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DJK94

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1

Dienstag, 5. April 2016, 18:21

Propeller selbst entwickelt

So wie bereits in meinem Baubericht (Baubericht) angekündigt werde ich in der nächsten Zeit die Propeller versuchen zu entwickeln.

Dazu konnte ich mir auch schon eine Studienarbeit so gut wie sichern, wodurch ich zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen kann.

Die Propeller sollen profiliert werden und werden wahrscheinlich CNC-gefräst. Die genaue Fertigung ist noch nicht klar. Eine Form für mehrfaches Abformen wird sich wahrscheinlich insofern nicht lohnen, dass die Propeller so abgestimmt werden, dass sie kaum auf andere Motorkombinationen passen dürften, als der gesetzten.

Die Randbedingungen sind derzeit:

-Rumpfgeschwindigkeit: 4,6 km/h

-Endgeschwindigkeit : 7,3 km/h (möglicherweise mehr oder weniger. wird sich ergeben aus der Auslegung)



-Durchmesser außen: 45mm

-Durchmesser innen : 50mm

(die Durchmesser sind noch etwas zu varieren und müssen nochmal am CAD nachgemessen werden. könnten sich vor allem noch ändern, wenn eine Winkelkorrektur not tut. Hierzu kam im Baubericht noch keine Aussage. Es würden auch 3x50mm passen, aber der Optik wegen sollten die außen kleiner sein. Möglicherweise ergeben sich bei der Formgebung auch noch leicht andere Werte.)



Die Drehzahlen sind leider noch nicht gesetzt, da ich noch keine passenden Motoren gefunden habe.

Derzeit habe ich mir zwei Varianten ausgeschaut und würde mich freuen, wenn dazu Meinungen kämen. Auch Alternativvorschläge sind willkommen.

Variante1:

-3x Dymond GTX 3546/650 (3546)



Variante2:

-2x Dymond GTX 3528 (3528)

-1x Dymond GTX 3546/650



Die zweite Variante gefiele mir vor allem aus finanzieller Sicht schon besser.



Die Auslegungsziele sind derzeit:

Die äußeren Propeller werden so ausgelegt, dass diese bei definierter Endgeschwindigkeit auf 0° Anstellwinkel stehen. Durch das Profil wird noch ein gewisser Restschub erzeugt, was ich daher lassen wollte, das die genaue Endgeschwindigkeit nicht feststeht und ich damit noch etwas Reserve habe ehe sie als Bremse mitlaufen.

Der mittlere Prop wird als Booster fungieren und ausgelgt, dass er bei definierter Endgeschwindigkeit (7,3km/h) den maximalen Schub liefert. Aus dieser Auslegung kommt die Ungewissheit der tatsächlichen Endgeschwindigkeit.

Wenn ich den Widerstand des Rumpfes hätte könnte ich so auslegen, dass die äußeren bei Endgeschwindigkeit mit Nullauftrieb arbeiten und der mittlere genau den Schub liefert, den ich als Widerstand habe.

Möglicherweise kommt eine grobe Abschätzung des nötigen Schubes (zumindest für Verdrängerfahrt) über einen grob geschätzten cw-Wert infrage.

Ansonsten ist geplant bei unzureichender Schubleistung der äußeren Props den mittleren mitlaufen zu lassen(muss er ohnehin, um nicht zu bremsen).

Da ich eine Drehzahlsteuerung mit Regelung plane können die Drehzahlen dann gut eingestellt werden(hoffentlich).

Natürlich ist weiteres Auslegungsziel, dass im gesamten Arbeitsbereich keine Kavitation auftritt (schätze nicht, dass man sie in der Prixis ganz weg bekommt).

Um die Arbeitsdrehzahlen definieren zu können gehe ich von einer Akkuspannung von 3x3,5V=10,5V aus. Damit ist gesichert, dass meine Regelung die Drehzahl auch bei leerer werdendem Akku immer bringen kann. Zusätzlich müsste ich wissen, wie weit die Drehzahl unter Last üblicherweise einbricht.

Hier hoffe ich auf Erfahrungen von Seiten der Erfahrenen.

Die Auslegung wird großteils mittels Tornado, einem in MatLab geschriebenem Programm zur Berechnung von Flugzeugen geschehen. Einige Korrekturmöglichkeiten und notwendigkiten werden noch erarbeitet.



Ich hoffe ich habe Interesse geweckt und bekommen noch einige Anregungen und soweiter. :)

Auch falls euch andere Auslegungsziele sinnvoller erscheinen, so können wir ja mal diskutieren.



Daniel

Ich habe das Thema auch noch Hier . Da dort wahrscheinlich mehr los sein wird lohnt es sich vielleicht auch da mal zu schauen.

DJK94

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2

Mittwoch, 13. April 2016, 11:05

So der Startschuss ist gefallen.

Es geht los mit der Entwicklung. Die Auslegung ist im Rahmen der Arbeit der Mittelpropeller aus maximalen Schub bei vorläufiger Endgeschwindigkeit von 7,4km/h ohne Kavitation. Als Drehzahl wurden 5700min-1 gewählt. Dies entspricht der Wahl eines 3546/650. Im Zweifel muss der Motor nach der ersten Berechnung für den Einsatz geändert werden mit Neuberechnung.

Aber legen wir mal los.

Zum einen Habe ich schonmal versucht den Grundriss der Schraube im CAD nachzuzeichnen, da ich ja eine Aufteilung für Tornado machen muss, die aus parallelen Schnitten durchs Ball besteht.

Schraubenriss_1.png

Ich denke das Bild verdeutlicht das. Die Kanten werden in Tornado nachher nur Geraden sein. Ein bisschen werde ich den Grundriss wohl noch überarbeiten. Ich habe bisher nur einen Typ-C nachgezeichnet, recht genau. Aber die 25%-Linie dürfte noch etwas stetiger verlaufen, da ich für Tornado aufgrund der Parallelität der Partitionen die genaue 25% nachzuziehen.

Das macht insofern ncihts, dass sich dann einfach ein anderer Verlauf ergibt, aber der Auftrieb wird ja berechnet.



Dann kam schonmal die erste Rechenaufgabe. Der Limitierende Faktor für Kavitation ist ja der Unterdruck. Diesen rechnen wir erstmal auf einen Druckbeiwert um, da sich mit diesem besser hantieren lässt.

Dokument_1.png

Ich hab den Rechengangmal als Sreenshot gemacht, da ich auf die schnelle hier keine Formeln reinkopiert bekomme.

Wie man sieht habe ich dann "voll Schrecken" festgestelllt, dass der cp_Wert ja über den Radius variiert, durch die Geschwindigkeitsverteilung. Das wird noch eine Aufgabe, wenn es darum geht aus diesem cp,min das ca,max herauszufinden. Bisher fällt mir nur eine tabellarische Auswertung ein, da es keinen analytischen Zusammenhang zwischen ca und cp gibt.

Aber ich hab mir mal dann die "Mühe" gemacht und "cp" über "r" mit MatLab geplottet.

Das sieht dann so aus.

cp_Verteilung.png

Man erkennt den extremen Aanstieg von cp,min mit zunehmendem Radius.



Daniel
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  • Schraubenriss_1.png
  • Dokument_1.png
  • cp_Verteilung.png

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3

Sonntag, 3. Juli 2016, 20:24

Ich Habe gerade voll "Erschrecken" festgestellt, dass ich euch über den Fortschritt ewig im Unklaren gelassen habe.
Natürlich hat sich was getan, das habe ich aber dummerweise nur in einem Forum festgehalten. Daher bin ich so frei euch entsprechenden Link zu geben, sodass sich auch hier jeder ein Bild machen kann.Schiffsmodell

Daniel

4

Dienstag, 5. Juli 2016, 15:50

I have to use translator but What is your specific question or merely sharing ?

Dieser Beitrag wurde bereits 4 mal editiert, zuletzt von »Cohesive« (5. Juli 2016, 16:08)


5

Dienstag, 5. Juli 2016, 16:33

If this is for a scale boat and considering motors maybe these guides may help.


http://www.modelboats.co.uk/forums/postings.asp?th=44137&p=1
»Gast02021019« hat folgende Datei angehängt:

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Dienstag, 5. Juli 2016, 18:43

The task is to design a propeller for one specific operating point, so the maximum thrust without kavitation is reached. Therefore a motor had to be preselected because operating pont is defined by speed and rpm.
Calculations are finished already but have to be written down.

7

Dienstag, 5. Juli 2016, 23:32

The task is to design a propeller for one specific operating point, so the maximum thrust without kavitation is reached. Therefore a motor had to be preselected because operating pont is defined by speed and rpm.
Calculations are finished already but have to be written down.


Thank you. May I ask what design software will you use to create the cnc model? Will the software generate the G code or will you write it conversationally? As a machinist I'm very interested to see the process from conception to birth and the boat. Will you mill it on a 3 axis machine or do you have a machine with higher axis count?

Hubert

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Dienstag, 5. Juli 2016, 23:40

Oh there are the questions at the moment. i dont know how to design the 3D-modell. Maybe some combination of Catia and icemsurf. For milling it will be a 3 axis one. i think i will design a STL and export to CAM. There are still some points which have to be solved. But at the moment i have no time to do that cause of exams. in some weeks im going home and there are the machines and then these points will be solved.

9

Mittwoch, 6. Juli 2016, 01:06


Oh there are the questions at the moment. i dont know how to design the 3D-modell. Maybe some combination of Catia and icemsurf. For milling it will be a 3 axis one. i think i will design a STL and export to CAM. There are still some points which have to be solved. But at the moment i have no time to do that cause of exams. in some weeks im going home and there are the machines and then these points will be solved.


Ok...
If you can create the STL you can 3d print the prop in metal an or and use a plastic blank to create the mold and cast the propeller. Since it is not working in what I would consider as an extremely stressed application u could cast it in Brass or BeCu and it should work okay. The only thing you would need to consider is the shrinkage so create the STL slightly over sized. Another option is to consider a casting or prop house like prop shop UK and see if they already have a propeller that fits withing your constraints. They can also offer the casting service as well. You could also purchase a sling casting machine. They are not terribly expensive or maybe you have a friend in Dentistry School that could cast the prop for you in Dentistry steel. No taking you away from CNC but just giving you options centered around the STL model if you can create one.

3dp

Sling caster

Dieser Beitrag wurde bereits 3 mal editiert, zuletzt von »Cohesive« (6. Juli 2016, 02:19)


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Mittwoch, 6. Juli 2016, 07:43

"printing" indeed is an interesting option and i already thought about it. but it isnt reay cheap an the surface have do be reworked cause of structure. the reason because i had the idea to design a propeller was that i wasnt able to find one which could fir the motors and speedwishes.
in first time there will be only 3 pices for my own ship so CNC should work. maybe lateronwhen i get opporunity to do more other processes would be better choice.

11

Mittwoch, 6. Juli 2016, 12:40

Importing the STL into a cam app shouldn't be terribly difficult and create the tool paths but with a 3 axis machine you will likely have more the one operation not including the hub's bore.I imagine a ball end mill and some fixture or jig that will allow you to flip the work piece and start the operation at the same datum or zero. Not perfectly exacting without some deep thought or ingenuity. I will continue to follow with great interest this project. I have seen several CNC props but no in depth explanation from the actual machinist of the process from start to finish or even an explanation of the machine responsible for the work. I have played a bit with a free demo trial of prop cad Hydrocompinc.com and it would certainly be much more friendly to the user for such projects.Try it possibly.



Hubert

Dieser Beitrag wurde bereits 3 mal editiert, zuletzt von »Cohesive« (6. Juli 2016, 12:55)


DJK94

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12

Mittwoch, 6. Juli 2016, 17:02

The pictures are interesting. I think i will check the features of the tool. Yes the big problem is indeed the you have to turn the piece for working on the second side. There a 4th axis would be nice. But i have in mind the CAM my father use doesnt support that. So there will be some kind of indikator or tool to turn the Propeller and start on right point.
We will see in some weeks i guess and hope.

13

Mittwoch, 6. Juli 2016, 20:47

What CAM application does he use? I trained on mastercam which will allow 3d modeling ,tool path simulation, generate and export the Gcode to a variety of HAAS and generic machines with multiple axi but In the working field Gibbs cam seems to be more widely used .I'm sure your fathers mill's bed will likely allow a 4 axis attachment and so you may inquire with the CAM app producer about 4th axis software add on. This is partly why I believe 3d printing a plastic prop for a male mold blank and casting it or sending it to a casting house will be much less time consuming and cost effective in the end. Even though metal 3d printers may be expensive I think you may outsource and find a house that will do it for less than a 4th axis attachment, add on or new software,time etc. etc.If the speed is only 7.3km/h and you expect zero cavitation is it possible that a plastic prop will work? Many table top 3d printers that print in plastic are less than the cost of a quality seat of software and certainly a good 4 axis attachment for the bed.

It seems for 3 axis the first step would be to create the shaft bore and a keyway Then you could hold the prop on both sides from there and lock its position. I think it is very possible with the right fixture. Here is the best illustration I've seen thus far.

Dieser Beitrag wurde bereits 3 mal editiert, zuletzt von »Cohesive« (6. Juli 2016, 21:18)


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14

Mittwoch, 6. Juli 2016, 21:21

Oh i have to ask for CAM. Plastic isnt realy an option cause of optic an "style" :D. I already thought of producing the hull in alloy but the processes would all be too expencive for homebuild. Wax-lost-casting with printed modell could be some option. but i think the "easyest" will be milling at home cause i dont have to pay machines. When the modell is completed then i will choose some producing process.

15

Mittwoch, 6. Juli 2016, 21:24

I added a video and explanation above which may give you idea how to hold the workpiece in a practical manner.

Hubert

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Mittwoch, 6. Juli 2016, 22:16

In such a case i thout already but how to turn and be sure the angle is the same so the complementary side is done right? If there is a liitle difference the piece isnt ok. I thought about some kind of "dogdrivemount" so the slot keeps the angle. but in that dimensions theres still the danger of a small differnenze in mounting.
(i hope my english is good enough for this conversation :) )

17

Mittwoch, 6. Juli 2016, 22:50

Vielleicht eine Moeglichkeit:
Fraes eine Negativ Form in die die erste gefraeste Seite des Propellers genau rein passt.
Das sollte sich gut berechnen uns ausrichten lassen.
Gruss
Thomas
🖖

Vielleicht ist Wissen doch nicht die Antwort auf alles.

Bleibt gesund!!!


18

Mittwoch, 6. Juli 2016, 23:59

In such a case i thout already but how to turn and be sure the angle is the same so the complementary side is done right? If there is a liitle difference the piece isnt ok. I thought about some kind of "dogdrivemount" so the slot keeps the angle. but in that dimensions theres still the danger of a small differnenze in mounting.
(i hope my English is good enough for this conversation :) )


Your English is fine.

If you bore a squared block and cut the female key ways on both ends then cut a block fixture with the threaded shaft and male key ways as long as you use a reasonable interference fit on the key ways its about as good as you can get with 3 axis. If you let the front hub extend enuf you can hold in in a lathe a part off the rear key way as a last operation. I don't know to what decimal your machine holds but its very unlikely to be "perfect" especially when you have to remove and flip a possible issue with 3 axis no matter what you do . The first thing to do is set the machine to cut a cube and check for 90 degrees on all corners. You may have to tram the table or adjust the head to get square cube . Then when you cut the two identical cubes and you can indicate from the left corner of the fixed jaw on a Kurt or similar vice. You can use parallels to more or less set the cubes in the same place. Another option may be to use a pair of soft jaws spread apart a small amount then bore an id that would be the od of the hub and hold there figuring out a way to put the blades in the same place. Some type of well thought out rigid fixture is a must. No matter what based on the tolerance limits of the machine, rigidity of the fixture etc. don't expect .00000 it's not going to happen. This is the very reason that blades requiring a high level of tolerance like turbines are cut on machines with live tooling.

Dieser Beitrag wurde bereits 6 mal editiert, zuletzt von »Cohesive« (7. Juli 2016, 01:00)


19

Donnerstag, 7. Juli 2016, 04:26

Hi DJK,
For other ideas here is a link to propshop uk check out the prop selection. They also have a foundry and 65 years of casting experience. Im not sure but your drawing appears to be what fast boaters would call a detounged prop so maybe an existing prop may be modified to your profile. I dont know how exact you need to be but if you cut the prop you will also need a way to measure it to confirm. technically from the heart of maritime engineers they say you truly also need a test tank to confirm the expected results in real time. I know you have a concept of perfection but it may not be absolutely essential for the performance that you are after.

Check this site out. Maybe you knew about it already but I want to make sure you know there is a wide selection of off the shelf scale propeller products not limited to fast electric vendors like Octura, ABC, Graupner, and Dumas/JG

http://www.prop-shop.co.uk/index.php



Hubert.

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Freitag, 21. Oktober 2016, 22:16

Hallo

Ich habe die letzten Tage einige Fortschritte in der Erstellung des CAD-Modells für den Propeller gemacht.
Die ausführliche Version könnt ihr am besten hier nachlesen.
Aber einige Bilder möchte ich euch dennoch nciht vorenthalten.
Jetzt kommt wieder die Überlegung mit der Ausrichtung. Aber da gab es hier ja schon einige gute Ideen, die ich nochmal durchschauen und dann auswählen werde.

Daniel
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