Das kann ich jetzt nicht mehr nachvollziehen. Könnte schon sein, weil sich der Propeller ja am Ende, als er sich gelockert hatte, die Steigung durch seine Drehung ins Negative verstellt hat. Regulär funktioniert das bei den Ramoser-Naben ja nicht.

Auf dem Prüfstand sollte die Schraube aber richtig drauf sein. Dreht sich von hinten draufgeschaut im Uhrzeigersinn. Die 'dicke' Kante der Schraube ist vorne.

 

[Christian Abeln]

Das passt. Das Rauschen kann auch vom Käfig kommen. Verstellen sollte sich beim Ramoserpropeller nichts wenn man die Dinger richtig montiert und vernünftig fest anzieht.

 

[Rüdiger]

Schub hatte ich mit einer Kofferwaage gemessen.

DriveCalc kommt in der Kombination (allerdings nur mit 3-Blatt-Schraube) auf einen Schub von rund 4 kg. Aber eben nur bei hoher Steigung. Irgendwie beißt sich da die Katze von meinem Verständnis in den Schwanz. Ich brauche Schub, Steigung soll aber runter, dann habe ich doch noch weniger Schub, oder wie?!

Schub erzeugt man am Besten mit einem größeren Propeller, oder, wenn das nicht geht, mit mehr Blättern. Klar, mehr Steigung erzeugt auch mehr Schub. Aber man nimmt mehr Steigung um mehr Geschwindigkeit zu erzielen, nicht für den Schub. Allerdings verpufft der Schub wirkungslos bzw. baut sich erst garnicht auf, wenn der Unterschied zwischen Propellerstrahlgeschwindigkeit und Modellgeschwindigkeit zu groß wie in deinem Fall ist. Nimm das bitte so als gegeben hin, ich mag das nicht weiter erklären. Wenn's dich interessiert, dann google nach "Propellertheorie".

DriveCalc (Freewareprogramm, nicht zu verwechseln mit Ecalc) empfiehlt als Vopt (man kann in DriveCalc zwischen Vpitch und Vopt per Klick umschalten) eine Modellgeschwindigkeit, bei der der Propeller seine beste Effizienz hat. Bei einem angenommenen 14x10er spuckt DriveCalc als Vopt 89km/h bei deinem Motor mit 6S Lipo als Modellgeschwindigkeit aus, etwas viel für dein Boot?

Reduziere deshalb die Steigung so weit du kannst, wenn möglich auf einen Wert von 5 bis 6, damit sich überhaupt erstmal ein Schub aufbauen kann und vergrössere, wenn das baulich möglich ist, den Propeller.

hth,

Rüdiger

 

[Olli76]

Reduziere deshalb die Steigung so weit du kannst

Alles klar. So probiere ich es. Bin gespannt auf die nächste Testfahrt. Im Moment druckt der Drucker aber noch was anderes. Als nächstes wird aber der Schwimmkörper hinten neu gemacht. Dann kann's losgehen!

mit mehr Blättern

Könnte noch auf einen 5-Blatt gehen. Gibt's ja auch bei Herrn. R. Aber erstmal teste ich so.

Danke!
Olli

 

[Olli76]

So, die gedrucken Propeller passen in die Nabe. Etwas Spiel war aber noch.

Testen ging aber nicht richtig. Bereits bei unter 2.000 U/min sind die Blätter aus der Nabe gerissen. Zum Glück hab ich nur durchs Fenster geguckt.

Vielleicht probiere ich von dem verbliebenen Blatt mal einen Abzug.

Olli

 

[frankenandi]

Hi

Erst mal ist es so, das ein 4-Blatt Prop, gerade in dem Geschwindigkeitsbereich in dem du für so eine schwere Kiste sehr viel Schub brauchst, deutliche Effizienzdefizite im vgl. zu einem 2 Blatt Prop hat. 4 Blätter nehmen sich halt gegenseitig den Luftdurchsatz bei . Diese gleichen sich bei Flugmodellen in höheren Geschwindigkeitsbereichen wieder aus, wo sogar Mehrblatt dann einen Vorteil haben können aber für dein Boot ist das halt eher ungünstig...da hilft auch viel Steigung nichts! Man versucht oft mit Mehrblatt einen kleinen Durchmesser auszugleichen...aber wenn die Drehzahl fehlt ist es auch nix. Wegen kleinem Durchmesser von nur 14" braucht es halt mehr Drehzahl also mehr KV. Da kannst du mit Schrauben experimentieren wie du willst....du bist ziemlich unterm Limit.... das wird nix werden! Da nützt auch angegebene Leistung von fast 1700W nix, wenn nur 1000W Brutto anliegen, wovon gerade mal ca. 800W an der Schraube sind und durch schechteren Wirkungsgrad in dem Speedbereich auch noch deutlich weniger in Druck umgesetzt wird.
Dein Motor hat nur 355 KV...bräuchte aber deutlich mehr Drehzahl um aus 14" wirklich halbwegs vernünftig Schub zu holen, weil einfach der Durchmesser des Props fehlt um die niedrige Drehzahl in Schub umzusetzen! Ich würde da motormäßg sogar eine Nummer kleiner wählen, da du das Drehmoment eh nicht brauchst und hier einen drehfreudigeren 5060er Motor verbauen. Wenn du deine 4 Blatt trotzdem verwenden willst, dann geh mit der Steigung zurück, wie von Rüdiger vorgeschlagen, aber bau zBsp. einen PH Joker 5060-5,5, V3 470KV ein. Stell deine 14" 4 -Blatt auf 6-7" Steigung und du hast sicher deutlich mehr Power wie jetzt! Dann solltest du schon bei 50-60N Schub bei guter Pitchspeed sein. Ansonsten hilft nur Durchmesser deutlich zu vergrößern! Um die angesprochenen 2500W für entsprechenden "errechneten " Schub zu erreichen, bräuchtest du ca. eine 20" 4-Blatt Schraube...also alles eher Theorie!

Gruß Andi

 

[Papa14]

Bereits bei unter 2.000 U/min sind die Blätter aus der Nabe gerissen.

Das war vorhersehbar. Sei froh, bei höheren Drehzahlen hätte es dir durch die Unwucht das ganze Boot zerreissen können. Hab ich bei einem E-Segler schon live beobachten können, ist nicht nett ...

 

[Olli76]

Ok, danke euch. Bevor ich neues Material kaufe teste ich noch mal mit dem Vorhandenen.

Aber dann habe ich dank euch eine Marschrichtung.

 

[Dix]

Vielleicht probiere ich von dem verbliebenen Blatt mal einen Abzug.

Zu optischen Zwecken gerne.

Aber versuchen, einen funktionierenden Propeller zu bauen, davon kann ich Dir nur dringend abraten. Das kann in einer Katastrophe enden, wenn man nicht genau weiß was man tut.

Einen Vorgeschmack dazu hast Du durch Deine blauäugige Vorgehensweise mit den 3D-Druck-Propellerblättern ja schon bekommen.

 

[Olli76]

Aber versuchen, einen funktionierenden Propeller zu bauen, davon kann ich Dir nur dringend abraten. Das kann in einer Katastrophe enden, wenn man nicht genau weiß was man tut.

Is jetzt auch nicht meine erste Idee. Macht ja auch wieder unendlich Arbeit.

Ansonsten kann ich in der Garage am Versuchsträger aber gefahrlos für alle Beteiligten testen. Da hätte ich jetzt erst mal keine Bedenken. Draußen ist natürlich was anderes.
Aber ich bezweifle selber, dass ich so genau laminieren kann, dass jedes Blatt gleich wiegt und die Kräfte entsprechend abgeleitet werden. Gibt zwar Anleitungen, aber der Propeller ist ja schon ein kritisches Bauteil.
Ich würde lieber einen fertigen Prop nehmen.

 

[S_a_S]

Olli,
Scale-Piloten haben oft auch einen "Scale" Propeller fürs Static Display (Baubewertung 6.3.1.1.) und fliegen dann letztlich mit einer funktionsfähigen Luftschraube.

Steckt übrigens relativ viel Aufwand in der Fertigung von geteilten Luftschrauben (Blattwurzel 11:24).

https://www.youtube.com/embed/ZsKYSFx3GNo?wmode=opaque&start=0

Und die Drehzahlgrenzen kommen nicht von ungefähr.

Von Biela gibt es auch 4-Blatt-Schrauben mit weniger Steigung, sind aber auch nicht wirklich günstig und auch auf 8000/min limitiert.

Eventuell bieten sich auch Klappluftschrauben an, da gibt es auch 4-Blatt Mittelstücke und bei den Blättern gibt es relativ große Auswahl (kann man ggf. auch kürzen). Gegen das ungewollte Einklappen Schrauben kräftig anziehen oder Stützscheiben anbringen.

Grüße Stefan