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1

Freitag, 28. November 2008, 00:18

Schub eines Propellers mit Steigung x in Abhängigkeit von Anströmgeschwindigkeit, wer kann helfen?

Hallo,
ich wollte mal fragen, wie man den Schub eines Propellers ungefähr ausrechnen kann, wenn er im Flug angeströmt wird. Wenn ich zum Beispiel einen 55cmx20cm Prop habe und er sich mit 7000U/min dreht, hätte der Luftstrom theoretisch eine Maximalgeschwindigkeit von 84km/h. Allerdings ändert sich ja der Schub je nach Anströmgeschwindigkeit. Wenn der Propeller einen Standschub von ca. 10kg macht, wie errechnet man UNGEFÄHR den Schub bei einer Geschwindigkeit von x km/h?
Gibts da vielleicht kostenlose Programme im Inet, eine relativ einfache Formel, ich würde gerne ein Schubdiagramm zeichnen. Ohne Windkanal kann man sowas ja nicht mesen.

Haut in die Tasten...:nuts:

PS: ich hoffe mal ich bin hier richtig, ansonsten bitte verschieben.

BlackJack

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2

Freitag, 28. November 2008, 01:22

weiterhin muss beachtet werden das der Propeller bei Anströmung ja nicht die Drehzahl behält die er im stand hat durch den verminderten widerstand steigt die Drehzahl.

Gruß

Jack
Your-Aerial-Pic.de

3

Freitag, 28. November 2008, 15:51

Guten Abend Dieter
Versuch Dein Glück einmal mit ETA-PROP .
Das findest Du im Forum http://Fliegerforum.embeh.de
Bei den Beiträgen von Tobias.
Gruss Gunter

haschenk

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4

Freitag, 28. November 2008, 20:17

Hallo Dietrich,

die Geschichte ist nicht so ganz einfach, wie du dir das wahrscheinlich vorstellst.
Es gibt dafür keine einfache Formel (schön wär´s... aber da müssen die Propeller-Aerodynamiker schon mit einigem Rechenaufwand dran).

Nur die Angabe von Durchmesser und Steigung (und Drehzahl und Fluggeschwindigkeit) genügen dazu nicht. Breite und Form der Blätter, der tatsächliche Verlauf des Blattwinkels, das Blattprofil und die Blattzahl haben auf den Verlauf von Schub und Leistungsaufnahme über der Fluggeschwindigkeit einen sehr großen Einfluss; das kann man nicht vernachlässigen.

Was man -wie von dir gesagt- aus Drehzahl und Steigung (ungefähr, erheblich vereinfacht) berechnen kann, ist die sog. "Grenzgeschwindigkeit des verschwindenden Schubs" (= Nullschub) des Props. Damit kann das Modell aber nicht fliegen, höchstens im Bahnneigungsflug...

Für die ziemlich aufwändigen Berechnungen gibt´s einige Programme; dazu gehört das schon erwähnte Eta-Prop. Das möchte aber u.a. auch eine Charakterisierung/Wahl des Proptyps haben. Es gibt einige US-Programme, die neben "englischer" Bedienung ziemlich hohe mathematische Kenntnisse verlangen.

Das imho einfachste und beste Programm ist "PropCalc". Nicht weil´s von mir ist, sondern weil der Christian Persson eine schöne, leicht bedienbare graphische Bedienoberfläche dazu gemacht hat. Du findest es hier:
http://www.drivecalc.de/PropCalc/index.html

Neben dem Programm gibt es dort auch noch drei PDF-Scripts zum download, in denen erläutert wird, wie Propeller wirklich funktionieren und wie man mit dem Prog arbeitet. Diese Scripts solltest du dir reinziehen, um zu verstehen, um was es geht.

Im Idealfall müsstest du deinen Prop zuerst geometrisch vermessen und dem Prog diese Daten eingeben. Wenn´s nicht so genau drauf ankommt, dann nimm einen der dort schon gespeicherten Props (möglichst ähnlich zu deinem) und editiere den; dazu kannst du Durchmesser, Blattwinkel, Blattbreite verändern. Wie das geht, steht im Begleitscript bzw. im Manual.

Ich habe (nach deinem Profil) etwas Bedenken, ob du damit klarkommst; aber bei guten Physik- und Mathekennnissen und etwas aerodynamischem Grundwissen könnte es reichen. In jedem Fall kannst du damit "spielen" und dir mal ansehen, wie z.B. die "Propellerkurven" für Schub, Leistungsbedarf und Wirkungsgrad aussehen, und wie sich diese Kurven ändern, wenn man den Prop ändert. Das Prog ist de facto ein "virtueller Windkanal"; es ist für diverse Anwendungen erfolgreich eingesetzt worden und bringt gute Ergebnisse. Die Arbeit mit ihm ist aber nicht "mit links" zu machen; das liegt in der Natur der Sache.


Gruß,
Helmut

Flurnügler

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5

Freitag, 28. November 2008, 20:29

Hallo auch,

Früher, als es noch keine Computer gab, hat man das Problem auf so betrachtet:

Standschub ist der Schub bei Geschwindigkeit 0.

Bei einer bestimmten Geschwindigkeit (in etwa Steigung mal Drehzahl) verschwindet der Schub.

Dazwischen verläuft der Graph F = f ( v) in Form einer quadratischen Parabel.
Bei kleiner Geschwindigkeit wird der Schub kaum kleiner, erst in der Nähe der Geschwindigkeit, bei der der Schub verschwindet, nimmt der Schub rapide ab.

Durch die Drehzahlerhöhung bei hoher Geschwindigkeit wird die Parabel nur etwas gestreckt.


In dem Buch 'Antrieb nach Maß' von Wilhelm Geck wird beschrieben, daß der Schub bei einem Anströmwinkel des Propellerblattes im Bereich von 1° bis 3.5° nahezu unverändert bleibt. Wird bei hoher Geschwindigkeit der Anströmwinkel negativ, so läßt der Schub nach. Erreicht er den Nullauftriebswinkel des Blattprofiles, so verschwindet der Schub.

Beide Rechenmodelle liefern ähnliche Ergebnisse, durch Flugversuche kann nicht entschieden werden, welches näher an der Realität ist.


Bis dann denn
Stephan Urra
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6

Freitag, 28. November 2008, 22:21

Uia 8( ist ja heftig! So schwierig find ich das Programm garnicht (oder ich bedien es falsch:O )
Mit den Propellerdaten muss ich noch etwas rumprobieren, das versteh ich nicht so ganz, das Problem ist nur, ich weiß nicht was für einen Propeller ich hab :D , gabs in der Bucht und steht nur dabei "Propeller 22x8 Mehrschicht Sichelform" also ist ja schonmal Durchmesser und Steigung klar, aber Profil usw.... ??? Steht noch nicht mal eine Marke drauf.

Flurnügler

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7

Samstag, 29. November 2008, 11:59

Hallo Dietrich,

Dann bleibt Dir noch folgende Vorgehensweise:

Miß den Standschub mit Drehzahl, Klemmenspannung und Stromaufnahme.
Dann halte denn leer drehenden Propeller aus dem Schiebedach und miß bei verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten die Drehzahl.

Du hast dann einen Näherungswert für die Geschwindigkeit, 'bei der der Schub verschwindet'. Jetzt kannst Du die Parabel legen, am einfachsten graphisch. So hast Du zumindest eine brauchbare Näherung, besser als gar nix.

Eine einfache Faustformel sagt, bei einer Fluggeschwindigkeit von 70 % der Strahlgeschwindigkeit (Lastdrehzahl mal Steigung) beträgt der Schub etwa die Hälfte des Standschubes. Die Lastdrehzahl beträgt dabei etwa 70 % der Leerlaufdrehzahl (je nach Steifigkeit des Motors). Die typische Manövergeschwindigkeit ist etwa das 1.5 ... 2 - fache der Mindestgeschwindigkeit, die sich aus der Flächenbelastung ergibt.

Mein Tip: Besser gut geschätzt als schlecht grerechnet !


Bis dann denn
Stephan Urra
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8

Samstag, 29. November 2008, 14:02

Ich habe übrigens nene Benziner von nem pocketbike, nix elektro.
Der kommt auf nen Schlitten drauf, deshalb wollt ich Schub wissen.

haschenk

RCLine User

Beruf: Dipl. Ing.

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9

Samstag, 29. November 2008, 16:55

Hallo,

@Stephan
Ich will dir nicht widersprechen, denn an deinen Aussagen ist was dran, und wir müssten dann auch ziemlich tief in die Theorie einsteigen. Aber ein paar Bemerkungen sollen sein:

In der vor_Computer_Zeit habe sich sich die Aerodynamiker heftig um rel. einfache Formeln zur Schub- und Leistungsberechnung von Propellern bemüht. Eine davon ist die Annahme eines quadratischen Schubabfalls mit der Geschwindigkeit (eigentlich mit dem Fortschrittsgrad, aber bei konstanter Drehzahl läuft das auf dasselbe hinaus), wie von dir gesagt.

Aber diese Näherung ist gerade im praktisch wichtigen Bereich nicht gut. Besser ist eine Aufteilung in 2 Bereiche:
Bereich 1 vom Stand bis zu etwa 1/3 bis 1/2 der Grenzgeschwindigkeit. In diesem Bereich stimmt die Parabel-Annäherung recht gut.
Im Bereich 2 (von dieser Geschwindigkeit bis zur Grenzgeschwindigkeit) verläuft der Schubabfall bei fast allen Props mit sehr guter Näherung linear über der Fluggeschwindigkeit.

Das Problem dabei ist, daß man im Einzelfall viel Erfahrung braucht, um den "Übergangspunkt" richtig zu wählen. Und bei Props mit hoher Steigung (etwa ab H/D = 1) versagt die Parabel-Näherung völlig! Ursache ist die mehr oder weniger abgerissene Strömung am Blatt bei kleinen Geschwindigkeiten/Fortschrittsgraden; dann steigen Schub und Leistungsbedarf erst mal an, bevor sie abfallen.

Die "manntragenden angewandten Aerodynamiker" verwendeten daher früher prakt. ausschließlich (und in einfachen Fällen noch heute) die sog. "Beiwert-Methode", bei der die Props im Windkanal untersucht wurden und seine Eigenschaften in Form von Schub- und Leistungsbeiwert abhängig vom Fortschrittsgrad angegeben werden (auch der Wirkungsgrad ist damit gegeben).

Damit ist ein Prop vollständig "beschrieben" und der Antrieb rel. einfach zu berechnen. Solche "Propellerdiagramme" gibt´s zu Tausenden in der Literatur oder auch z.B. auf den NASA-larc-Server, sind aber meist wegen der Re-Zahlen nur im manntragenden Flug zu verwenden.
Im Gegensatz zu den Profis, wo diese Daten selbstverständlich zum Lieferumfang des Props gehören, gibt´s im Modellbaubereich nur blumige Werbesprüche. Man spart halt, wo man kann.

Das Buch von W. Geck gehört zum Besten, was es an Modellbau-Fachbücher gibt. Seine Stärken liegen aber in den Kapiteln über (E-)Motoren; im Bereich Propeller ist es ausgesprochen schwach und teilweise sogar falsch. Das betrifft ganz besonders die "unsägliche" Strahlgeschwindigkeits-Vorstellung. Diese Verbreitung einer falschen Theorie werde ich dem Willi bei aller Freundschaft nie verzeihen. Schön einfach und eingängig, aber halt falsch; wie so Manches in der Modellbau-Theorie. Darauf näher einzugehen würde hier den Rahmen sprengen. Frag´ mal einen Aerodynamiker nach der Strahlgeschwindigkeit des Props zur Schubberechnung; der wird dich ziemlich verständnislos anschauen. Die braucht man nur in Sonderfällen zu wissen, und dann ist das auch nicht ganz so einfach...

Zitat

Mein Tip: Besser gut geschätzt als schlecht grerechnet !

Und woher weißt du, was dabei gut und schlecht ist ?


@Dietrich
Schön, daß du mit dem Programm klarkommst. Vielleicht habe ich deine Fähigkeiten unterschätzt; die Info "Schüler + Alter" ist halt sehr auslegunsfähig...

In PropCalc kann man dem Propellerblatt auch unterschiedliche Profile zuordnen. Das Profil ist nicht sehr kritisch; eigentlich (wieder mal vereinfacht) genügen 3 Grundtypen:
"Hohlgewölbt", aber nicht zu stark, z.B. Gö 417a
"Gerade Unterseite, dick", z.B. ClarkY 11,7%
"Gerade Unterseite, dünn", z.B. ClarkY 5,9% oder Gö 795
Für diese Vereinfachung gibt´s auch wieder Begründungen; die führen hier aber auch wieder zu weit.

Du wirst in PropCalc einige Profile finden, die näherungsweise zu deinem Prop passen. Wenn die Blätter deines Props eine gerade Unterseite haben, dann kannst du Dicke, Wölbung und Wölbungsrücklage mit der Schieblehre messen.

Von Mark Drela (von dem es auch ein Propellerberechnungsprogramm gibt) stammt der Vorschlag, einen biegeweichen Draht (Lötdraht!) um das Blatt zu legen, andrücken und dann vorsichtig abziehen. Den kann man dann auf einen Scanner legen oder notfalls auf Papier und mit einem Bleistift vorsichtig nachzeichnen.

Die sonstigen Abmessungen des Blatts kann man mit Schieblehre und Winkelmesser feststellen. Wenn man sowas öfters macht, lohnt sich eine kleine Vorrichtung zum Messen. Man findet dann auch des Öfteren, daß in den Props nicht das drin ist, was draufsteht...

Falls dich das Thema Propeller näher interessiert, gibt es hier einen Beitrag zu Grundlagen des Propellers:
http://www.powercroco.de/propelleranpassung.html
Dort den Link "Originalarbeit" im 2. Absatz anklicken (download ca. 2 MB, PDF-Format).
Das bringt dir für dein aktuelles Problem nicht sehr viel, aber du kannst allgemein recht viel über Propeller lernen. Falls du Lust und Freude daran hast....


Gruß,
Helmut

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »haschenk« (29. November 2008, 17:09)


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10

Samstag, 29. November 2008, 18:03

Hallo auch,

Erst mal meinen Dank an Helmut, daß Du meine Ausführungen nicht in Grund und Boden gestampft hast.

Dietrich möchte eine handfeste Abschätzung haben, die komplexe Theorie hilft ihm nicht weiter, wenn er sie nicht rechnerisch umsetzen kann.

Noch eine Methode, frei nach Wilhelm Geck:

Benötigt wird der n100-Wert, daß ist die Drehzahl, bei welcher der Propeller im Stand 100 W Wellenleistung aufnimmt. Diese wiederum kann man mit Hilfe eines provisorischen Elektro-Antriebes für den vorhandenen Propeller bestimmen, wenn der Wirkungsgrad des E-Motors in etwa bekannt ist.

Die Leistungsaufnahme des Propellers im Stand ist proportional zur dritten Potenz der Drehzahl, somit läst sich aus dem n100-Wert überprüfen, ob der Pocket-Bike-Motor diesen Propeller überhaupt drehen kann. Dazu muß man nur wissen, bei welcher Drehzahl der Motor seine höchste Leistung abgeben kannn, und wie groß diese ist.

Wenn man jetzt diese Drehzahl mit der Steigung des Propellers multipliziert, kommt man auf die ominöse 'Strahlgeschwindigkeit'. Nun ist Leistung gleich Kraft mal Geschwindigkeit, also ist der Schub gleich Leistung geteilt durch Strahlgeschwindigkeit (Unter Vernachlässigung aerodynamischer Verluste am Propeller). Der tatsächliche Schub wird also etwas geringer ausfallen. Und mit der Parabel-Methode kann man jetzt abschätzen, wie der Schub mit der Geschwindigkeit abnimmt.

Wie schon gesagt, das ist nur eine grobe Abschätzung, aber besser als nix. Für den Schlitten dürfte das wohl reichen.

Hier mal ein Beispiel zu dieser Methode:

Motor OS-Max 46 Fxi, Prop Graupner Super Nylon 11*6, gemessene Drehzahl 12000 1/min.
n100-Wert des Propellers: 6820 1/min
Wellenleistung: 100 W * (12000 / 6820 )³ = 544 W.
Graupner schreibt 1210 W bei 16000 1/min für den Motor, also kann der Wert nicht so ganz falsch sein.
Strahlgeschwindigkeit = 12000 1/min * 6 Zoll = 200 1/sec * 0.15 m = 30 m/s
Schub = 544 W / 30 m/s = 18 N
Der Flieger wiegt 2000 g und der Schub reicht so gerade nicht zun torquen aus.
Also: Gut geschätzt !
Fluggeschwindigkeit für besten Propellerwirkungsgrad = 0.7 * 30 m/s = 21 m/s
Schub bei bestem Propellerwirkungsgrad = 1/2 Standschub, = 0.5 * 18 N = 9 N
Das Modell kann bei einem Steigwinkel von 30° endlos steigen ohne an Fahrt zu verlieren, die Geschwindigkeit ist nur unwesentlich kleiner als im Geradeausflug mit Vollgas, die Motordrehzahl nimmt nicht ab. Bei steilerem Aufstieg fällt die Fahrt ab. Also kann auch diese Abschätzung so verkehrt nicht sein. Auf jeden Fall gut genug, um zu sagen, daß bei einem 2 Kg Modell der Motor für die meisten Kunstflugfiguren ausreicht, aber nicht zum torquen.

Bis dann denn
Stephan Urra
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11

Samstag, 29. November 2008, 20:59

Was bedeutet eigentlich die Prozentzahl hinter dem Clark Y?
Der Propeller hat jedenfalls eine gerade Unterseite, aber ich weiß nicht was man unter "dick" und "dünn" ? naja, muss mal googlen...
Ich denke mal schon, dass der Motor den Propeller dreht, ich weiß, die Pocketbikemotoren sind von den Steuerzeiten nicht so toll, aber ich hab ein wenig geschaut was Modellmotoren für Props drehen und dann einen etwas kleineren Propeller genommen. Wisst ihr vielleicht wieviel Schub diese Motoren bringen? Da gibts ja nen Thread über Umbauten, aber da gehen die Meinungen bezüglich Schub auseinander...

Übrigens: Vielen Dank dass ihr hier so ausführlich antwortet :ok: :-)(-:

haschenk

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12

Samstag, 29. November 2008, 21:36

Hallo Stefan,

zum Vergleich jetzt mal die ABSCHÄTZUNG mit PropCalc:

Der 55x22 cm-Prop hat ein H/D von 22/55 = 0,40 (gerundet), ist also ein typischer Prop für rel. langsame Modelle. Und dann nehme ich an, daß es sich um einen "üblichen" 08/15-Durchschnittspropeller handelt.

Der ähnlichste in PropCalc schon abgelegte Prop ist der Margam Holz 18x8 '' ; dessen Durchmesser und Steigung müssen aber noch angepasst (editiert) werden. Dazu wird das Fenster "Bearbeiten/Propeller" geöffnet und zuerst der Durchmesser auf 550 mm geändert. Dann wird mit "Blattverstellwinkel" die Steigung geändert, bis H/D ungefähr = 0,40 ist; das ist mit 0,41bei einer Verstellung um -4° der Fall. Jetzt noch die Drehzahl auf 7000 Upm setzen, und wir sind fertig, siehe das angehängte Bild. Das Ganze hat ca. 5 min gedauert, zu rechnen war nur 22/55.

Den Standfall kann PropCalc prinzipiell nicht rechnen (mathematisch "singulärer Punkt" für den Rechenalgorithmus bei v = 0). Man kann aber die Kurven leicht bis auf Null runter extrapolieren, dann wird (im Stand!) S = ca. 120 N und Pw = ca. 1,2 kW.

Die Berücksichtigung der Drehzahlzunahme im Flug ist eine etwas heikle Geschichte. Das geht überhaupt nur dann, wenn man die Drehzahl/Drehmoment-Charakteristik des Motors kennt.
Beim E-Motor geht es, wenn man die 3 Haupt-Parameter des Motors (Drehmomentkonstante, dynamischer Widerstand, Verlustmomentkonstante) kennt (wie´s geht, hab ich in dem dritten Script gezeigt); beim Verbrenner würde man die sog. "Drosselkurven" (wenigstens die Kurve für Vollgas) des Motors benötigen.
Ersatzweise könnte man (wie schon von dir gesagt) das Diagramm um ein paar (geschätzte) Prozent in v-Richtung dehnen. Für eine Abschätzung würde ich darauf verzichten.


Zur "Strahlgeschwindigkeit":
Das ist eine der im Modellflug weit verbreiteten Übervereinfachungen. Die wahre Strahlgeschwindigkeit (wie definiert ? relativ zum Flieger, zur Fluggeschwindigkeit, oder was?) ist weder über den Propellerdurchmesser noch über der Fluggeschwindigkeit konstant !
Die wahre physikalische Situation ist, daß die Strömung mit einer Geschwindigkeit v in die Propellerebene eintritt, und in etwas Abstand hinter dieser die Geschwindigkeit v + Delta_v hat. Im Flug ist die Geschwindigkeit v gleich der Fluggeschwindigkeit, aber auch im Stand ist v NICHT gleich Null !
Die Zusatzgeschwindigkeit Delta_v ist weder über den Durchmesser noch über der Fluggeschwindigkeit konstant, sondern ändert sich in komplizierter Weise. Daher ist alles mehr oder weniger falsch, was man mit der übervereinfachten Vorstellung rechnet.

Ich weiß, daß ich mir mit dieser Behauptung den Zorn vieler Modellflieger zuziehe. Die (auch du) werden dann auch sagen, daß die Rechnungen doch "ganz gut" zutreffen. Spätestens dann, wenn die Umstände mal etwas mehr vom Gewohnten abweichen, stimmt´s aber halt nicht mehr. Nachgemessen hat die "Strahlgeschwindigkeit" mit hoher Wahrscheinlichkeit im Hobbybereich noch niemand.
Aber wer damit glücklich wird, darf gerne dabei bleiben; ist ja nur Hobby.


Gruß,
Helmut
»haschenk« hat folgendes Bild angehängt:
  • Margam_mod.jpg

haschenk

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13

Samstag, 29. November 2008, 22:05

Hi Dietrich,

Zitat

Was bedeutet eigentlich die Prozentzahl hinter dem Clark Y?
Der Propeller hat jedenfalls eine gerade Unterseite, aber ich weiß nicht was man unter "dick" und "dünn" ?


Die Prozentzahl beim CLARK Y bedeutet die relative (maximale) Dicke des Profils, bezogen auf seine Tiefe.
Falls du mal in Profilsammlungen stöberst, wirst du finden, daß es dieses Profil in verschiedenen Dicken gibt; das hat historisch-systematische Gründe.
Das mit 11,7% und das mit 5,9% sind im Modellwindkanal der TU Stuttgart vermessen worden und für viele Anwendungen im Modellflug -auch bei Props- gut geeignet, und daher auch in PropCalc enthalten.

"Dick" und "dünn" ist natürlich eine etwas saloppe und ungenaue Formulierung von mir.
Im manntragenden Flugzeugbau liegen die Profildicken (ganz grob gesagt) etwa zwischen 10 und 20%, im Modellflug etwa zwischen 5 und 12%, in Extremfällen auch runter bis auf 3%. Der Grund dafür liegt bei der Re-Zahlen; das wäre ein ganz anderes Thema. Meine Formulierung bezog sich auf die im Modellbau üblichen Dicken.

"Gerade Unterseite" ist bei größeren Props fast eine Art Standard. Profile mit hohlgewölbten Unterseiten werden fast nur in Props für Freiflug, langsamen E-Modellen (Indoor u.ä.) verwendet. Das hat natürlich alles auch wieder seine Gründe...

Gruß,
Helmut

14

Samstag, 29. November 2008, 22:44

Den Propeller hab ich auch genommen, aber ich hab gedacht die Steigung bleibt gleich (ist ja eigentlich klar dass sie es nicht macht).
Also meine meisten Fragen sind (auch dank des super Progs) jetzt geklärt, aber ich würd noch gerne wissen was ein Schutzkäfig um den Motor mit 4mm Drähten und 4cm Abstand und der Motor jetzt noch an Schub kostet. Gibt es am Schutzkäfig starke Verwirbelungen die negativ auf den Schub wirken? Der Luftstrom ist ja nach dem Propeller in sich verdreht, würde es was bringen ihn mit Blechen wieder
"gerade zu biegen" ?

15

Samstag, 29. November 2008, 22:49

Wenn im PropCalc 2,2kw steht, wie viele kw´s sollte dann der Motor haben?

16

Samstag, 29. November 2008, 22:53

Ein Nachteil ist mir beim Programm aufgefallen: Es berücksichtigt nicht den Wirkungsgrad, wenn der Prop nahe überschall dreht, also die Blattspitzen schneller drehen.

Flurnügler

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17

Samstag, 29. November 2008, 23:59

Hallo Dietrich,

Zitat

Wenn im PropCalc 2,2kw steht, wie viele kw´s sollte dann der Motor haben?

Andersrum wird ein Schuh draus ! Du brauchst zunächst mal die Nennleistung des Motors und die dazu gehörige Drehzahl. Dann kannst Du den dafür passenden Propeller bestimmen. Da die Wellenleistung des Propellers mit der dritten Potenz der Drehzahl steigt, kann es sonst passieren daß der Motor bei zu kleinem Propeller fast im Leerlauf dreht und der Schub viel kleiner als möglich ist oder bei zu großem Propeller der Motor abgewürgt wird.

Zitat

Ein Nachteil ist mir beim Programm aufgefallen: Es berücksichtigt nicht den Wirkungsgrad, wenn der Prop nahe überschall dreht, also die Blattspitzen schneller drehen.

Wenn die Blattspitzen mit Überschall drehen, fliegt der Propeller mit lautem Knall auseinander und die Blätter werden zu Geschossen ! Darum hat jeder Propeller eine maximal erlaubte Drehzahl.


@Helmut:

Mein Programm 'Prop.exe' (das hier im Forum veröffentlicht wurde*) liefert für den Propeller 55 * 22 cm bei 7000 1/min einen Schub von 45 N bei einer Wellenleistung von 1.2 KW.

Bei dieser Drehzahl beträgt die ominöse 'Strahlgeschwindigkeit' 25.6 m/s, da ist für mich ein Schub von 120 N bei einer Wellenleistung von 1.2 KW schwer vorstellbar.

Zum Vergleich: Für den 11*6 bei 12000 1/min liefert das Programm 16 N und 480 W, d.h. nach meiner Vorstellung ist die 'effektive' Steigung des Propellers (bedingt durch das Profil des Blattes) etwas größer als 6 Zoll, nämlich 16 cm. Dann haben wir 18 N bei 580 W.

Im Stand wird nach meiner unmaßgeblichen Vorstellung die Luft von 0 auf Strahlgeschwindigkeit beschleunigt, wobei diese Beschleunigung über einen gewissen Weg erfolgt, der teilweise vor dem Propeller liegt.

Wie schon mehrfach gesagt, mit geht es um eine praxisgerechte Abschätzung, nicht um die akademische Betrachtung.


* Leider hat AOL die Bereitstellung von Webspace eingestellt, daher kann ich es z.Z. nur auf Wunsch per eMail zusenden.


Bis dann denn
Stephan Urra
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haschenk

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18

Sonntag, 30. November 2008, 15:49

Hallo Stephan und Dietrich,

die von mir genannten 1,2 kW sind ein Tippfehler oder Folge momentaner Geistesabwesenheit beim Schreiben. Es sind 2,1 und nicht 1,2 kW, wie aus dem Diagramm zu sehen ist. Ich bitte um Nachsicht.

Zitat

Im Stand wird nach meiner unmaßgeblichen Vorstellung die Luft von 0 auf Strahlgeschwindigkeit beschleunigt, wobei diese Beschleunigung über einen gewissen Weg erfolgt, der teilweise vor dem Propeller liegt.

Stimmt. Übrigens ist die Strömungsgeschwindigkeit in der Propellerebene genau die Hälfte von der im Nachstrom in etwas Abstand hinter dem Propeller.
Aber wie das dann im Flug aussieht- hast du dir dazu schon Gedanken gemacht ?

Zitat

Wie schon mehrfach gesagt, mit geht es um eine praxisgerechte Abschätzung, nicht um die akademische Betrachtung.

Was verstehst du denn unter "akademisch" ?
Deine Bemerkung klingt arg nach "Wissen ist unnötig, probieren geht über studieren". Das kannst du doch nicht meinen ?
Oder ist die Benutzung eines Computerprogramms "akademisch" ?
Ich zitiere dazu auch mal wieder Ludwig Prandtl (dir sicher ein Begriff), der zur Standarddiskussion über Theorie und Praxis gesagt hat:
"Es gibt nichts praktischeres als eine gute Theorie".

Die bei Props angegebene Drehzahlgrenze hat mit der Schallgeschwindigkeit nichts zu tun. Sie resultiert nur aus der Festigkeit (gegenüber Fliehkräften und Torsion) des Werkstoffs am Blattfuß.

Angenommen, dieses Problem wäre gelöst (es ist lösbar), dann würde man bei Annäherung an die Schallgeschwindigkeit einen sehr stark zunehmenden Leistungsbedarf und einen Schubverlust feststellen, d.h. der Wirkungsgrad des Props geht stark zurück. Dem kann man durch Maßnahmen wie z.B. sichelförmige Blattform (cos-Effekt von Pfeilflügeln) und dünne Profile (Vermeidung von lokalen Übergeschwindigkeiten am Profil) bis zu einem gewissen Grad begegnen.

Zitat

Ein Nachteil ist mir beim Programm aufgefallen: Es berücksichtigt nicht den Wirkungsgrad, wenn der Prop nahe überschall dreht, also die Blattspitzen schneller drehen.


Stimmt. Aber von diesem Nachteil bist du samt den meisten anderen Modellfliegern meilenweit entfernt. Aber z.B. im Wettbewerbs-Speedflug ist das schon ein Problem, mit dem an sich befassen muß. Außer den o.e. Maßnahmen hat man auch die Möglichkeit, mit niedrigeren Drehzahlen und höheren Propsteigungen zu arbeiten. Im "Powercroco-Forum" (nichtöffentlich, nur für Experten) wurde und wird darüber schon öfters diskutiert.
Eine Berücksichtigung der Ma-Zahl würde das Programm sehr komplizieren und Messdaten der Profile erfordern, die es nach meinem Wissen nicht gibt. Die beste Möglichkeit ist immer noch, "Kompressibilitätseffekte" im "transsonischen Bereich" (so heißt das in der Fachsprache) durch überlegte Antriebsauslegung soweit als möglich zu vermeiden.

Zitat

Wenn im PropCalc 2,2kw steht, wie viele kw´s sollte dann der Motor haben?

Bei Direktantrieb ist die erforderliche Ausgangsleistung des Motors gleich der vom Prop verlangten Wellenleistung. Wenn dein Motor die 2,1 kW nicht bringt, dann dreht der Prop im Stand keine 7000 Upm und du hast einen kleineren Schub.

Zitat

Also meine meisten Fragen sind (auch dank des super Progs) jetzt geklärt, aber ich würd noch gerne wissen was ein Schutzkäfig um den Motor mit 4mm Drähten und 4cm Abstand und der Motor jetzt noch an Schub kostet. Gibt es am Schutzkäfig starke Verwirbelungen die negativ auf den Schub wirken? Der Luftstrom ist ja nach dem Propeller in sich verdreht, würde es was bringen ihn mit Blechen wieder "gerade zu biegen" ?


Selbstverständlich kostet der Käfig Schub. Man kann das auf verschiedene Weise berechnen. Aber das will ich mir jetzt nicht antun, zumal der Schubverlust auch noch geschwindigkeitsabhängig ist (Schubverlauf und Widerstandsverlauf über der Geschwindigkeit sind "gegenläufig"). Geh´ mal davon aus, daß in dem Geschwindigkeitsbereich deiner Anwendung der Schubverlust im Bereich von etwa 5-10% liegt (geschätzt). Mir erscheint das Verhältnis Maschenweite/Drahtstärke mit 10:1 recht "solide". Da kannst du wahrscheinlich höher gehen; ich würde mich zuerst mal an existierenden Schutzkäfigen (Motor-Paraglidern, Sumpfboote o.ä.) orientieren.

Der Luftstrom hinter einem Propeller hat einen gewissen Drall, dessen Leistungsinhalt aber vergleichweise gering und daher in der Leistungsbilanz vernachlässigbar ist (gilt nicht für sehr hoch belastete Propeller oder z.B. für Impeller- beides trifft hier nicht zu). In den manchmal zu sehenden Zeichnungen ist dieser Drall zur besseren Darstellung immer übertrieben gezeichnet, der "Schrägungswinkel" beträgt normalerweise nur ein paar Grad (was aber z.B. ausreicht, um am Leitwerk gewisse Effekte zu erzeugen). "Gleichrichter"-Bleche machen bei Propellern deshalb idR keinen Sinn.


Gruß,
Helmut

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »haschenk« (30. November 2008, 15:56)


19

Sonntag, 30. November 2008, 22:49

Allerdings habe ich den Käfig schon so gut wie fertig und es soll ja möglichst sicher sein.
Was meint ihr zieht so ein Käfig (+Motr) an Schub weg? Wenn der Gesamtaufbau bei ca. 10kg Schub bleibt reicht mir das, aber wenn er zu niedrig wird bau ich gleich nen anderen Käfig drum...
Ich werde in ca. zwei Wochen, wenn ich ihn dann fertig hab, auf jeden fall drüber berichten wie das Gespann ab geht... :nuts: :nuts: :evil: :D

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20

Montag, 1. Dezember 2008, 11:23

Hallo DIetrich,

Siehst Du eine Möglichkeit den Schub zu messen ? Die Drehzahl ist ja leicht mit einem optischen Drehzahlmesser zu erfassen. Wäre mal interessant, ob meine Schätzung oder Helmut's Rechnung besser passt !


Hallo Helmut,

Zitat

Aber wie das dann im Flug aussieht- hast du dir dazu schon Gedanken gemacht ?

Nach meiner Vorstellung wird in einer Zeiteinheit eine Luftmasse von der Fluggeschwindigkeit auf die Strahlgeschwindigkeit beschleunigt. Diese Luftmasse wird durch die Luftdichte, die Zeiteinheit, die Strahlgeschwindigkeit und die Blattfläche (nicht Kreisfläche!) des Propellers bestimmt. Aus der Impulsänderung der Luftmasse kann der Schub bestimmt werden. Multipliziert mit der Strahlgeschwindigkeit ergibt das die 'Luftleistung', diese wird mit der Wellenleistung gleichgesetzt.

Beim Vergleich der Rechnung mit Messungen an verschiedenen Propellern (Graupner Super Nylon, APC Slow Fly, Scimitar) ergeben sich kleine Korrekturfaktoren für die Steigung (effektive Steigung vs. geometrische Steigung) und für die Blattfläche. APC-Slow-Fly-Propeller haben eine deutlich größere Blattfläche als Graupner Super Nylon, das gibt bei gleichem Durchmesser und gleicher Steigung deutlich mehr Schub und Leistungsaufnahme (Messung).

Beim Vergleich von Scimitar (Conrad) Schrauben zu Graupner Super Nylon zeigt sich bei gleichem Schub eine höhere Wellenleistung, die Scimitar hat also deutliche aerodynamische Verluste.


Der Effekt des Strömungsabrisses am Propeller bei großer Steigung kann mit diesem Modell nicht berücksichtigt werden. Ebensowenig kann ein Helirotor mit über den Rotorduchmesser konstanntem Pitch damit betrachtet werden.


Bis dann denn
Stephan Urra
Wo keine Strömung ist, kann auch nix abreißen

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