Strömungsabriss am Propeller Ecalc

[defender67]

Für einen Segler habe ich einen AL-Motor vorgesehen mit 410 kv, der an 5 S mit einer 16x10 betrieben werden sollte. So war das ausgerechnet mit Ecalc.
Nun stellt sich heraus, dass die KV-Zahl niedriger ist. Dürfte so bei 380 KV liegen, also gut 500 U/min weniger Drehzahl. Es muss ein größerer Prop her. Die Frage ist wie groß.
Dabei sollte er nicht sehr viel größer sein - wegen der Modellgröße - aber ausreichend Schub und Strahlgeschwindigkeit liefern. Eine 16x13 oder 17x13 haben laut Berechnung bis in den Bereich der Fluggeschwindigkeit von etwa 55 km/h Strömungsabrisse.
Was mir bei ECalc aufgefallen ist: auch wenn man zB nur 4S, 3 S oder 2s eingibt (bei einer 17x13) soll es einen Strömungsbriss geben, zwar bei niedrigerer Geschwindigkeit, aber trotzdem. Obwohl der Propeller dann sehr langsam dreht.
Kann das stimmen? Oder Vereinfacht das Programm und rechnet da statisch irgendwas aus?

 

[GauiFlyer]

Hallo. E-calc ist leider sehr ungenau. Mein Sohn und ich haben schon öfter Antriebe durch gerechnet damit. Bei der Berechnung für einen Heli war der Heli unfliegbar weil viel zu wenig Leistung, kann aber voll 3D mit dem Antrieb.
In einem anderen Fall hatten wir einen Antrieb damit durch gerechnet, dabei drehte der Motor in einem Flieger wesentlich höher, die Drehzahl entsprach nicht den eingegebenen 6zellen sondern 8zellen. Ich würde an deiner Stelle einfach eine 16x13 testen.
Gruß Ludger

 

[justme]

Ich denke Du machst Dir etwas viel Gedanken. Ich würde es lassen wie es ist. 380Kv anstelle von 410Kv ist sicherlich weit innerhalb der Toleranzgrenzen aller beteiligten Komponenten. Und eCalc ist da nur eine beteiligte Komponente.
Der Sprung von einer 10er auf eine 13er Steigung ist schon ein ziemlicher Brocken. Genauso der resultierende Drehzahlunterschied zwischen vollem und halb leerem Akku. Das übertrifft den Einfluß der beiden Motoren deutlich.

 

[defender67]

Ich denke Du machst Dir etwas viel Gedanken. Ich würde es lassen wie es ist. 380Kv anstelle von 410Kv ist sicherlich weit innerhalb der Toleranzgrenzen aller beteiligten Komponenten. Und eCalc ist da nur eine beteiligte Komponente.
Der Sprung von einer 10er auf eine 13er Steigung ist schon ein ziemlicher Brocken. Genauso der resultierende Drehzahlunterschied zwischen vollem und halb leerem Akku. Das übertrifft den Einfluß der beiden Motoren deutlich.

mir ist dies halt grundsätzlich aufgefallen und ich hab mich gefragt ob es sein kann, dass bei einer dermaßen niedrigen Drehzahl ein Strömungsabriss resultiert. Ob dies physikalisch überhaupt möglich ist? Dass Ecalc nicht genau ist ist mir früher schon aufgefallen. So scheint es aber ein systemischer Rechenfehler zu sein?
Schlussendlich muss man - so wie immer- mit verschiedenen Props experimentieren. Mit 16x10 ist die Leistung ziemlich dürftig. Habe versuchsweise eine 18x10 montiert. Schub erheblich besser. Motor wird nicht heiß. Ob die Stahlgeschwindigkeit ausreicht wird sich erst im Flug zeigen.
Werde mal eine 17x11 versuchen.

 

[Thomas Ziegert]

Da der Threadtitel genau zu meiner Frage passt kapere ich diesen mal:

Woran erkenne ich im Flug einen Strömungsabriß am Propeller?

Die theoretischen Berechnungen mit zB eCalc geben bei gleichbleibendem Durchmesser ab einer gewissen Steigung die Meldung aus: "Strömungsabriß am Propeller". Wie wir wissen liegt eCalc gern ein wenig daneben wenn es um Theorie und Praxis geht. Nun habe ich eine Ramoser 2-Blatt, kann damit also gut variieren und möchte mich an eine möglichst optimale Steigung im Flugbetrieb heran arbeiten. Wie oder woran erkenne ich einen Strömungsabriß?

- hört man das?
- wenn ich die Steigung erhöhe und der Strom wird geringer ist Strömungsabriß?
- oder genau anders rum: ich erhöhe die Steigung und der Strom steigt extrem an?
- wenn bei zB 80% Regleröffnung noch Vorschub da ist, bei mehr Regleröffnung aber nicht mehr Schub/Vortrieb kommt?
- spüre/höre ich das schon am Boden beim Vollgastest vor dem Start?
- ... ?

Danke und Grüße
Thomas

 

[Außenlandung]

Hallo Thomas,

Strömungsabriss am Propeller bedeutet einen deutlichen Schubverlust
(das Äquivalent zum "Durchsacken" wegen des Auftriebsverlusts bei Strömungsabriss an einer Tragfläche).
Typischerweise tritt er ein, wenn die Fluggeschwindigkeit zu langsam ist und daher nicht zu Propellersteigung und Drehzahl passt.
D.h. man kann das bei Luftschrauben mit höherer Steigung beim Start immer beobachten -
der Propeller "greift" trotz oder gerade bei Vollgas erst mal nicht gut und entfaltet den vollen Schub erst bei höherer Geschwindigkeit.

Man kann es unter Umständen auch am veränderten Geräusch erkennen, wenn das nachfolgende Propellerblatt in die Wirbelschleppe des vorauseilenden Blattes gerät - besonders bei übermotorisierten Hotlinern ist das "Schlagen" am Anfang eines Beschleunigungsvorgangs deutlich zu hören.

Die optimale Steigung für einen Propeller richtet sich nach der gewünschten Fluggeschwindigkeit.
Aus rpm (in Umdrehungen pro Sekunde umgerechnet) und Steigung (in m umgerechnet) ergibt sich die Strahlgeschwindigkeit des Props in m/s.
Die optimale Fluggeschwindigkeit ist dann ca. 80% davon.
Bei dieser Geschwindigkeit arbeiten die Propellerblätter im äußeren Drittel im optimalen Anstellwinkel zum umgebenden Luftstrom von ca. 11° (und liefern damit - als rotierende Tragflächen interpretiert - den maximalen Auftrieb).

Vgl. auch Clark Y Polaren (das ist ein typisches Profil für Propellerblätter) bei: https://www.aerodesign.de/profile/profile_n.htm#clarky
Eine geringe Blatttiefe (= schmale Blätter) kann aufgrund der veränderten Re-Zahl Verhältnisse das "Schlagen" begünstigen,
obwohl solche Luftschrauben aufgrund des höheren Streckungsfaktors im Betriebsbereich effizienter sind
(vergleichbar mit langgestreckten Seglerflügeln).

Da man über die Drehzahl auch die Fluggeschwindigkeit regelt, kommt der Strömungsabriss im Flugzustand eigentlich nur bei
abruptem Gasgeben vor. Oder eben auch bei akuter Fehlanpassung, wenn das Flugzeug wegen zu geringen Schubs nicht beschleunigt.

Viele Grüße,
Georg

 

[styla33]

Habe auch schon zur Genüge (ungenaue) Erfahrungen mit ecalc gesammelt.
Gerade im Speeder-Bereich eigentlich kaum brauchbar bzw. maximal um einen sehr groben Anhaltspunkt zu errechnen.
Leider sind da auch die zur Auswahl stehenden Komponenten zu gering, und so meistens das genaue Setup garnicht zu erstellen weil entweder der genaue Motor nicht gelistet ist, der genaue Propeller, nicht der passende Akku und schon garnicht wird die Reglereinstellung mitberechnet.
So ist es zb. Beispiel ein himmelhoher Unterschied ob ich einen Antrieb mit einer zb. 7x7 APC oder 7x7 Graupner Speed fliege oder gar mit einem Klappropeller und die Länge der Mittelstücke bei Klappropellern ist noch mal ein ganz anderes Thema. Ecalc kann da schon mal gar nicht differenzieren.

Es hilft alles nichts, da muss man selbst bisl rumprobieren und mit der Zeit hilft einem bei der Setup-Wahl und Einstellung Erfahrung und Gefühl weite,r als sich all zus ehr auf ecalc zu verlassen...

Grüße, Andi M.

 

[lastdownxxl]

Woran erkenne ich im Flug einen Strömungsabriß am Propeller?

Hallo Thomas,

zum Propellerstall siehe unter Static Thrust of Propellers unter dem Reiter Propeller die Beschreibung vom Dr. Martin Hepperle dazu.

Quelle: https://www.mh-aerotools.de/airfoils/

sowie das Dokument vom Helmut Schenk http://www.drivecalc.de/PropCalc/PCHelp/Fortschrittsgrad&Co.pdf.

So ist es zb. Beispiel ein himmelhoher Unterschied ob ich einen Antrieb mit einer zb. 7x7 APC oder 7x7 Graupner Speed fliege oder gar mit einem Klappropeller und die Länge der Mittelstücke bei Klappropellern ist noch mal ein ganz anderes Thema. Ecalc kann da schon mal gar nicht differenzieren.

@styla33 :
In eCalc sind die Propellermodelle praktisch nahezu identisch. Zwischen einer Aeronaut Cam Carbon Klappluftschraube, APC E
oder gar einer GM CFK Klappluftschraube besteht nur ein unwesentlicher Unterschied in der Leistungsaufnahme.
So sind z.B. die RF und GM sowie die APC Speed E und APC Electric E Propellermodelle abolut identisch im Ergebnis,
anscheinend also nur eine Kopie vom jeweils anderen Modell.

So sind die Leistungsaufnahmen zwischen einer GM 15x8 und einer Aeronaut Cam Carbon 15x8 in der Praxis stark unterschiedlich, die ACC 15x8
benötigt ca. 35 % mehr Eingangsleistung bei der identischen Drehzahl als die GM 15x8. Dies liegt an der unterschiedlichen Profildicke,
Blattbreite (umströmte Blattfläche) und sicherlich auch noch an dem verwendeten Profil.

Siehe dazu auch meine Kommentare im eCalc Thread.

'https://www.rc-network.de/threads/e...n-zu-propcalc-fancalc-helicalc.228298/page-10'

Gruss
Micha

 

[styla33]

Hallo Thomas,

zum Propellerstall siehe unter Static Thrust of Propellers unter dem Reiter Propeller die Beschreibung vom Dr. Martin Hepperle dazu.

Anhang anzeigen 12574720

Quelle: https://www.mh-aerotools.de/airfoils/

sowie das Dokument vom Helmut Schenk http://www.drivecalc.de/PropCalc/PCHelp/Fortschrittsgrad&Co.pdf.



@styla33 :
In eCalc sind die Propellermodelle praktisch nahezu identisch. Zwischen einer Aeronaut Cam Carbon Klappluftschraube, APC E
oder gar einer GM CFK Klappluftschraube besteht nur ein unwesentlicher Unterschied in der Leistungsaufnahme.
So sind z.B. die RF und GM sowie die APC Speed E und APC Electric E Propellermodelle abolut identisch im Ergebnis,
anscheinend also nur eine Kopie vom jeweils anderen Modell.

So sind die Leistungsaufnahmen zwischen einer GM 15x8 und einer Aeronaut Cam Carbon 15x8 in der Praxis stark unterschiedlich, die ACC 15x8
benötigt ca. 35 % mehr Eingangsleistung bei der identischen Drehzahl als die GM 15x8. Dies liegt an der unterschiedlichen Profildicke,
Blattbreite (umströmte Blattfläche) und sicherlich auch noch an dem verwendeten Profil.

Siehe dazu auch meine Kommentare im eCalc Thread.

'https://www.rc-network.de/threads/e...n-zu-propcalc-fancalc-helicalc.228298/page-10'

Gruss
Micha

JA, sag ich ja...In der Praxis, und gerade im Extrem-Bereich wie bei unseren Speedmodellen so gut wie unbrachbar. 7x7 ist halt nicht gleich 7x7, und bei den CFK Speedklappropellern siehts gleich nochmal ganz anders aus was Profil/Dicke/Form ect angeht, und bei Drehzahlen weit jenseits der 35000 kommen da extrem unterschiedliche Ergebnisse zustande. Andererseits funtionieren aber auch einige Antriebskonfigurationen in der Praxis, die laut ecalc niemals funktionieren dürften ... ;-))

 

[wiesenschleich]

Andererseits hat e-calc bei einer eher normalen Anwendung deutlich Strömungsabriss gemeldet, den ich nicht glauben wollte. Und was soll ich sagen: es ist tatsächlich so....

Klaus

 

[lastdownxxl]

Hallo,

der Strömungsabriss an einem Propeller kann nicht mit einem einfachen Propellermodell berechnet werden.
Die bekannten Antriebsrechner sind keine aerodynamische Simulationsprogramme welche Profil, Anstellwinkel, Re-Zahl
usw. vom Propeller berücksichtigen. Vielmehr wird über das Verhältnis Steigung/Duchmesser eine Schubbeiwert (Tconst in eCalc)
und Leistungsbeiwert (Pconst in eCalc) bestimmt. Über den Durchmesser und die Drehzahl wird dann der Schub und die Aufnahmeleistung bestimmt, mehr ist das nicht. Die Beiwerte wie Cp = f(H/D) unterscheiden sich jetzt nach Propellertyp und Fabrikat.

Beispiel Propellermodell nach der NACD Definition für die Aufnahmeleistung Pmech.

Als Indikator wird in eCalc anscheinend beim erreichen von einem festen Verhältnis Steigung/Duchmesser (entspricht Blattwinkel),
eine Strömungsabriss gemeldet, unabhängig von der Drehzahl oder Propellertyp.
Tatsächlich hängt der Strömungsbriss nicht alleine vom Blattwinkel ab. Was da aus eCalc herrauskommt ist m. E. nur eine sehr sehr einfache
Betrachtung vom Strömungsabriss mit wenig Aussagekraft. Daher kann das Ergebnis Strömungsabriss zufällig stimmen oder aber auch nicht.

Berechnung Blattwinkel:
D = 20 % Durchmesser
H = 13 % Steigung
x = H /(D * pi * 0.7) % Nennsteigung beim Propeller bei 0.7*Durchmesser
y = atan(x) % Blattwinkel

Gruss
Micha

 

[wiesenschleich]

Das ist schon klar, dass es nur Näherungsrechnungen sind. Trotzdem besser als nix, einzigeAlternative bleibt ja letztlich Prop kaufen oder machen u. selber testen. Oder besseres Programm selber machen...

Klaus

 

[lastdownxxl]

Programm selber machen...

Da stimme ich Dir voll zu.

Alte Version von meinem MotCalc gibts hier. Version V9.2 gibts Anfang 2024.

Gruss Micha

 

[Thomas Ziegert]

Danke für die vielen Antworten, brauchbar ist aber leider nur eine: Post 6 von Georg. Warum?:

Ich wünsche mir Informationen wie ich auf dem Platz oder in der Luft merke, dass die Strömung abgerissen ist. Die ganze Theorie hilft mir da gerade nicht.

Konkretes Szenario: Modell mit ausreichend großen E-Motor und Regler. Drehzahl, Strom, etc. kann ich via Telemetrie sehen. Propeller ist ein Ramoser 27Zoll 2Blatt. Nun habe ich den mal auf 18Zoll Steigung eingestellt.

Nach ein wenig fliegen ist der Plan die Steigung mal auf 19Zoll zu erhöhen und wieder zu fliegen.

Anhand der Telemetrie sehe ich dann zwar Änderungen bei Strom, Temperatur, Drehzahl, etc.. Aber was ist mit Strömungsabriss?

Was ich bis jetzt rauslese um „ineffizientes Drehen“ zu erkennen: es fehlt subjektiv Schub oder man kann ein anderes/ungewohntes Geräusch wahrnehmen.

Grüße
Thomas

 

[eAnSys]

Hallo Zusammen,
im folgenden ein Beispiel für einen Strömungsabriss im Stand auf dem Teststand:

Noch interessanter wäre es jetzt, die Daten der Soll Drehzahl mit denen der Ist-PWM zu vergleichen. Ein YGE-Steller stellt diese Daten zur Verfügung. Das wäre dann nämlich eine "harter" Indikator für den Strömungsabriss, egal ob am Boden oder in der Luft.



Grüße

Frank Vieten

 

[Außenlandung]

Was ich bis jetzt rauslese um „ineffizientes Drehen“ zu erkennen: es fehlt subjektiv Schub oder man kann ein anderes/ungewohntes Geräusch wahrnehmen.

Ein Strömungungsabriss ist der Extremfall der Ineffizienz, der während des Fluges bei halbwegs vernünftiger Auslegung eigentlich nicht mehr auftreten wird. Aber es kommt halt auch sehr stark auf die zu optimierende Flugsituation an: Mit einem großen Propeller mit "quadratischem" Durchmesser/Steigungsverhältnis kann man z.B. bei passender Leistung super effizient senkrecht steigen (F5B) aber der Start kann schwierig sein und fürs Hovern ist er nicht gemacht - das können flach angestellte Hubschrauberblätter am besten. Wenn es um effizientes Steigen geht, dann kann man Variationen in der Propellersteigung durch die Wahl eines veränderten Steigwinkels wieder ausnivellieren (flacherer Prop = mehr Schub und steilerer Steigwinkel = gleiches Steigen bei geringerer Fluggeschwindigkeit, optimales Steigen = Winkel so wählen, dass das Vario die größte Steigrate anzeigt). Es ist halt die Frage, was besser zum Modell und dem gewünschten Flugstil passt. Wenn es um effizienten Geradeausflug geht, kann man versuchen, die Stromaufnahme bei "Reisefluggeschwindigkeit" zu minimieren. Eine dynamische Blattverstellung würde es erlauben, den Prop an die Flugsituation anzupassen - das gibt es bei Hubis, manntragenden und Slowflyern.

LG Georg

 

[Thomas Ziegert]

Das hilft doch schon mal weiter.

@eAnSys an welchem Messwert oder errechnetem Wert machst du da einen Strömungsabriß fest?

@Außenlandung es geht konkret um das Projekt. Es soll geschleppt werden, also geht es platt gesagt um die Ausbalancierung/Optimierung von Stromkonsum und Schub. Mein Bedenken: ich optimiere „zu weit“ und komme in einen kritischen Bereich für den Prop -> beim nächsten Schlepp fehlt dann Leistung (weil Strömungsabriß) - keine schöne Vorstellung.

Grüße
Thomas

 

[lastdownxxl]

Hallo Thomas,

so einfach ist es nicht mit dem Erkennen vom Strömungsabriss am Propeller. Er kann auch nur partiell am Propeller entstehen.
Die Leistungsänderung (Wellenleistung Motor) vom Propeller ist proportional zur Steigungungänderung. Bei 19" zu 18" würde bei
einem drehzahlsteifen Motor und einem idealen Akku der Strom um 5.6 % im statischen Fall zunehmen. Bei einem Strömungsabriss
sollte der Motorstrom jedoch sinken. Bei einer Erhöhung der Steigung sinkt oftmals die Schubeffizienz vom Propeller,
ein leicher Standschubverlust ist daher nicht unbedingt mit einen Strömungsabriss am Propeller gleichzusetzen.

Ein Strömungsabriss am Boden muss nicht zwangsweise im Flug auftreten, der sehr hohe Anstellwinkel am Propellerblatt
nimmt im Flug mit steigendem Fortschrittsgrad ab. Daher sollte der Strömungsabriss im Flug eigentlich nur bei einer
eklatanten Fehlanpassung Vpitch/Vflug stattfinden. Ausnahme die abrupte Leistungszunahme von Teillast auf Volllast
bei sehr hoher Antriebsleistung und Modell mit hohem Trägheitsmoment.

Zur Antriebsauslegung würde ich Dir den folgenden Thread empfehlen. Da wurden so einige Grundlagen beschrieben.

Antriebsauslegung Elektroschlepper

Hallo Leute, für die Auslegung eines Elektroschleppers benötige ich noch etwas Schwarmwissen. Folgende Voraussetzungen sind gegeben: Elektroschlepper Hochdecker, ähnlich einem vergrößerten Big Lift, um die 2,8m SPW Abfluggewicht wird so zwischen 12-13kg liegen Elektromotor wird an 12S10200...

www.rc-network.de

Gruss
Micha

 

[eAnSys]

Moin Thomas,

schaut man sich die Messwerte an, ist deutlich zu erkennen, dass die Werte bei 13S und 14S nicht mehr der Fortschreibung der Werte bei 10S - 12S folgen.
Trotz höherer Spannung legt die Drehzahl nicht signifikant zu und der Strom sinkt. Die Luftschraube bleibt bei ihrer Leistungsaufnahme "hängen".
Ist auch logisch, da der E-Motor nur dann mehr Leistung abgibt, wenn er dazu "gefordert" wir. Ist halt ein bequemer Geselle . . . .
Spezifische Lastdrehzahl und die Steifigkeit (Verhältnis von KV 0 zu KV Last) bricht ein.
Ein Verbrennungsmotor würde jetzt Drehzahl zulegen, da die abgerissene Strömung von ihm weniger Leistung als die anliegende fordert . . .
Na ja, klingt auch nicht so wirklich angenehm, der Luftschraubensound.
Wie Micha schreibt, sieht das "im Flug" schon wieder ganz anders aus und am Boden kann etwas Wind von Vorne die Werte auch schon wieder deutlich beeeinflussen . . .

Grüße

Frank

 

[lastdownxxl]

schaut man sich die Messwerte an, ist deutlich zu erkennen, dass die Werte bei 13S und 14S nicht mehr der Fortschreibung der Werte bei 10S - 12S folgen.
Trotz höherer Spannung legt die Drehzahl nicht signifikant zu und der Strom sinkt. Die Luftschraube bleibt bei ihrer Leistungsaufnahme "hängen".

Hallo Frank,

da kann so nicht stimmen. Bei einer höheren Spannung und auch noch weniger Strom (Im) muss die Drehzahl vom Antrieb eher signifikant zulegen. Gerät der Propeller in den Strömunsgabriss und benötigt daher weniger Leistung, dann muss der Antrieb deutlich höher drehen.

rpm = (U-Rm*Im)*Kv

Das passt nicht zusammen.

Gruss
Micha