F3A elektrisch für Holzwürmer

Hallo Leuz!

Ich möchte Euch mal das Ergebnis der letzen 2 Jahre Denk- und Bastelarbeit vorstellen. Dabei ist mein neuer F3A-Flieger namens Metis entstanden.

SynergyEFertig_Klein(1).JPG


Der Flieger ist in seiner Silhouette einem Synergy nachempfunden. Ich habe den Rumpf zur Reduzierung des Widerstandes aber bewußt schmal gehalten (Die gröste Rumpfbreite beträgt 110 mm). Bremsen in Abwärtsfiguren ist "elektrisch" je kein Thema.

Hier mal die wichtigsten technischnen Daten:
- Abfluggewicht: 3750 g
- Länge: 2000 mm
- Spannweite: 1850 mm
- Motor: Kontronik Kora TOP 30-18
- Prop: APC 17 x 12 E
- Steller: Hacker Master 90-O-Acro
- Accu: XCell 4900 8s
- Emf. Graupner SMC 19 DS
- Emf.-Accu: NiCd 4 Zellen 500 mAh
- Servos: 3 x Futaba S3150, 1 x Futaba S9202 (Seitenruder)

Hiermit komme ich auf 10 bis 12 min. Flugzeit (1 x P07 und ein wenig rumturnen) und muss dann - je nach Windstärke - zwischen 3000 und 3800 mAh nachladen. Accu und Steller sind dann handwarm, die Motortemperatur schätze ich auf ca. 45 °C (jedenfalls verbrennt man sich nicht die Finger). Die Antriebsleistung ist genau richtig zum F3A-Fliegen (nicht zu viel und nicht zu wenig)
Ein Nachteil des niedrigen Gewichts sei allerdings nicht verschwiegen: bei viel Wind liegt das Modell etwas unruhiger in der Luft als ein 5-kg-Modell.
Zum Empfängeraccu: ja, ja, da könnte man durch Lipo-Technik noch einige Gramm sparen. Übrigens: mehr als 50 mAh je Flug brauche ich nicht.


Flugeigenschaften:
Was soll ich sagen: Eben F3A-Like, es ist kein Mischer erforderlich. Leistung ist mehr als ausreichend vorhanden, noch nie bin ich so gut durch's P07 gekommen. F07 habe ich mir mal von einem guten Piloten (Christian Hans) vorfliegen lassen, er war äußerst angetan von den Flugeigenschaften. Über die 3D-Eigenschaften kann und will ich keine Aussage machen. Einfach phantastisch sind die Messerflugeigenschaften: Nur mit Seite die Höhe halten, der Flieger geht dann "bis zur Sichtgrenze" geradeaus weiter.

Bauweise:
- Tragflächen und Leitwerke in Balsa-Rippenbauweise
- Flächensteckung in Holmbrückenbauweise
- Rumpf: Balsa und ganz wenig Sperrholz, Rumpfrücken und -boden wurden in Styro-Balsa-Bauweise ausgeführt
- Die Motorhaube ist in Balsa-Leistenbauweise entstanden
- Die Kabinenhaube habe ich in Depron-Leistenbauweise erstellt, die Oberfläche ist GfK-beschichtet und lackiert.


Das Abfluggewicht setzt sich folgt zusammen:
- Rumpf, kpl. mit Motor, RC, Prop, Fahrwerk, Steller, etc.: 1.870 g
- Kabinenhaube: 122 g
- Fläche re. incl. Servo: 304 g
- Fläche li. incl. Servo: 308 g
- HLW li.: 64 g
- HLW re.: 56 g
---------------------------------
SUMME: 3749 g
==============


Hier mal einige Rohbau- und Komponentengewichte
- Kabinenhaube (Rohbau, ohne Gfk): 70 g
- Motorhaube Rohbau: 62 g
- Motorhaube mit GfK beschichtet, unlackiert: 90 g
- Rumpf: 578 g
- HLW: 92 g
- Seitenruder: 20 g
- Flügel re: 242 g
- Flügel li: 236 g
- Motor: 405 g
- Steller: 108 g


PROPELLER-AUSWAHL:
------------------
Ich liste hier einfach mal die von mir vermessenen Props auf. Als Messgerät stand mir das (übrigens sehr empfehlenswerte) WattsUp zur Verfügung. Alle Standstrommessungen erfolgten nach ca. 10 sek. "Vollgas" bei frisch geladenen Accus. Die zugehörigen Flugdaten wurden unmittelbar danach ohne Nachladen des Accus gemessen.

1) APC 17x8 E:
- Standstrom: 45 A
- Den Prop habe ich nur für den Erstflug benutzt, daher keine weiteren Angaben

2) APC 16x13 N:
- Max. Strom im Flug: 52.2 A, P = 1600 W
- Etwas zu wenig Leistung

3) APC 16x14 N
- Max. Strom im Flug: 51.5 A, P = 1585 W
- Etwas zu wenig Leistung
- Anm.:
Fragt mich jetzt nicht, warum dieser Prop weniger Strom konsumiert als die 16x13, möglicherweise wurde diese Messung an einem anderen Tag durchgeführt.

4) APC 18x10 PN
- Standstrom: 56 A
- Max. Strom im Flug: 55,0 A, P = 1700 W
- Die max. erreichbare Geschwindigkeit ist mit diesem Prop etwas zu niedrig. bemerkenswert ist aber die enorme Bremswirkung selbst ohne Motorbremse

5) APC 17x12 E
- Standstrom: 58,6 A, P = 1796 W, Standdrehzahl: 6900/min
- Max. Strom im Flug: 54,7 A, P = 1627 W
- mit diesem Prop habe ich genau die Leistung, die man zum F3A-Fliegen braucht

6) APC 17x12 N
- Standstrom: 53,8 A, P = 1632 W
- Max. Strom im Flug: 50 A, P = 1455 W
- erstaunlicherweise genehmigen sich die APC-Verbrenner-Props weniger Strom als die APC-E-Props. Allerdings habe ich mit diesem Prop auch spürbar weniger Steigleistung als mit der 17x12E

7) APC 18x12 E
- Max. Strom im Flug: 64 A, P = 1866 W
- Hat zu viel Leistung


Einige Anmerkungen zu den Prop-Messungen:
a) "Wer viel misst, misst Mist": Einige Props habe ich an mehreren Tagen gemessen. Der Unterschied zwischen den Messwerten war teilweise erheblich. Beispiel APC 17x12E im Flug gemessen:
- Tag 1: 57,0A, 1770W
- Tag 2: 54,7A, 1627W
Über die Gründe für die Unterscheide kann ich nur Vermutungen anstellen (Luftdruck und -Temperatur??) Modell, Accu und Einstellungen des Reglers waren jedenfalls unverändert. Leider habe ich für die Messungen das Datum nicht notiert, sodaß die Einflüsse von Luftdruck und Temperatur nicht quantifiziert werden können.

b) Der Unterschied zwischen Standstrom und max. Strom im Flug ist - zumindest bei den von mir vermessenen Props - erstaunlich klein, insbesondere auch unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Standstrommessung in die kurze "Hochspannungsphase" innerhalb der ersten 10 "Lastesekunden" eines frisch geladenen Accus fallen. Bei den Flugmessungen habe ich erst nach ca. 1 Minute zum ersten mal Vollgas gegeben.

c) Drehzahlen und Standschub
Drehzahlen habe ich nur 1 x mit der 17x12 E gemessen. Der Standschub interessiert mich - zumindest für den F3A-Einsatz - herzlich wenig.


MERCI, MERCI
Danken möchte ich noch Frank Portheine, Bruno Steckenbiegler, Bernd Dericum, Alvin Braeckmann, Jürgen Pickert und Christian Hans, die mir auf die eine oder andere Weise geholfen haben. Mein besonderer Dank gilt Giacomo für die Erstellung aller Zeichnungen und die Hilfe beim Bau.

Grüße aus Ostbelgistan

Hannes Kolks


PS:
Mittlerweile hat METIS ca. 90 Starts auf dem Buckel.

PPS:
Ich habe durchaus Interesse daran, einmal Steiggeschwindigkeiten zu vermessen. Das scheitert im Moment aber an einem passenden Logger. Wer mir mal einen leihen möchte oder mit mir zusammen mal was messen möchte: ich bin da zu jeder Schandtat bereit.
 
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Hier der Metis mal in der Frontansicht:

SynergyEFertig_Klein(13).JPG


Die Motorhaube ist zwischenzeitlich nicht mehr so blass wie auf diesem Foto, und einen Spinner gibt's mittlerweile auch.

Der Rohbau (noch ohne SLW):

F3AElektro_Klein(19).JPG

Rohbau der Tragfläche und Holmbrücke:

F3AElektro_Klein(8).JPG

F3AElektro_Klein(7).JPG

So sieht die Steckung dann fertig aus

F3AElektro (21)_Klein.JPG
 
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Der Motorspant ...

F3AElektro (25)_Klein.JPG


... und die Motorhaube. Die Motorhaube ist mit 4 mm DLocks am Rumpf befestigt.
Der Blick in's Eingemachte...
F3AElektro(20)_Klein.JPG

... sowie von der Schokoldenseite
F3AElektro (32)_Klein.JPG

F3AElektro (31)_Klein.JPG

Die Kühlöffnung hätte ich mir ersparen können. Sie ist zwischenzeitlich mit Klebeband verschlossen (ja, ich fliege ohne Temperaturprobleme ohne Be- und Entlüftung)

Grüße

Hannes Kolks
 

Holz

User
Hallo,

in unseren ARF-Zeiten fällt sowas gar nicht mehr auf, aber alleine die Motorhaube, komplett aus Holz.....da ziehe ich den Hut davor.

Gratuliere zum Projekt.

lg Werner
 
Freut mich, daß der Flieger hier noch einmal "ausgegraben" wurde!

Zum Respekt vor der Holzbauweise: ICH ziehe eher den Hut vor den Harzpanschern, die für ein einzelnes Exemplar die ganze Fertigungskette durch ziehen: Positiv bauen, Negativ abformen etc. Das ist viel mehr Arbeit als die Holzbauweise. Ausserdam mag ich die Harzpanscherei nicht.

Die Kabinenhaube ist übrigens auf die gleiche Art und Weise gebaut, halt nur aus Depron und Balsa anstelle von Balsa und Sperrholz; ich konnte auf die Schnelle einfach keine passende Fertighaube finden... (Vielleicht war ich auch nur zu faul zum Suchen).

Wirklich aufwändig war der Bau der Tragflächen. Das würde ich mittlerweile etwas anders lösen.

Ein kleiner Zwischenbericht (etwas OT):
Mittlerweile hat Metis ca. 350 Starts auf dem Buckel. Probleme oder Reparaturen hat's nicht gegeben. Meine beiden XCELL-Accu's haben nach jeweils ca. 140 Zyklen das Zeitliche gesegnet und wurden Anfang 2008 durch SLS-Lipo's mit 4400 mAh ersetzt; diese sind ca. 150 gr. leichter und haben vor allem eine spürbar bessere Spannungslage. Dem Motor habe ich deshalb einen Turbospinner verpasst.

Grüße

Hannes
 
F3A-Fliegen mit Vario

F3A-Fliegen mit Vario

Ich habe gestern spasseshalber in meinen Metis mal ein Jeti-Vario eingebaut. Die Ergebnisse sind echt interessant: max. Steigen lt. Vario = 33 m/sec (entspr. ca. 118 km/h), max Sinkgeschwindigkeit im "freien Fall" aus knapp 500 mtr. Höhe etwas über 50 m/sec (da muß ich im Sinne von constant speed wohl noch etwas an der Bremse schrauben...) Noch was zu den o.g. 33 m/sec: hierbei handelt es sich um einen "Ansagewert" beim Steigflug zu einem Turn mit langsamem Einflug zur Vermeidung "ballistischer" Effekte; die tatsächlichen Max-Werte aus dem Vario waren wesentlich höher.

Das Vario ist auch gut geeignet zur Kontrolle der Flugebenen (natürlich nur mit Ansager...)

Was mich am meisten staunt (und nicht wirklich plausibel erscheint) ist der mit Hilfe des Vario's "errechnete" Wirkungsgrad des Antriebs: Die eta's von E-Strang und Propeller dürften jeweils nicht allzuweit von 90 % entfernt sein. E-seitig wurden Strom und Spannung mit einem Jeti-MUI 75 verifiziert; sie liegen recht genau im Bereich der ursprünglichen Messwerte vom Mai 2007.

so long

Hannes
 
Wirkungsgrade

Wirkungsgrade

Aus Masse und Vertikalgeschwindigkeit kann man den erforderlichen mechanischen Leistungsbedarf Pmech errechnen, aus U und I kann man den tatsächlichen Input an Leistung Pel errechnen. Der Quotient aus beiden ergibt den Gesamtwirkungsgrad (stark vereinfacht).

Ein wenig Theorie:
Pmech = m*g*v = 3,8 * 9,81 * 33 Watt = 1230 Watt
Pel = U*I = 58 A * 3,6 V/Zelle * 8 Zellen = 1670 Watt
Gesamt-eta also 1230 / 1670 = 0,74
Gesamt-eta = eta elektrisch * eta Propeller = 0,86 * 0,86
eta elektrisch dürfte halbwegs realistisch sein, eta Propeller ergibt sich dann.

Aerodynamische Effekte (Luftwiderstand des Fliegers) kann man hier vernachlässigen und würden den Gesamtwirkungsgrad noch weiter "aufpolieren".

Dies ist alles nur eine grobe Angabe. Sie steht und fällt mit der aktuellen Akkuspannung, und genau diese habe ich nicht gleichzeitig mit der Steiggeschwindigkeit messen können. In Summe erstaunt mich schon der hohe Gesamtwirkungsgrad.

Fraglich ist natürlich auch die Genauigkeit des Vario's, also her mit einem kalibrierten Gerät oder einem geeigneten Logger :p

lg
Hannes
 
Moinsen Hannes!

Woher hast du die Formel für Pmech?
Wenn ich an den Leistungsbedarf eines Autos denke, dann sieht das ja etwas anders aus...

Hätte jetzt eher an "cw x Fläche x Rho/2 x V^2" gedacht...

Die Formeln sind auch der Grund, warum ich dieses Jahr noch nicht bei uns am Platz war ;-)

Grüße, auch an Giacomo!
 
Eine sehr schöne Kiste, freut mich, daß sich die viele Arbeit offenbar gelohnt hat!!

Viele Grüße,
Alex
 
Pmech

Pmech

Moinsen Hannes!

Woher hast du die Formel für Pmech?
Wenn ich an den Leistungsbedarf eines Autos denke, dann sieht das ja etwas anders aus...

Hätte jetzt eher an "cw x Fläche x Rho/2 x V^2" gedacht...

Die Formeln sind auch der Grund, warum ich dieses Jahr noch nicht bei uns am Platz war ;-)

Grüße, auch an Giacomo!
Hallo Felix,

Formel für Pmech: Maschbau 1. Semester Mechanik;) Die Sache mit Rho/2 etc. kannst Du in diesem Fall echt vernachlässigen (und würde ganz nebenbei eta noch mal etwas anheben). Halte mal ein wenig Abstand zu den Deinen Formeln, dann wird die Sache mit Pmech schnell klar :)

cu
Hannes
 
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