Grundlagen zu PropCalculator von Helmut Schenk

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Geschätzte Community,
eCalc ist stets bemüht seine Tools fortlaufend zu verbessern. Aktuell möchten wir die Simulation basierend auf Cp, Ct, n100W und n10N implementieren. Daher meine Frage: wer von euch ist im Besitz der Berechnungsgrundlagen von PropCalc von Helmut Schenk?
von besonderem interesse ist, wie er anhand eines propellers Cp und Ct aus J ableitet.
wir würden gerne die hervorragende Arbeit von Helmut Schenk weiterführen, welche leider seit 2007 stehen geblieben ist…


danke für eure hilfe
Markus
 
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lastdownxxl

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Hallo Markus,

Cp und Ct werden anhand der (meist unbekannten) Profipolare (Blattform, Blattprofil..) des verwendeten Propellers mittels
CAD-CAM Computer Programme bestimmt. Ansonsten durch sehr aufwendige Windkanal-Messungen.

Aus Cp0 (statischer Fall) läßt sich dann auch ein N100 Wert berechnen, dieser ist jedoch leider nicht konstant, sondern auch eine Funktion der Re-Zahlen. Auch da ist nur eine Genauigkeit +/- 10 % drin, die Werte Cp0 und Ct0 ändern sich mehr oder weniger mit der Drehzahl, abhängig vom Profil, Profildicke und Blattgeometrie.

J = 0 ist der statische Fall (Standschub, Standleistung), J > 0 ist der Flugfall (Vflug >0) und beschreibt die Strömungsverhältnisse
am Propeller anlog zum Anstellwinkel einer Tragfläche.

Wieso eigentlich eine Simulation? Soll in eCalc ein Windkanal softwaretechnisch implementiert werden,
Simulation der Propeller basierend z. B. auf der Vortex Theorie?

In meinem einfachen TCl Sript wird nichts simuliert, wie Du ja bereits gesehen hast. :D

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TCL/TK Script zur Antriebsauslegung

Hallo, ich hab in tcl/tk ein Script zur Antriebsberechnung geschrieben. Grundlage der Propellerberechnung ist das Dokument Standschub von Helmut Schenk. Das Script berechnet den Strom, Drehzahl und Wirkungsgrad vom Motor. Zur Berechnung müssen die Motordaten Kv [rpm/V], Leerlaufstrom Io und...
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MotCalc V8.3

das Programm DC-Motor ist keine Nachfolgerversion vom MotCalc, es ist ein eigenständiges Programm zum Vergleich verschiedener DC-Motoren, unabhängig von einem Propeller. Hallo, noch ein Anwendungsbeispiel für das Programm DC-Motor. Als Beispiel dient ein elektronisch kommutierter EC-Motor von...
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Gruss
Micha
 
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RainerSeubert

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Markus, was meinst du?
Helmut Schenk verwendet doch die "Blattelementmethode". Dazu gibt es genug Publikationen (z.B. Larrabee: Minimum Induced Loss Propellers) und Schenk beschreibt doch die Methode incl. Anwendungen in seinen PDF's!
 
lastdownxxl

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Hallo,

Windkanal-Messung (J = 0) einer APC 16x12E als Beispiel. :D

1709239472561.png
1709239805512.png

Quelle: https://m-selig.ae.illinois.edu/props/volume-4/plots/apce_16x12_static_ctcp.png

Berechnung N100:

Code: 
% calculated with https://freemat.sourceforge.net/
clc
% APC 16x12E
% https://m-selig.ae.illinois.edu/props/volume-4/data/apce_16x12_static_2167od.txt
D = 16*0.0254; % Diameter [m]
Cp0 = 0.047375; % Power coefficient APC
rpm = 5946.667;
n = rpm/60; % [rev/sec]
rho = 1.225; % ISA Standard (0 m, 15°C air temp.) [kg/m³]
Pmech = D^5*rho*n^3*Cp0 % [W]
N100 = rpm*4.64/(Pmech^(1/3))

Pmech = 626.3555 Watt
N100 = 3224.9127 rpm

Gruss
Micha
 
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RainerSeubert

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Hallo Micha,

J=0 geht noch ohne Windkanal ...

Motorprüfstand mit Schubwaage, Drehmomentenwaage und Drehzahlmesser reicht 🥰

LG Rainer

Hat aber mit der Ausgangsfrage nix zu tun ...
 
lastdownxxl

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RainerSeubert schrieb:
Motorprüfstand mit Schubwaage, Drehmomentenwaage und Drehzahlmesser reicht 🥰
Zum Vergrößern anklicken....

Hallo Rainer,

ist mir alles bekannt, ich hab eigentlich alles notwendige in meiner Dokumentation zum MotCalc etwas erläutert.
Ich war übrigens als Systemingenieur in einem Luftfahrunternehmen in den Sparten Triebwerks-und Flugregelung in Überlingen tätig, hab
in diesem Rahmen viele Stunden bei einem Flugmotorenhersteller (Piston Engines) an einem Propellerprüfstand verbracht. :D
Tests vom redundanten Triebwerksregler, testen meiner Regler und deren Auslegung.

Gruss
Micha
 
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RainerSeubert

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Jaja, die Welt ist klein ...

Vom BGT hatte ich auch einen Vertrag, hatte mich aber für Dornier entschieden. Aerodynamik an Flugzeugen war mir einfach lieber, als an Bumsköpfen 😜 !

Propeller hab' ich schon als Diplomarbeit in Stuttgart gemacht, und hatte immer wieder damit zu tun, halt immer an Fliegern, Auslegung, Integration, Messung, und wenn das auch manchmal "nur" meine F3A Modelle waren.

Mein "letzter" Propeller war dann auch das Abschiedsgeschenk meiner Kollegen 🥰

20240229_225801.jpg
 
lastdownxxl

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Hab im BGT meine Diplomarbeit im Bereich der Regelung von BLDC-Motoren gemacht. Zusammen mit dem Vater Schulz, der auch dort in der Systemtechnik tätig war, haben wir ein Patent "Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors "angemeldet.
War eine Idee von uns beiden, Grundlage war meine Diplomarbeit. Nach der Diplomarbeit 1992 musste ich das BGT verlassen, es gab leider damals eine größere Entlassungswelle. Daher wurde ich nicht im Patent aufgeführt. :cry:Bin dann erst 1998 von der Pierburg Luftfahrtgeräte Union (in Neuss) wieder ins BGT gewechselt.

EP0675591A1 - Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors - Google Patents

Zur Ansteuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors (10) mit einem Stator (12), der drei um 120° gegeneinander versetzte Statorwicklungen (14,16,18) aufweist, und einem radial magnetisierten Rotor (20) sind mit Hilfe eines Mikrorechners realisierte erste und zweite Regler (36,38) vorgesehen...
patents.google.com

Ja, den Otto kenne ich schon lange, vom BGT und Modellfliegen. Kenne auch den Wolfgang Alles, er wechselte vom BGT zu Dornier, dann zur RWTH Aachen, inzwischen emeritierter Professor (Flugsystemdynamik).

Gruss und noch einen schönen Abend
Micha
 
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RainerSeubert

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Da sind dir meine Studienfreunde Axel, Hans-Julius und Otto aus der Aerodynamik (Isis-T) wohl auch nicht unbekannt..

Ja,ich habe da auch einige aufgezwunge Wechsel hinter mir: Dornier, DLR, Dornier-Fairchild, Dasa Ottobrunn bis Airbus Manching.

Aber immer Projektaerodynamik, Theorie, Rechnen, Windkanal, Flugversuch, hat IMMER Spass gemacht!
 
lastdownxxl

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Hallo,

da in #1 das Wort Simulation gefallen ist, habe ich in den Anhängen das dynamische Simulationsmodell
eines Keda B2847-2600Kv Inrunners mit Maxon 4.4:1 und einer GM 16x8 Klappluftschraube als Beispiel angehängt.
Dieser Antrieb arbeit in meinem Starling Pro seit nunmehr 15 Jahren.

Hier werden auch die Trägheitsmomente vom Motor (Jr Rotor), Getriebe und Propeller berücksichtigt. Der Regler wird
als Widerstand betrachtet (ideales Verhalten), dies ist der Widerstand im durchgeschalteten Zustand 2*2 mOhm
vom verwendeten Jeti Spin 44. Eigenschaften wie das Timing und sonstige Reglereistellungen werden hier nicht betrachtet.

Das Blockschaltbild stellt das mathematische Modell des Antriebsstranges dar, und ist ein System von Differentialgleichungen.
Die analytische Behandlung des dynamischen Verhaltens der mathematischen Modellbildung gelingt nur in Ausnahmefällen, da die
zugrunde liegenden Differentialgleichungen fast immer nichtlinear und daher analytisch nicht lösbar sind.
Daher werden Programme wie Matlab/Simulink, oder in meinem Fall ein Open Source Programm (SciLab)
zur Simulation der Differentialgleichungen angewendet. Hier werden mittels numerischer Integration die Differentialgleichungen
numerisch gelöst. Dazu ist nebenbei ein ordentliches Maß an Wissen aus dem Bereich der numerischen Mathematik notwendig.
Kenntnisse der verschiedenen Integrationsverfahren (z. B. Runge Kutta), Eigenschaften des zu simulierenden Modells
(steifes System, stark nichtlinear...) sowie algebraische Schleifen im Modell, und der notwendigen Schrittweitensteuerung
der Simulation sind hier notwendig.

E-flight calculators simulieren i. d. R. nicht, sie wenden geschlossene Gleichungen an, diese beschreiben den eingeschwungenen Zustand des Systems, sie entsprechen in der Regel einem stark vereinfachten linearisierten mathematischen Modell des Systems mit einer beschränkten Genauigkeit.

Gruss
Micha
 

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H

hul

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eCalc schrieb:
Geschätzte Community,
eCalc ist stets bemüht seine Tools fortlaufend zu verbessern. Aktuell möchten wir die Simulation basierend auf Cp, Ct, n100W und n10N implementieren. Daher meine Frage: wer von euch ist im Besitz der Berechnungsgrundlagen von PropCalc von Helmut Schenk?
von besonderem interesse ist, wie er anhand eines propellers Cp und Ct aus J ableitet.
wir würden gerne die hervorragende Arbeit von Helmut Schenk weiterführen, welche leider seit 2007 stehen geblieben ist…


danke für eure hilfe
Markus
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  • Helmut Schenk Propeller Theorie.pdf
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  • Helmut Schenk Einfuehrung Propcalc.pdf
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hul

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weiss nicht mehr, wo ich sie runtergeladen habe

Gruss, Hans
 

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  • Helmut Schenk Fortschrittsgrad&Co.pdf
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  • Helmut Schenk Motor Modellierung-Theorie.pdf
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Tobias48

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Um nochmal auf die Eingangsfrage zurückzukommen. Propcalc rechnet anhand der Propellergeometrie (Blatttiefenverteilung, Blattwinkelverteilung und Profilgeometrie) die Kennwerte aus. Vom Drivecalc gibt es ja eine ältere Excel Datei bei Gerd Giese. Evtl. ist da der Code zur Propellerberechnung einsehbar.

Ansonsten sind die theoretischen Grundlagen klassische Blattelementtheorie von von A. Betz, E.E. Larrabee oder T. Theodorsen. Ich habe in der Vergangenheit auch zusätzlich mit Qprop von Mark Drela gearbeitet. Dessen Theoriegrundlagen sind auch sehr gut dokumentiert und haben eine große Schnittmenge mit den Grundlagen von Propcalc. Im Grunde müsste man die Vorteile beider Programme kombinieren. Jedes Programm für sich hat Stellen welche beim jeweils anderen besser umgesetzt sind.
 
lastdownxxl

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Tobias48 schrieb:
Vom Drivecalc gibt es ja eine ältere Excel Datei bei Gerd Giese. Evtl. ist da der Code zur Propellerberechnung einsehbar.
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Hallo,

auch der Drivecalc rechnet die Propeller prinzipiell anhand der aerodynamischen NACA-Konstanten Ct für den Schub
und Cp für Leistung.

1709813081885.png



1709812726494.png


Wellenleistung = c*n^d

Der Exponent gemäß Naca-Definition ist d = 3. Zur Anpassung an verschiedenen Propellerfamilien/Hersteller kann der
Exponent d etwas variieren. Der Exponet wird durch Messungen ermittelt.

Schub = a*n^b

Der Exponent gemäß Naca-Definition ist b = 2. Zur Anpassung an verschiedenen Propellerfamilien/Hersteller kann der Exponent b
etwas variieren. Der Exponet wird wie die Beiwerte a und c durch Messungen ermittelt.

Generell ist es auch so, das diese Beiwerte drehzahlabhängig sind, sie ändern sich abhängig von der Drehzahl
mehr oder weniger. Der Herr Ryan Reynolds lässt hier freundlich Grüßen. :D
Je nach Materialbeschaffenheit der Propeller besitzen die Propeller auch unterschiedliche Verwindungsfestigkeiten,
Plastikpropeller (Nylon) verwinden sich teilweise bei hohen Leistungen
und verändern somit ihre Profileigenschaften.

Ein E-Flug Antriebsrechner kann m. E. unmöglich die Vielzahl an verschiedenen Propellertypen/Hersteller mit numerischen Methoden
z. B . mittels der Blattelementtheorie berechnen. Dazu stehen i. d. R. einfach nicht die
entsprechenden Propellerdaten (Blattprofil, Blattgeometrie) zur Verfügung, zum anderen wäre diese Vorgehensweise sehr kostspielig.

Leider stellt bis auf APC keiner der anderen Propellerhersteller Performance-Daten zur Verfügung.
Aeronaut hat dies früher bis vor ca. 20 Jahren auch mal getan. Siehe Excel-File im Anhang.

Der Aufwand dieses zu tun ist m. E. nicht unerheblich, das kann sich scheinbar nur ein Propellerhersteller mit
entsprechendem Umsatz bzw. Gewinn leisten. :cry:

Auch sollte klar sein, dass die Propellerhersteller jederzeit ihr Design der Propeller ändern können,
ein Konfigurationsmanagement wie in der manntragenden Luftfahrt ist hier nicht vorgeschrieben. Somit existieren
teilweise auch verschiedene Propellerversionen bei den verschiedenen Händlern.
Modellpropeller sind wie der Rest im Hobby-Sektor Modellflug halt Spielzeug.

Eine hoch genaue Berechnung der Propelleraufnahmeleistung und Standschub ist m. E. mittels eines E-Flug Antriebsrechner
so nur schwer realisierbar, dieses würde wahrscheinlich den Kostenrahmen sprengen.

Gruss
Micha

PS: Man beachte auch die teilweise hohen Abweichung der gemessenen Propellersteigungen bei 75 % des Durchmessers
gegenüber den Nennsteigungen im File luftschraubenvergleichswerte.xls.
 

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  • luftschraubenvergleichswerte.xls
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wenn die vom propeller absorbierte wellenleistung bekannt ist, sind die motorseitigen daten auch definiert ;-) das verhalten des props abzubilden ist die herausforderung, um die genauigkeit von heutigen calculatoren noch weiter zu verbessern. die problematik dabei hat micha oben erwähnt...
 
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