Hallo zusammen,
ich bin gerade dabei ein neues Modell aufzubauen und da kam dann auch die Antriebsauslegung auf mich zu. Das war etwas langwieriger als gedacht, da die ausgewählte Luftschraube nicht die erhoffte Leistung erbracht hat. Daher habe habe ich nun insgesamt 4 Luftschrauben mit meinem Antrieb vermessen und da recht interessante Ergebnisse bekommen die ich euch nun hier zeigen möchte.
Motor: Hacker A40-12L V4: 14 Pole, 410 rpm/V, Leistung maximal 1100 Watt für 15 Sekunden
ESC: YGE 65 LVT
Lipo: SLS Xtron 5s 3600 mAh 30C
Luftschrauben:
Aeronaut Cam Carbon (ACC) 16x10 – tatsächlicher Durchmesser mit 38mm Mittelstück: 15,89“
Aeronaut Cam Carbon (ACC) 17x10 – tatsächlicher Durchmesser mit 38mm Mittelstück: 16,89“
Georgi Mirov (GM) 17x10 – tatsächlicher Durchmesser mit 38mm Mittelstück: 17,15“
Georgi Mirov (GM) 18x10 – tatsächlicher Durchmesser mit 38mm Mittelstück: 18,09“
Alle Luftschrauben wurden an einem versetztem (aber nicht geschränktem) 38 mm Mittelstück von Reisenauer vermessen.
Kurzzusammenfassung ist dass die Stromaufnahmen zwischen den Props sehr unterschiedlich sind, beispielsweise hat die kleine ACC 16x10 eine höhere Stromaufnahme als die GM 17x10.
Zudem habe ich das Ganze dann auch noch mit dem Antriebsauslegungstool „eCalc“ simuliert. Hierbei habe ich im Bestfall eine Abweichung von 16% zwischen Simulation und Realität ermittelt und im schlechtesten Falle sage und schreibe 47% Differenz.
Ich habe die Luftschrauben bei unterschiedlichen Akkuladezuständen vermessen. Dazu habe ich dann noch in einer Messung das Timing vom Regler variiert und ich vergleiche meine Messwerte immer wieder mal mit denen von der eCalc Simulation.
Kommen wir zu den Mess-Ergebnissen:
Zunächst das was man erwartet hat: Die GM 18x10 hat die größte elektrische Leistungsaufnahme und die niedrigste Drehzahl, soweit ist die Welt erst mal noch in Ordnung
Wenn man nun die kleinste Luftschraube, also die Aeronaut 16x10 (schwarz im Diagramm) mit der größeren GM 17x10 (hellgrün) vergleicht stellt man fest, dass die Leistungsaufnahme der kleineren Aeronaut höher ist! Wenn man rein auf die Daten auf dem Papier, also 16x10 und 17x10 schaut, würde man ja denken dass die 17x10 mehr Strom zieht, aber Pustekuchen…
Bei der Aeronaut 17x10 und GM 18x10 ist die Welt dann aber wieder in Ordnung, hier braucht die größere Luftschraube auch mehr elektrische Leistung.
Insgesamt muss man aber sagen, dass die GM 18x10 zusammen mit der Aeronaut 17x10 auf einem ähnlichen Leistungslevel ist und das zweite Leistungspaar ist dann die Aeronaut 16x10 und die GM 17x10.
Kommen wir nun zum Vergleich der einzelnen Props mit der eCalc Antriebsauslegungs-Simulationssoftware.
Die durchgezogenen Linien sind meine Messwerte und die gestrichelten Linien mit den 3 einzelnen Punkten sind eCalc Simulationen für 3 verschiedene Spannungslevel. Die jeweils "mittlere" eCalc Simulation habe ich hier mit hochgeladen.
Die geringste Leistungsabweichung zwischen Realität und Simulation gibt es bei der Aeronaut 16x10.
Die Abweichung in der elektrischen Leistungsaufnahme beträgt hier 16%. Das ist nicht perfekt, aber auch nicht schlecht. Die Abweichung bei der Drehzahl beträgt etwas mehr als 300 rpm, also rund 5%.
Bei der Aeronaut 17x10 beträgt die Leistungsabweichung dann schon 25% zwischen eCalc und Realität.
Bei den GM Luftschrauben wird die Sache nun ganz kurios.
Bei der GM 17x10 beträgt die Abweichung bei der Leistungsaufnahme zwischen eCalc Simulation und Realität 47,9%. Die Drehzahlabweichung ist hier sogar mit nur ca. 100 rpm hingegen sehr gering!
Wir erinnern uns nochmal an das aller erste Diagramm, da hatte man ja gesehen, dass die Aeronaut 16x10 mehr elektrische Leistung als die GM 17x10 braucht. Bei eCalc ist es aber anders rum, da braucht die GM 17x10 mehr als die ACC 16x10. Wie man sieht ist das falsch und daher kommt die riesige Abweichung zustande.
Bei der GM 18x10 ist die Abweichung in der Leistungsaufnahme mit 42% auch sehr groß, aber auch hier ist die Simulation der Drehzahl gar nicht so schlecht, die Abweichung ist kleiner 100 rpm.
Ich hatte auch schon mit Markus von eCalc Macher darüber gesprochen und da kam dann die Möglichkeit ins Spiel dass das Autotiming vom YGE Regler evtl. zu diesen großen Abweichungen führt.
Daher habe ich dann ein paar Tests mit Timing Variationen gemacht.
Zunächst habe ich im Leerlauf, also ohne Luftschraube die KV Zahl an einem 3s Lipo vermessen:
Mit Autotiming, 0° und 6° habe ich 405 rpm/V gemessen, bei den darauffolgenden Timings ist die KV Zahl dann schließlich auf bis zu 430 rpm/V bei 30° Timing angestiegen. Das heißt bei dieser Leerlaufmessung liegt das Autotiming bei 0°-6°.
Die Herstellerangabe von Hacker sagt 410 rpm/V: passt also!
Als nächstes habe ich dann das Timing unter Last exemplarisch an der GM 17x10 variiert. Das war ja die Luftschraube mit den größten Abweichungen zwischen Simulation und Realität.
Hier sieht man dass das Timing einen deutlichen Einfluss auf die Drehzahl und Leistungsaufnahme hat. Zwischen niedrigstem Timing und höchstem Timing beträgt der Unterschied in der Leistungsaufnahme zwischen 100 und 120 Watt. Drehzahlmäßig macht das ca. 200 rpm aus. Interessant ist der dunkelgrüne Graph, das ist der mit Autotiming. Er bewegt sich im Bereich der Magenta farbenen und kreuzt sie sogar. Alle anderen Verläufe sind parallel zueinander. Das heißt grundsätzlich ist das Autotiming bei dieser Messung im Bereich von 24°, aber da die Autotiming Kurve die Magenta Kurve schneidet heißt das dass auch hier in der Messung das Timing variiert wird. Bei höherer Spannung bzw. Strom steigt das Autotiming weiter an und zu niedrigeren Strömen hin wird es offenbar niedriger. Macht Sinn! Das Timing von ca. 24° unter Volllast ist meiner Meinung nach auch völlig in Ordnung, das heißt da gibt es nix dran zu meckern.
Im nächsten Diagramm habe ich nun die gerade oben im Detail angeschaute Timing Variation nun noch mit der eCalc Simulation ergänzt. Die Frage war ja ob ein evtl. schlecht arbeitendes Autotiming für die großen Abweichungen zur Simulation verantwortlich sein könnte:
Wie man sieht ist das leider nicht der Fall. Das Autotiming liegt wie wir ja gesehen haben schon bei ca. 24°. Das noch höhere manuelle Timing von 30° geht zwar in Richtung des eCalc Ergebnisses, aber die Simulation bzgl. der Leistungsaufnahme ist immer noch meilenwert von der Realität entfernt. Was aber sehr interessant ist: Die simulierte Drehzahl passt mehr oder perfekt mit der Realität bei einem Timing von 30° überein!
Mein Fazit:
Die Messungen haben für mich interessante Ergebnisse gebracht. Zum Beispiel dass eine 16x10 Luftschraube eine höhere Leistungsaufnahme als eine 17x10er Luftschraube haben kann.
Wenn man sich die Luftschrauben anschaut stellt man schnell fest, dass die GM Props deutlich schmaler als die Aeronaut Props sind. Wo möglich einer der Gründe.
Das ganze mir wieder einmal mehr gezeigt, dass letztlich nur selber ausprobieren und Messen hilft.
Simulationsprogramme können ganz grob zeigen was man vielleicht braucht, aber wie man sieht können die Abweichungen zwischen Simulation und Realität sehr sehr groß sein.
In meinem konkreten Fall kann man wohl sagen, dass die Werte die eCalc für GM Props ausspuckt unbrauchbar sind. Bei der Aeronaut 16x10 war die Abweichung hingegen ja recht gering.
Das war jetzt viel Theorie am Boden. Die Tests am Modell kommen ja erst noch.
Die meisten werden denken warum ich so einen riesen Aufwand treibe, aber mir macht sowas Spaß. Also Versuchspläne ausdenken, durchführen und schließlich auswerten und interpretieren.
Zum Schluss noch ein paar Sätze zu den Testrandbedingungen und der Auswertung:
Den Schub habe ich nicht gemessen und auch im Flug habe ich die Kombinationen noch nicht erprobt, der Erstflug steht noch aus. Ich habe die Messwerte alle am Boden ermittelt.
Die gezeigten Werte stammen alle von der YGE internen Telemetrie (Strom wird hier per Shunt ermittelt). Die Stromwerte habe ich mit einem Jeti MUI 75 Stromsensor (Messprinzip: Hall Sensor) verifiziert, den ich damals wiederum mit meinem Messequipment von SM Modellbau verglichen habe (Unisens und Unilog). Im relevanten Messbereich liegt die Abweichung zwischen all diesen Sensoren in der Größenordnung von 1 A.
Bei den Messungen selber habe ich den Motor immer ca. 10-12 Sekunden auf Vollgas laufen lassen und das wurde dann mit kontinuierlichen Messlogs aufgezeichnet.
Zwischen den Motorläufen habe ich den Motor immer wieder ein paar Minuten abkühlen lassen. Die
Akkus habe ich immer wieder auf den gleichen Ladezustand aufgeladen.
Die Logs bestehen letztlich also aus Punktewolken, pro Kurve sind es ca. 500-600 Messpunkte und durch diese Messpunktewolke habe ich dann ein Polynom 2. Grades durchgelegt was ich dann schließlich in den Diagrammen geplottet habe.
Hier mal ein Diagramm wo die einzelnen Messpunkte zu sehen sind und wo ich dann das Polynom 2. Grades durchgelegt habe.
Links die Punktewolken mit Polynom 2. Grades und rechts daneben dann nur noch das Polynom dargestellt. Das ist übrigens dasselbe Diagramm wie das aller erste oben im Beitrag.
Vielleicht interessiert es ja den ein oder anderen.
Grüße,
Piotre
ich bin gerade dabei ein neues Modell aufzubauen und da kam dann auch die Antriebsauslegung auf mich zu. Das war etwas langwieriger als gedacht, da die ausgewählte Luftschraube nicht die erhoffte Leistung erbracht hat. Daher habe habe ich nun insgesamt 4 Luftschrauben mit meinem Antrieb vermessen und da recht interessante Ergebnisse bekommen die ich euch nun hier zeigen möchte.
Motor: Hacker A40-12L V4: 14 Pole, 410 rpm/V, Leistung maximal 1100 Watt für 15 Sekunden
ESC: YGE 65 LVT
Lipo: SLS Xtron 5s 3600 mAh 30C
Luftschrauben:
Aeronaut Cam Carbon (ACC) 16x10 – tatsächlicher Durchmesser mit 38mm Mittelstück: 15,89“
Aeronaut Cam Carbon (ACC) 17x10 – tatsächlicher Durchmesser mit 38mm Mittelstück: 16,89“
Georgi Mirov (GM) 17x10 – tatsächlicher Durchmesser mit 38mm Mittelstück: 17,15“
Georgi Mirov (GM) 18x10 – tatsächlicher Durchmesser mit 38mm Mittelstück: 18,09“
Alle Luftschrauben wurden an einem versetztem (aber nicht geschränktem) 38 mm Mittelstück von Reisenauer vermessen.
Kurzzusammenfassung ist dass die Stromaufnahmen zwischen den Props sehr unterschiedlich sind, beispielsweise hat die kleine ACC 16x10 eine höhere Stromaufnahme als die GM 17x10.
Zudem habe ich das Ganze dann auch noch mit dem Antriebsauslegungstool „eCalc“ simuliert. Hierbei habe ich im Bestfall eine Abweichung von 16% zwischen Simulation und Realität ermittelt und im schlechtesten Falle sage und schreibe 47% Differenz.
Ich habe die Luftschrauben bei unterschiedlichen Akkuladezuständen vermessen. Dazu habe ich dann noch in einer Messung das Timing vom Regler variiert und ich vergleiche meine Messwerte immer wieder mal mit denen von der eCalc Simulation.
Kommen wir zu den Mess-Ergebnissen:
Zunächst das was man erwartet hat: Die GM 18x10 hat die größte elektrische Leistungsaufnahme und die niedrigste Drehzahl, soweit ist die Welt erst mal noch in Ordnung
Wenn man nun die kleinste Luftschraube, also die Aeronaut 16x10 (schwarz im Diagramm) mit der größeren GM 17x10 (hellgrün) vergleicht stellt man fest, dass die Leistungsaufnahme der kleineren Aeronaut höher ist! Wenn man rein auf die Daten auf dem Papier, also 16x10 und 17x10 schaut, würde man ja denken dass die 17x10 mehr Strom zieht, aber Pustekuchen…
Bei der Aeronaut 17x10 und GM 18x10 ist die Welt dann aber wieder in Ordnung, hier braucht die größere Luftschraube auch mehr elektrische Leistung.
Insgesamt muss man aber sagen, dass die GM 18x10 zusammen mit der Aeronaut 17x10 auf einem ähnlichen Leistungslevel ist und das zweite Leistungspaar ist dann die Aeronaut 16x10 und die GM 17x10.
Kommen wir nun zum Vergleich der einzelnen Props mit der eCalc Antriebsauslegungs-Simulationssoftware.
Die durchgezogenen Linien sind meine Messwerte und die gestrichelten Linien mit den 3 einzelnen Punkten sind eCalc Simulationen für 3 verschiedene Spannungslevel. Die jeweils "mittlere" eCalc Simulation habe ich hier mit hochgeladen.
Die geringste Leistungsabweichung zwischen Realität und Simulation gibt es bei der Aeronaut 16x10.
Die Abweichung in der elektrischen Leistungsaufnahme beträgt hier 16%. Das ist nicht perfekt, aber auch nicht schlecht. Die Abweichung bei der Drehzahl beträgt etwas mehr als 300 rpm, also rund 5%.
Bei der Aeronaut 17x10 beträgt die Leistungsabweichung dann schon 25% zwischen eCalc und Realität.
Bei den GM Luftschrauben wird die Sache nun ganz kurios.
Bei der GM 17x10 beträgt die Abweichung bei der Leistungsaufnahme zwischen eCalc Simulation und Realität 47,9%. Die Drehzahlabweichung ist hier sogar mit nur ca. 100 rpm hingegen sehr gering!
Wir erinnern uns nochmal an das aller erste Diagramm, da hatte man ja gesehen, dass die Aeronaut 16x10 mehr elektrische Leistung als die GM 17x10 braucht. Bei eCalc ist es aber anders rum, da braucht die GM 17x10 mehr als die ACC 16x10. Wie man sieht ist das falsch und daher kommt die riesige Abweichung zustande.
Bei der GM 18x10 ist die Abweichung in der Leistungsaufnahme mit 42% auch sehr groß, aber auch hier ist die Simulation der Drehzahl gar nicht so schlecht, die Abweichung ist kleiner 100 rpm.
Ich hatte auch schon mit Markus von eCalc Macher darüber gesprochen und da kam dann die Möglichkeit ins Spiel dass das Autotiming vom YGE Regler evtl. zu diesen großen Abweichungen führt.
Daher habe ich dann ein paar Tests mit Timing Variationen gemacht.
Zunächst habe ich im Leerlauf, also ohne Luftschraube die KV Zahl an einem 3s Lipo vermessen:
Mit Autotiming, 0° und 6° habe ich 405 rpm/V gemessen, bei den darauffolgenden Timings ist die KV Zahl dann schließlich auf bis zu 430 rpm/V bei 30° Timing angestiegen. Das heißt bei dieser Leerlaufmessung liegt das Autotiming bei 0°-6°.
Die Herstellerangabe von Hacker sagt 410 rpm/V: passt also!
Als nächstes habe ich dann das Timing unter Last exemplarisch an der GM 17x10 variiert. Das war ja die Luftschraube mit den größten Abweichungen zwischen Simulation und Realität.
Hier sieht man dass das Timing einen deutlichen Einfluss auf die Drehzahl und Leistungsaufnahme hat. Zwischen niedrigstem Timing und höchstem Timing beträgt der Unterschied in der Leistungsaufnahme zwischen 100 und 120 Watt. Drehzahlmäßig macht das ca. 200 rpm aus. Interessant ist der dunkelgrüne Graph, das ist der mit Autotiming. Er bewegt sich im Bereich der Magenta farbenen und kreuzt sie sogar. Alle anderen Verläufe sind parallel zueinander. Das heißt grundsätzlich ist das Autotiming bei dieser Messung im Bereich von 24°, aber da die Autotiming Kurve die Magenta Kurve schneidet heißt das dass auch hier in der Messung das Timing variiert wird. Bei höherer Spannung bzw. Strom steigt das Autotiming weiter an und zu niedrigeren Strömen hin wird es offenbar niedriger. Macht Sinn! Das Timing von ca. 24° unter Volllast ist meiner Meinung nach auch völlig in Ordnung, das heißt da gibt es nix dran zu meckern.
Im nächsten Diagramm habe ich nun die gerade oben im Detail angeschaute Timing Variation nun noch mit der eCalc Simulation ergänzt. Die Frage war ja ob ein evtl. schlecht arbeitendes Autotiming für die großen Abweichungen zur Simulation verantwortlich sein könnte:
Wie man sieht ist das leider nicht der Fall. Das Autotiming liegt wie wir ja gesehen haben schon bei ca. 24°. Das noch höhere manuelle Timing von 30° geht zwar in Richtung des eCalc Ergebnisses, aber die Simulation bzgl. der Leistungsaufnahme ist immer noch meilenwert von der Realität entfernt. Was aber sehr interessant ist: Die simulierte Drehzahl passt mehr oder perfekt mit der Realität bei einem Timing von 30° überein!
Mein Fazit:
Die Messungen haben für mich interessante Ergebnisse gebracht. Zum Beispiel dass eine 16x10 Luftschraube eine höhere Leistungsaufnahme als eine 17x10er Luftschraube haben kann.
Wenn man sich die Luftschrauben anschaut stellt man schnell fest, dass die GM Props deutlich schmaler als die Aeronaut Props sind. Wo möglich einer der Gründe.
Das ganze mir wieder einmal mehr gezeigt, dass letztlich nur selber ausprobieren und Messen hilft.
Simulationsprogramme können ganz grob zeigen was man vielleicht braucht, aber wie man sieht können die Abweichungen zwischen Simulation und Realität sehr sehr groß sein.
In meinem konkreten Fall kann man wohl sagen, dass die Werte die eCalc für GM Props ausspuckt unbrauchbar sind. Bei der Aeronaut 16x10 war die Abweichung hingegen ja recht gering.
Das war jetzt viel Theorie am Boden. Die Tests am Modell kommen ja erst noch.
Die meisten werden denken warum ich so einen riesen Aufwand treibe, aber mir macht sowas Spaß
. Also Versuchspläne ausdenken, durchführen und schließlich auswerten und interpretieren.Zum Schluss noch ein paar Sätze zu den Testrandbedingungen und der Auswertung:
Den Schub habe ich nicht gemessen und auch im Flug habe ich die Kombinationen noch nicht erprobt, der Erstflug steht noch aus. Ich habe die Messwerte alle am Boden ermittelt.
Die gezeigten Werte stammen alle von der YGE internen Telemetrie (Strom wird hier per Shunt ermittelt). Die Stromwerte habe ich mit einem Jeti MUI 75 Stromsensor (Messprinzip: Hall Sensor) verifiziert, den ich damals wiederum mit meinem Messequipment von SM Modellbau verglichen habe (Unisens und Unilog). Im relevanten Messbereich liegt die Abweichung zwischen all diesen Sensoren in der Größenordnung von 1 A.
Bei den Messungen selber habe ich den Motor immer ca. 10-12 Sekunden auf Vollgas laufen lassen und das wurde dann mit kontinuierlichen Messlogs aufgezeichnet.
Zwischen den Motorläufen habe ich den Motor immer wieder ein paar Minuten abkühlen lassen. Die
Akkus habe ich immer wieder auf den gleichen Ladezustand aufgeladen.
Die Logs bestehen letztlich also aus Punktewolken, pro Kurve sind es ca. 500-600 Messpunkte und durch diese Messpunktewolke habe ich dann ein Polynom 2. Grades durchgelegt was ich dann schließlich in den Diagrammen geplottet habe.
Hier mal ein Diagramm wo die einzelnen Messpunkte zu sehen sind und wo ich dann das Polynom 2. Grades durchgelegt habe.
Links die Punktewolken mit Polynom 2. Grades und rechts daneben dann nur noch das Polynom dargestellt. Das ist übrigens dasselbe Diagramm wie das aller erste oben im Beitrag.
Vielleicht interessiert es ja den ein oder anderen.
Grüße,
Piotre
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