Unterschied Stromaufnahme Stand vs Flug

[Wanninger]

Hallo,
mich interessiert mit wie viel % weniger Stromaufnahme man im Flug rechnen kann gegenüber dem im Stand bei Vollgas mit einem Zangenamperemeter gemessenen Strom.
Gibt es hier Jemanden der z.B. einen Logger in seinem edf Jet hat und somit Zahlen zum Untershied zwischen Stand und Flug nennen kann?
Beste Fliegergrüsse
Christian

 

[Funflyer 69]

Hallo Christian,

Ich fliege alle meine Modelle mit Telemetrie und kann Dir aus meiner Erfahrung sagen, dass bei Impellermodellen der Strom im Flug erstaunlicherweise nur sehr wenig (bis 5%) abnimmt. Auch nicht bei closed-duct Modellen mit deutlich über 300 km/h Fluggeschwindigkeit. "Erstaunlicherweise" deswegen, weil bei Propellerflugzeugen die Stromabnahme im Flug (z.B. bei schnellen Warbirds) durchaus 30 Prozent und darüber betragen kann. Ich habe keine Erklärung für dieses Verhalten bei EDF-Modellen.

MfG
Sascha

 

[Funflyer 69]

War übrigens vor 13 Jahren hier schonmal Thema: Link

MfG
Sascha

 

[Wanninger]

Vielen Dank für die Info, ich hatte mit ca. 10-15% gerechnet

 

[Mario12]

Ich fliege alle meine Modelle mit Telemetrie und kann Dir aus meiner Erfahrung sagen, dass bei Impellermodellen der Strom im Flug erstaunlicherweise nur sehr wenig (bis 5%) abnimmt. Auch nicht bei closed-duct Modellen mit deutlich über 300 km/h Fluggeschwindigkeit. "Erstaunlicherweise" deswegen, weil bei Propellerflugzeugen die Stromabnahme im Flug (z.B. bei schnellen Warbirds) durchaus 30 Prozent und darüber betragen kann.

Hallo, die damals in der Vor-Telemetrie-Zeit vielzitierten 30% konnte ich bei meinen E-Propellerantrieben noch nie feststellen. Technisch ist es irgendwie erklärbar und auch logisch, das der Strom runter geht. Aber leider halten sich die Elektronen nicht an die Spielregeln.
Von daher ist vermutlich einfach die 20-30% eine falsche Info oder nur bei irren Strahlgeschwindigkeiten erreichbar. Die hätte ich tatsächlich jetzt im EDF vermutet.

Grüße
Mario

 

[lastdownxxl]

Hallo,

die Stromaufnahme geht mit dem Fortschrittsgrad J bei einem Propeller herunter. Bei einem quadratischen Propeller (D = H)
ist der Fortschrittsgrad bei Vflug = Vpitch theoretisch gleich 1. Der Propeller kann theoretisch keine Leistung mehr abgeben.

Aufgund der Verluste durch den Profillwiderstand wird bei J = 1 dennoch Leistung aufgenommen.
Ist die Antriebsauslegung so, dass die Vpitch deutlich höher als die Fluggeschwindigkeit ist, dann geht J gegen Null.
Es ergeben sich nahezu die Standstrombedingungen, der Propellerwirkungsgrad geht gegen Null.
Bei Propellermodellen erreicht der Strom sein Maximum im max. möglichen Steigflugwinkel.
Im Sturzflug erreicht der Motorstrom daher sein Minimum.

Bei EDF Antrieben ist die Strahlgeschwindigkeit >> Vflug, daher ist selbst im Schnellflug der Stromrückgang relativ gering.
Daher ist der Unterschied Standstrom zu Flug stark von der Antriebsauslegung abhängig.

Im Bild der Leistungsbeiwert Cp einer APC 10x10. Bei konstanter Drehzahl ist die Propelleraufnahmeleistung proportional zum Cp.

Im zweiten Bild der Schubbeiwert Ct. Bei J = 1 gibt der Propeller praktisch keinen Schub mehr ab. Die Propellersteigung ist übrigens ein
Wert der bei 75 % vom Durchmesseer gemessen wird. Die tatsächliche Steigung ist über dem Radius nicht konstant, daher ist die Propellersteigung ein theoretischer Wert, sie kann von der Angabe des Herstellers stark abweichen.

Quelle: https://m-selig.ae.illinois.edu/props/volume-1/propDB-volume-1.html

Gruss
Micha

 

[pylonrazor]

Die Propellersteigung ist übrigens ein
Wert der bei 75 % vom Durchmesseer gemessen wird. Die tatsächliche Steigung ist über dem Radius nicht konstant, daher ist die Propellersteigung ein theoretischer Wert, sie kann von der Angabe des Herstellers stark abweichen.

Hallo Micha,
ich weiß nicht genau, was du mit 75% meinst, aber so ist diese Aussage nicht richtig. Die Propellersteigung sollte bei jedem Propeller an jedem Punk auf dem Durchmesser gleich sein. Was allerdings verschieden Ist, ist der Anstellwinkel: der ist am größten im Zentrum, übrigens parallel zur Achse, bei jeder Steigung. Dann nimmt er, der Winkel, nach außen hin ab. Steigung ist die theoretische, schlupffreie axiale Vorwärtsbewegung bei einer Umdrehung. Bei größerem Durchmesser wird das mit flacherem Winkel erreicht, weil die Umfangsstrecke größer ist als weiter innen.

Richtig ist allerdings, daß Propeller verschiedener Hersteller und auch einzelne Typen eines Herstellers bis zu 10% vom Nennwert abweichen.

Gruß Andreas

 

[Funflyer 69]

@Micha und Andreas:
Das ist alles theoretisch richtig und bestätigt sich in der Praxis an meinen Warbirds mit quadratischen Luftschrauben. Sowohl meine 1/4 MiG-3 als auch meine CARF-Mustang haben theoretische Strahlgeschwindigkeiten um die 200 km/h und erreichen zwischen 150 - 170 km/h im Horizontalflug (also 75 - 85% der theoretischen V-Ptch), wobei der Strom jeweils ca. 30 Prozent abnimmt im Vergleich zum Standstrom.
Hilft aber leider bei Christian's Problematik nicht. Denn beim EDF ist dieser Effekt auch bei sauberer interner oder externer Luftführung in dieser Größenordnung nicht zu erreichen. Mein Speeder hat eine theoretische Strömungsgeschwindigkeit von etwas über 400 km/h (6 kW im 90er Wemo-Evo) und erreicht über 350 km/h (also auch über 80% der theoretischen Strömungsgeschwindigkeit). Der Strom nimmt dabei aber nur marginal (<5%) ab. Kann das vielleicht jemand erklären?
MfG
Sascha

 

[lastdownxxl]

ich weiß nicht genau, was du mit 75% meinst,

Hallo Andreas,

die Steigung bei Propellern wird meistens bei 75 % vom Blattradius ermittelt. Dazu wird aus dem Blattwinkel bei 0.75*R die Nennsteigung berechnet und angegeben.

Die Strahlgeschwindigkeits (Vpitch) sollte über dem Durchmesser konstant sein, dies ist jedoch ein Ideallfall und trifft nur mehr oder weniger zu.

Richtig ist allerdings, daß Propeller verschiedener Hersteller und auch einzelne Typen eines Herstellers bis zu 10% vom Nennwert abweichen.

Bei den Aeronaut Klappluftschrauben weichen die gemessene Steigung teilweise weit mehr als 10 % von der Nennsteigung ab. Das hängt von der Qualität (Fertigungstoleranzen) ab. Fiala gibt z. B. 10 % als Fertigungstoleranz an.

Aeronaut Klappluftschrauben Daten (gemessene Steigung, N100), gab es vor ca. 20 Jahren bei Aeronaut als Download:

https://www.rc-network.de/attachments/luftschraubenvergleichswerte-xls.11905683/

@Funflyer 69
Der Strom im Flugfall hängt bei den Impellern vermutlich auch eng mit der hohen Blattzahl zusammen. Diese beeinflussen sich aerodynamisch gegenseitig, die resultierenden Verluste sind wahrscheinlich weniger von dem Fortschrittsgrad J abhängig. Multiblade Propeller sind ja auch vom Wirkungsgrad immer schlechter als ein 2-Blatt Prop.

Gruss
Micha

 

[steve]

Bei den Multi-Props und auch beim Impeller laufen die Blätter im Stand jeweils in der Wirbelschleppe der anderen Blätter. Das reduziert ihren Leistungsbedarf. Mit zunehmender Geschwindigkeit richtet sich die Wirbelschleppe auf, die Blätter werden direkter angetrömmt, bekommen mehr saubere Luft, was den Leistungsbedarf ansteigen lässt. Gleichzeitig nimmt durch mehr Speed der Leistungsbedarf der Blätter konzeptbedingt ab. Die Effekte heben sich dann auf. Je mehr Blätter und je mehr Leistung, desto ausgeprägter sind diese Effekte.

 

[Wanninger]

Meine Frage bezieht sich auf edf Antriebe. Sascha hat hierzu konkrete Daten geliefert. Ein herzliches Dankeschön dafür! Propeller wurden schon in unzähligen anderen Beiträgen thematisiert.

 

[Felsinger]

Bei den Multi-Props und auch beim Impeller laufen die Blätter im Stand jeweils in der Wirbelschleppe der anderen Blätter. Das reduziert ihren Leistungsbedarf.

Impeller haben durch die Außenwand eine virtuell unendliche Streckung und daher keine Wirbelschleppen.
Dafür kennt ein Impeller den Zustand "im Stand" quasi nicht, denn er erzeugt sich den Fahrtwind/Anströhmung selbst im Einlauf. Lediglich der Druckunterschied an Einlauf/Düse zu Umgebung machen einen Unterschied bei der Leistungsaufnahme.
Der hohe Anstellwinkel und der damit verbundene Wirkungsgradverlust des Propellers im Stand lasst sich deshalb nicht auf Impeller übertragen.
Ausnahme ist der Fall, wenn man den Einlauf zu hält. Der Unterdruck lässt den Verdichter stallen. Das senkt enorm die Leistungsaufnahme und ist dafür verantwortlich, dass Staubsauger hochdrehen, wenn sie verstopft sind.

 

[Wanninger]

klingt einleuchtend

 

[Funflyer 69]

Hallo,
Steve meint mit Sicherheit die Wirbelschleppen am Blattende (Blatthinterkante), welche durch den Ausgleich des Überdrucks an der Blattunterseite und des Unterdrucks an der Blattoberseite entstehen. Mir scheint sein Lösungsansatz schon plausibel, zumindest einleuchtender als Felsingers Ansatz. Gleichzeitig müsste Steve's Lösungsansatz jedoch dazu führen, dass bei einem 2- oder 3-Blatt EDF-Rotor eine ähnliche Stromabnahme im Flug wie an einer normalen Luftschraube zu beobachten ist. Leider habe ich den 3-Blatt-EDF-Rotor von vor 17 Jahren nicht im Flug getestet Kastrierter Rotor. Dann wüsste ich es.... Die gemessenen Wirkungsgrade sprechen aber für diese Lösung.
MfG
Sascha Trinks

 

[lastdownxxl]

Der hohe Anstellwinkel und der damit verbundene Wirkungsgradverlust des Propellers im Stand lasst sich deshalb nicht auf Impeller übertragen.

Hallo,

ein Propeller oder ein Impeller hat im Stand keinen Wirkungsgradverlust. Der Wirkungsgrad ist Null, es wird keine Leistung auf das Modell übertragen, das Modell bewegt sich nicht.

Die Vortriebsleistung Pv [W] ist Schub [N] * Modellgeschwindigkeit [m/s].

eta = Pv/Pin
mit Pin = Wellenleistung vom Motor

Gruss
Micha

 

[pylonrazor]

Hallo Micha,

Der Wirkungsgrad ist Null, es wird keine Leistung auf das Modell übertragen, das Modell bewegt sich nicht.

Du meinst sicher den Wirkungsgrad des Flugzeugs, der ist im Stand tatsächlich null. Der Propeller hat aber sehr wohl einen Wirkungsgrad, auch am Boden im Stand. Es gibt sogar Propeller mit sehr flacher Steigung, die im Stand den besten Wirkungsgrad haben. Die Drehung erzeugt Schub, der auf die Motorwelle, das Gehäuse, das Flugzeug und auf den der es festhält, übertragen wird. Stromverbrauch und Schub kannst du leicht messen.
Im Flug wird das festhalten/Bremsen vom Luftwiderstand besorgt(ohne Beschleunigung oder Verzögerung). Um diesen Schub zu messen, brauchst du kleine Drucksensoren an der Motoraufhängung. Das wäre auf jeden Fall genauer, als die theoretischen Berechnungen mit zweifelhaften Formeln. Will das nicht mal jemand machen?
Gruß Andreas

 

[lastdownxxl]

Hallo Andreas,

der Propeller gibt keine Leistung im Stand ab, nur Schub. Die Schubeffizienz hängt unter anderem vom Blattwinkel (Steigung) ab. Hohe Steigungen im Standbetrieb führen zu hohen Anstellwinkeln am Propeller, der Standschub nimmt wegen zunehmendem Strömungsabriss am Propeller ab.

Propellerbeiwerte NACA-Definition: Siehe auch https://m-selig.ae.illinois.edu/props/propDB.html

V...Fluggeschwindigkeit [m/s]
Ct... Schubbeiwert (T = Thrust)
Cp... Leistungsbeiwert vom Propeller
J... Fortschrittsgrad (J = 0 entspricht Standbetrieb)

Quelle: Propellers--> How a Propeller works: https://www.mh-aerotools.de/airfoils/

PS: Ich war Systemingenieur in der Flug-und Triebwerksregelung bei der Diehl Aerospace GmbH in Überlingen, alles was da für Airbus, Boeing und andere Flugzeughersteller als auch für verschiedene Triebwerkshersteller entwickelt wurde, bassiert dann auf zweifelhaften Formeln.

Gruss
Micha

 

[lastdownxxl]

Hallo Andreas,

bei dem Hersteller APC gibt es die Propellerbeiwerte wie auch den Propellerwirkungsgrad. Bei der Modellspeed V = 0 (Standbedingung) steht kein Wirkungsgrad [-] da er Null ist.

https://www.apcprop.com/files/PER3_13x65E.dat

Gruss
Micha

 

[RainerSeubert]

Eine Aussage für den Standfall liefert der Gütegrad. Wichtig für Hubschrauber und das ganze Copterzeugs. Das hat in grauer Vorzeit der Helmut (Multiplex) Schenk doch mal sehr schön zusammengefaßt, hier im Forum ....

 

[pylonrazor]

Hallo Micha,
ich habe das Missverständnis gefunden. Ich habe auch nicht die Richtigkeit der Formeln, sondern die Anwendung angezweifelt.

Gerade habe ich nochmal extra bei Martin Hepperle nachgelesen. Was er schreibt ist gar nicht so viel, aber dafür umso dichter... Natürlich hat ein stehender Propeller, der sich nicht bewegt einen Wirkungsgrad von Null. Die Kurven der Efficiency beziehen sich aber nur auf Flugzustände, weil Propeller dafür gemacht sind. Das Denkmodell hierzu wäre die sich durch eine Mutter drehende Schraube.

An anderer Stelle schreibt er, dass zwangsweise statische aber drehende Propeller(stehendes Flugzeug am Boden) in den Betrachtungen gar nicht vorkommen. Deshalb kann man die Formel mit dem v hier nicht anwenden. Da passen die Bedingungen von Helis schon besser, obwohl variabler Pitch, Rotorblätter ohne Schränkung auch etwas anderes sind. Das Denkmodell hier ist der Bohrer/Fräser, der aus einer Umgebungsmasse etwas herausschält und nach hinten beschleunigt.

Unsere Propeller wechseln ständig zwischen den beiden Modellen hin und her. Weil Luft meist unsichtbar ist, fällt das Verständnis schwer.
Wir sollten diese Diskussion aber woanders führen, mit elektrischen Impellern hat das gar nichts mehr zu tun.

Mit besten Grüßen Andreas