Propeller design
Bei der vorgestellten Zellenbelgung und Antrieb ist mit 13V und 6A, also etwa 75W elektrischer Eingangsleistung zu rechnen – das bedeutet ~63W an der Welle bei 2200rpm. Ein Maximum Power Point Tracker (
http://www.lambertus.info/MPP.html ) würde dann so funktionieren, dass er zwischen Empfänger und Regler eingeschleift wird und die Stelleröffnung so steuert, dass die Zellen im MPP bei 13.2V gehalten werden.
Für die volle Eingangsleistung (63W an der Welle, 2200rpm) habe ich mit Xrotor für V=7m/s und R=0.295m einen "Steigpropeller" ausgelegt. Mit Qprop habe ich für diesen Propeller mit dem ausgewählten Antrieb die Wirkungsgrade und Leistungen über der Fluggeschwindigkeit berechnet. Die Regleröffnung (gesteuert vom MPP) sind über kleiner werdende effektive Spannung am Motor abgebildet.
Eine Farbe entspricht immer einer Spannung, die Durchgezogene Linie zeigt die Propeller- und die gestrichelte Linie die Motorwirkungsgrade über der Fluggeschwindigkeit. Auf dem zweiten Bild sieht man, was das für die Leistungen bedeutet. Die Farbe codiert wieder die Spannungsreihe, durchgezogene Linien sind jetzt die am Propeller umgesetzten Leistungen, gestrichelt sind die dazugehörigen, elektrischen Eingangsleistungen gezeigt. Die schwarze Linie ist der Leistungsbedarf des Fliegers bei m=1.25kg für den Horizontalflug über der Fluggeschwindigkeit.
Es zeigt sich, dass man ab etwa 15W elektrischer Leistung fliegen kann. Immer wenn die vom Propeller umgesetzte Leistung größer ist als die benötigte, kann man steigen. Bei kleinen Fluggeschwindigkeiten ist der Leistungsüberschuss erheblich, schneller als 12.3m/s kann man dabei allerdings auch bei optimaler Einstrahlung nicht fliegen.
Im folgenden ist die Auslegung eines "Speedpropellers" zu sehen (V=20m/s, R=0.24m, Wellenleistung 63W, 2200rpm).
Bei den Wirkungsgraden über der Fluggeschwindigkeit fällt folgendes auf: Die Drehzahl nimmt mit der Spannung ab, so dass Punkte mit optimalem Wirkungsgrad (und gleichem Fortschrittsgrad) bei kleineren Spannungen auch bei kleineren Fluggeschwindigkeiten liegen. Offenbar spart einem der MPP praktisch eine Blattwinkelverstellung.
Bei den Leistungen fällt auf, dass man schon mit einer elektrischen Eingangsleistung von 10W fliegen kann, obwohl der Motorwirkungsgrad bei 5V Spannung schon sehr bescheiden ist. Der Leistungsüberschuss ist nicht mehr so hoch, dafür kann man aber bis 21.5m/s unter optimaler Einstrahlung mit Leistungsüberschuss fliegen.
Unter dem Strich scheint mir die Auslegung auf recht hohe Fluggeschwindigkeiten bei maximaler Leistung vorteilhaft zu sein, weil sie mit einem MPP, wie von Holger Lambertus gezeigt, sehr breitbandig funktionieren müsste. Deshalb möchte ich einen Propeller auslegen, der diesem Konzept entspricht.
Bezüglich eines besseren Antriebes und eines genaueren Modells für den Antrieb bin ich übrigens für jeden Tip dankbar. Hier hat das verwendte Motormodell sicher auch Grenzen.
Viele Grüße,
Benjamin