Unterschied Stromaufnahme Stand vs Flug

Andreas, da stimme ich dir voll und ganz zu. Mit meiner einfachen Frage, die sich explizit auf Impeller bezog hat das hier kaum mehr etwas zu tun. Und ausserdem wurde meine Frage von Sascha in #2 mit Telemetrie-Daten bestens beantwortet. Aber hey, tobt euch hier ruhig noch weiter aus. Ich bin jedenfalls raus.
Beste Fliegergrüsse
Christian
 
Wir sollten diese Diskussion aber woanders führen, mit elektrischen Impellern hat das gar nichts mehr zu tun.

Hallo Andreas,

das sehe ich nicht so. Grundsätzlich ist ein Impeller ein Mehrfachpropeller der mit einem Mantel versehen ist. Der Mantel unterdrückt den induzierten Widerstand an den Propellerspitzen und minimiert somit die Wirbelverluste. Ansonsten ist für mich da kein unterschied, die Physik am Propeller muss daher grundsätzlich auch am Impeller gelten.

Gruss
Micha
 
Hallo zusammen,

ich klinke mich einfach mal hier ein:

Ich finde ein Teil dieser Diskussion ist mal wieder ein sehr schöner Fall bezüglich Definitionsproblematik, d.h. man spricht über einen Sachverhalt nicht mit den gleichen Randbedingungen / Voraussetzungen. Sei es weil man es nicht besser weiß oder die entsprechenden getroffenen Annahemen nicht richtig kommuniziert hat. In diesem Fall ist das aus meiner Sicht die wissenschaftliche Definition von Wirkungsgrad vs. die "laienhaft" oder umgangssprachlich Nutzung des Begriffs Wirkungsgrad / Effizienz. Und zum Schluss sind alle doch nicht weit auseinander ...

Im wissenschaftlichen Sinn ist Wirkungsgrad immer das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand. In Bezug auf auf Propulsion, also dem antrieben von Vehikeln, ist der Wirkungsgrad halt 0 wenn das anzutreibende Vehikel keine Geschwindigkeit hat, da diese ja Hauptbestandteil des Nutzens ist.

Für die Bedingungen im Stand muss man dann natürlich eine andere Definition des Wirkungsgrades nutzen / heranziehen bzw. für sich festlegen was Nutzen und Aufwand ist. Beispielsweise könnte man den durch den Propulsor erzeugten Standschub (Nutzen) in Verhältnis mit der zugeführten Leistung (Aufwand) ins Verhältnis setzen. Man bekommt dann einen dimensionsbehafteten Wert von z.B. kg/W mit dem man verschiedene Antriebe miteinander Vergleichen kann. Eine konkrete Aussage wie effektiv aber die Umwandlung der eingesetzten Leistung in Schubkraft ist hat man dann aber immer noch nicht.
Schub(kraft) entsteht aber dadurch, dass eine gewisse Masse (Luftmasse) auf eine bestimmte Geschwindigkeit (Strahlgeschwindigkeit) beschleunigt wird. Kennt man beide Größen, dann kann man die Energie / notwendige Arbeit bestimmen die man idealerweise dafür braucht. Betrachtet man diese notwendige Arbeit pro Zeiteinheit bekommt man eine ideale Leistung. Diese kann man ins Verhältnis mit der eingesetzten bringen und man bekommt einen dimensionslosen Wirkungsgrad.
Wie man an die entsprechenden Werte für einen normalen Propeller bzw. EDF kommt, steht auf einem anderen Blatt weil diese nicht so einfach akkurat zu messen sind ...

Aber nun endlich zurück zum eigentlichen Thema auch wenn der Thread Ersteller seine Antwort schon bekommen zu haben scheint.
Das sich die Leistungsaufnahme eines EDFs im normalen praktischen Betrieb im Stand und im Flug sich nur minimal unterscheiden hat aus meiner Sicht bzw. aktuellen Kenntnisstand zwei Gründe:
Zum einen gehe ich davon aus, dass die Fluggeschwindigkeit (normaler Horizontalflug ohne den Flieger vorher richtig angestochen zu haben) deutlich unter der realen Strahlgeschwindigkeit bleibt, so dass man sich in einem Fortschrittgradbereich ( J-Wert) befindet, bei dem das benötigte Drehmoment und somit die Leistung noch nicht wirklich abnimmt. Leider fehlen mir entsprechende Messdaten bzw. mir ist kein "Propellerdiagramm" für einen EDF bekannt mit dem man das nachvollziehen könnte.
Zweites ist durch die größer Anzahl an Blättern bei einem EDF Impeller (welche über die letzten Jahre ja auch noch angestiegen ist) die Querschnittsfläche deutlich versperrt im Vergleich zu einem normalen oder Mantelpropeller. Bei letzteren kann dann mehr Luft "ungestört" hindurchströmen. Aber nur mit vielen Blättern lässt sich bei gegebenen Querschnitt der Leistungseintrag in die Luft erhöhen.

Kleiner Fun Fact zum Schluss: Auch bei Wasserstrahlantieben (Water Jets) macht es hinsichtlich der Leistungsaufnahme keinen großen unterschied ob das Schiff / Boot steht oder fährt. Das gilt sowohl für Modelle als auch für die Originalen.

Beste Grüße,
Patrick
 
Hallo Patrick,
Du hast den Kern der Problematik in diesen Betrachtungen/Thread getroffen: Definitionsproblematik. Ein ewiges Problem!

Was Ist zu tun?
< Fasse Deine Aussagen im Telegrammstiel zusammen.
< Verwende Skizzen und Bilder.
< Verwende Formeln mit Einheiten.

Nur so wird sich Klarheit schaffen. Der Leser kommt allerdings am Grübeln über Zusammenhänge nicht vorbei.
Gruss und tschö wa, Hans.

 
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.
Wirbel an der Endleiste sind ein Strömungsabriss, den Fall habe ich auch betrachtet. Das passiert, wenn der Impeller keine Luft ansaugen kann. Ein stallender Impeller kommt jedoch in einem Modellflugzeug quasi nicht vor.
Die Wirbelschleppen entstehen jedoch nur am Flügelende. (Oder klappenende etc.) Dem behilft man sich gerne indem man die Streckung maximiert oder winglets / Endscheiben am Randbogen anbringt. Im Falle des Impellers bildet der Duct eine Wand, die die Oberströmung von der Unterströmung trennt/abdichtet und somit Wirbelschleppen ausschließt. Daher redet man auch von virtuell unendlicher Streckung. Weil die Wand Wirbelschleppen ausschließt und somit den selben Effekt hat wie unendliche Streckung. (Spaltverluste vernachlässigt)

Die Wirbeltheorie ist ein wenig kompliziert, aber anbei zwei Bilder, die das visualisieren.
 

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Nicht verschrieben?
Steigt nicht immer die Leistungsaufnahme, wenn man's einem E-Motor schwerer macht, sich zu drehen?
Ich weiß das ist auf den ersten Blick ein wenig intuitiv aber tatsächlich wird es dem Motor leichter gemacht, sich zu drehen. Wenn ein Impeller keine Luft ansaugen kann, befindet er sich im Strömungsabriss. Der Impeller kann quasi keine Leistung mehr auf die Luft übertragen. Das ist ein bisschen so, wie ein Auto das langsamer beschleunigt, weil die Räder durchdrehen.
Dazu erzeugt er einen Unterdruck, der den Widerstand noch weiter verringert.
 
Ich weiß das ist auf den ersten Blick ein wenig intuitiv aber tatsächlich wird es dem Motor leichter gemacht, sich zu drehen. Wenn ein Impeller keine Luft ansaugen kann, befindet er sich im Strömungsabriss. Der Impeller kann quasi keine Leistung mehr auf die Luft übertragen. Das ist ein bisschen so, wie ein Auto das langsamer beschleunigt, weil die Räder durchdrehen.
Dazu erzeugt er einen Unterdruck, der den Widerstand noch weiter verringert.
Danke, ja, das war wohl oben auch mit "stall" gemeint.
Es ist besonders kontraintuitiv, wenn man die Hand auf den aufjaulenden Staubsauger legt: Der wird heiß und heißer.
Aber das hat natürlich den Grund mangelnder Kühlung.
Danke für die Erklärung.
 
Hallo zusammen,

weil mich der Sachverhalt weiterhin persönlich interessierte (auch schon vor der Erstellung dieses Threads), habe ich über die Feiertage einen kleinen Windtunnel zum experimentieren gebaut. Alles ist relativ simpel gehalten (siehe beigefügte Bilder) und dient nicht dem Ermitteln exakter Messwerte, sondern nur der Veranschaulichung der physikalischen Vorgänge.
Angetrieben wird der Windtunnel durch einen 64mm EDF mit nachgeschaltetem keinen Strömungsgleichrichter, der 35mm EDF dient als Untersuchungsobjekt. Versuchsablauf: Der 35mm EDF läuft mit einer konstanten Drehzahl bzw. Gasstellung, dann wird der 64mm EDF anlaufen gelassen und verharrt für einen Moment auf einer bestimmten Drehzahl. Danach wird der 64mm EDF mit einer Zeitrampe hochgeregelt, verweilt einem Moment auf seiner Maximalen Drehzahl und wird dann wieder ausgeschaltet. Von beiden Antrieben wird währenddessen Strom Spannung und Drehzahl gemessen.

Nachfolgend mal zwei Messergebnisse von zwei unterschiedlichen initialdrehzahlen des 35mm EDFs:

1704905715727.png
1704905754519.png


Man sieht sehr gut wie die Drehzahl und der benötigte Strom sich mit dem steigenden Strömungsgeschwindigkeit sich ändern. Drehzahl steigt und Strom sinkt, wie am es erwartet. Bei der niedrigeren initialen Drehzahl des 35mm EDFs geht der Strom sogar bis auf 0 zurück, was heißt, dass dieser durch den Luftstrom nicht nur entlastet sondern angetrieben wird. Bei der höheren Drehzahl geht der Strom immerhin noch um 25% zurück.
Die Ergebnisse bestätigen soweit meine Vermutung, dass im realen Betrieb die EFD Antriebe durch die Fluggeschwindigkeit keine wirkliche Entlastung auftritt, da diese noch zu gering ist.
 

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Hallo allerseits,

aufgrund einer andren Fragestellung habe ich meine "Windkanal" Versuche nochmals etwas ausgeweitet und mir für den 35mm EDF noch mal ein paar unterschiedliche Düsen gedruckt und wieder etwas gemessen. Der Versuchsablauf ist ähnlich dem aus dem vorherigen Beitrag, mit der entsprechenden Hochlauframpe des 64mm EDF zur Generierung der Anströmung. Die 35mm EDF wurde für die unterschiedlichen Düsen immer mit der gleichen Gasstellung / Impulsweite gebracht.
Bei den Tests ging es wieder nicht um das Ermitteln exakter Messwerte, sondern nur dem Ergründen charakteristischer Verläufe. Interessant sind da hauptsächlich die Änderung der Leistungsaufnahme und der Drehzahl. Diese setzen ein, wenn der 64mm EDF anfängt zu laufen bzw. wenn er wieder ausgeschaltet wird. Ich möchte da die nachfolgenden Diagramme für sich sprechen lassen. Der Düsendurchmesser wird von Diagramm zu Diagramm immer kleiner ...

Nr. 1
1709505419962.png


Nr. 2
1709505439385.png


Nr. 3
1709505489117.png


Nr. 4
1709505502609.png
 

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Hallo Meinhard,

also für mich zeigen die Messungen, das man anhand dieser tendenziell erkennen kann, in welchen Strömungszustand der Impeller bzw. die Impellerblätter arbeiten, sprich mit günstigen oder ungünstigen Anstellwinkeln (Stall).
Entsprechend könnte man mit Messungen im Stand und im Flug (wenn man entsprechende Zustände erzeugen kann) auch etwas besser die EDF Auslegung in einem Modell beurteilen und ggf. optimieren.
Dafür müsste man mal strukturierte Versuche mit einem Modell machen und sich noch detaillierter mit den Daten und den Flug / Betriebszuständen beschäftigen. Bei schon gut ausgelegten Modellen und Antrieben kann ich mir aber durchaus vorstellen, dass es schwierig sein wird da signifikante Unterschiede erkennen zu könne.
Ich habe ja mit meine Düsentestreihe extra versucht "extreme" Zustände zu erzeugen um deutliche Effekte zu sehen. Mit einem realen Flugmodell sind die z.T. nicht zu erreichen da völlig fern von einer sinnigen Betriebszustand.
 
Nur mal so eine Idee, ich habe bei meinen Fliegern festgestellt um so grösser die Steigung im Verhältins zum Durchmesser ist , desto mehr nimmt im Normalflug der Strom ab. Könnte das mit dem Wiedrstand zusammen hängen, den auch schon der 0 Steigungs Propeller hätte. Wenn ich einen Propeller hätte mit 20 x 10 müsste dieser doch rein theoretisch die doppelte Drehzahlhaben für die gleiche Geschwindgkeit wie 20 x 20 . Wenn ich nun im Stechflug oder Normalfug befinde dreht sich der 20x20 für die gleiche Geschwingkeit viel Langsamer und benötigt daher doch weniger Energie, im Verhältnis zum 20 x 10, da dieser immer noch einen sehr hohen Eigenwiderstand bewältigen muss. Meine Vermutung ist, umso größer die Steigung im Verhältnis zum Durchmesser , desto größer ist auch die Stromabnahme bei zunehmender Geschwindigkeit.
 
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