Antriebsauslegung Elektroschlepper

[Tobias48]

Mit dem Schleppwinkel hab ich glaub einen Denkfehler in meiner Argumentation drin. Wenn man sich die Sinus-Funktion anschaut hat diese die größte Steigung bei 0°. Somit wäre auch der Schlepp bei 0° am effizientesten. Bringt aber leider nichts mit dem Segler einfach nur so durch die Gegend zu fliegen ohne Höhe aufzubauen. Bei größeren Winkeln nimmt die Steigung der Sinus Funktion aber noch nicht so drastisch ab. Erst nach 30° gibt es einen deutlichen Abfall. Meine Schlussfolgerung daraus wäre, dass es im Bereich von 0-30° fast egal ist mit welchem Winkel man schleppt.

Was dann zum tragen kommt ist die Motoreffizienz. Je höher die Leistungsaufnahme (also der Schub und somit der Steigwinkel) ist, desto mehr Energie wird in Wärme abgegeben. Somit würde es schon wieder Sinn machen, möglichst flach zu schleppen. Aber wie flach ist dann zu flach? Die Schleppgeschwindigkeit steh ja fest. Dann muss man sich nur überlegen wie lange man maximal auf eine bestimmt Ausklinkhöhe brauchen möchte. Daraus ergibt sich dann der Steigwinkel.

 

[Thomas Ziegert]

Hallo Tobias,

würde dir alle Parameter für meine “neue Anwendung“ geben und du rechnest es mir aus? Danke!

Lese hier gerade sehr gespannt mit, da ich einen neuen Schlepper im Zulauf habe und noch die passende elektrische Antriebskombi suche… bitte weiter so in diesem Thread.

Grüße
Thomas

 

[Armageddon]

Hallo Tobi,

Die Frage ist jetzt, wie viel möchtest du messen und rechnen?

diese Frage ist aktuell einfach zu beantworten. Das Modell liegt da im Rohbau. Der Motor ist auch vorhanden, allerdings noch nicht im finalen Zustand, ein Testprop sowie Akkus und Regler sind auch da. Jetzt geht es erst mal darum den Motor vernünftig auszulegen und ein Prop auszuwählen. Damit sollte ich erstmal zu einer Grundauslegung kommen. Dass diese Auslegung gleich ne Punktlandung sein wird ist sehr unwahrscheinlich, aber Ziel ist natürlich schon am Anfang soweit wie möglich ans Optimum zu kommen. Gegen Rechnen habe ich natürlich nichts, nur beim Messen kann es sich aktuell nur auf Messungen am Boden beschränken. Viele Inputs für Deine Berechnungen kann ich demnach noch nicht liefern. Wenn das Teil aber fliegt, komme ich gerne darauf zurück um den Antrieb für ein Schlepp zu zu optimieren.

Gruß Kai

 

[lastdownxxl]

Hallo,

grundsätzliches zur Antriebsauslegung wie Fluggeschwindigkeit, Bahnwinkel und Luftwiderstand steht im Wiki, hat mein Papa und ich als
Zuarbeiter mal vor vielen Jahren geschrieben.

Antriebsauslegung Elektroflieger – RC-Network Wiki

wiki.rc-network.de

Programme wie Propcalc oder mein Programm berechnen statische Werte für den Propeller, für den Flugfall haben sie relativ wenig Aussagekraft.

Gemessene Propellerbeiwerte für den Schub, Leistung und Eta siehe beispielhaft bei der Uni of Illinois, Volume 4 für APC Propeller.

UIUC Propeller Data Site

Gruss
Micha

 

[Tobias48]

Bei einem Motorflieger kann man relativ leicht anhand der Fluggeschwindigkeit und Drehzahl den Schub/Widerstand berechnen. Bei einem Segler wird das ganze etwas schwieriger. Ich glaub allerdings das man für den Segler relativ gut Lehrbuchwerte für Ca/Cw nehmen kann. Hier unterscheiden sich Modell und Manntragend nicht so stark.

Kai, deine Motor ist derzeit gewickelt, also lauffähig oder?

Micha, reden wir beide vom selben Programm? Propcalc liefert für den Standschubfall gerade keine Werte, nur für den Flugfall.

Am einfachsten wäre es, Logging Daten von einem 25kg Gespann zu bekommen. Da bräuchte man Drehzahl, Geschwindigkeit und Steigrate. Anhand derer kann man halbwegs einfach einen Propeller optimieren und sollte bis auf 90% ans Optimum kommen.

 

[Armageddon]

Hallo Tobi,

Kai, deine Motor ist derzeit gewickelt, also lauffähig oder?

Ja das stimmt, allerdings wird das Modell erst im kommenden Frühjahr flugfertig sein ;-)

Am einfachsten wäre es, Logging Daten von einem 25kg Gespann zu bekommen. Da bräuchte man Drehzahl, Geschwindigkeit und Steigrate. Anhand derer kann man halbwegs einfach einen Propeller optimieren und sollte bis auf 90% ans Optimum kommen.

Da bin ich dran. Mal sehen was ich erreichen kann ;-)

Gruß Kai

 

[thomasr]

Hallo zusammen,
es sind nicht die Dimensionen, in denen ich mich bewege, vielleicht hilft es aber doch, wenn ich erkläre wie ich es gemacht habe.
Ich bin davon ausgegangen, dass eine möglichst große LS hilfreich ist. Ich habe einen Valiant von Hangar 9 mit 2,8m Spw. Die Fuhre wiegt so ca.9kg.
Als LS passt gut eine 25er Größe.
Ich habe mich für 12S und einen Riemenantrieb mit 1:4 Untersetzung von eansys entschieden. Der Motor ist ein Leopard mit 550 kv. Ich wollte eine Strahlgeschwindigkeit von rund 100kmh. Der Strom liegt dabei bei ca. 85A. An 5000er Akkus gehen so imm drei Schlepps auf 300m. Wir kommen als Verein aus der 5kg Ecke, so dass es nicht so viele schwere Segler gibt.
Ich habe bis jetzt 8-9kg dran gehängt, was wirklich noch gar kein Problem war.
Ich denke für meinen Bedarf hab ich alles richtig gemacht
Gruß Thomas

 

[lastdownxxl]

Ich glaub allerdings das man für den Segler relativ gut Lehrbuchwerte für Ca/Cw nehmen kann. Hier unterscheiden sich Modell und Manntragend nicht so stark.

Hallo Tobias,

da stimme ich Dir nicht unbedingt zu. Bei kleineren Modellsegelflugzeugen bewegen wir uns bei vergleichsweise kleinen
Reynolds-Zahlen, ca. Faktor 10 kleiner als bei den manntragenden Kollegen. Die Cw Werte sind da deutlich schlechter, die dynamische
Viskosität der Luft lässt grüssen. Bei einem Modellseglern M 1:3 - 1:2 wird das deutlich besser, da nähert man sich den Flugleistungen der Manntragenden.

Micha, reden wir beide vom selben Programm? Propcalc liefert für den Standschubfall gerade keine Werte, nur für den Flugfall.

Du meinst sicherlich PropCalc 3.0 vom Helmut Schenk. Wenn ich in google nach Propcalc suche dann kommt bei mir an erster Stelle folgendes:

Gruss
Micha

 

[Tobias48]

Micha, ja das hast du Recht. Den Cw-Wert muss man dann noch Re-Zahl korrigieren. Genau, ich meine Propcalc von Helmut Schenk. Da ist laut meinen Daten die Korrelation Simulation zu Messwerten relativ gut. Ich hab dafür allerdings auch einen Propeller selbst vermessen und nicht aus der Datenbank genommen..

Thomas, das mit dem Durchmesser stimmt. Dieser sollte so groß wie möglich sein.

Was ich noch vergessen hatte ist, dass wenn man dann für den Worst-Case Segler einem Propeller ausgelegt hat, man schaut welcher der Segler mit der höchsten Schleppgeschwindigkeit sein wird. Wenn die Strahlgeschwindigkeit von der ersten Luftschraube dann zu gering ist, Durchmesser etwas kleiner und Steigung hoch, sodass der Schub der selbe bleibt.

Kai, weil du "ca." schreibst, sind die 30" Durchmesser wirklich dein Limit?

 

[thomasr]

Ich sach mal so....
Der Herr Ohm spielt auch noch mit.
12x4,2x160 macht 8kw. Auch wenn man da noch was abziehen muss, was soll einen dann noch am Boden festhalten?

 

[Tobias48]

Hier geht es ja auch darum möglichst effizient zu schleppen, unnötig Energie verbraten kann ja jeder

würde dir alle Parameter für meine “neue Anwendung“ geben und du rechnest es mir aus? Danke!

Ich bin am Überlegen wie man am schnellsten/einfachsten zum besten Ergebnis kommt, wenn man nicht von anderen Leuten an Logging Daten zu bestimmten Schlepper/Segler Kombinationen kommt. Messflüge sollten da die genausten Ergebnisse liefern können. In Punkto Standschub würde ich da eher etwas übermotorisiert rangehen. Weiß nicht genau, evtl. Gewicht Schlepper plus Gewicht Segler mal 0,7? Was haben die anderen so für Ideen? Als Propeller dann einen mit der halben Steigung vom Durchmesser z.B. 24x12.

Dann muss man nur einen Schlepp mit dem Worst-Case Segler machen in Punkto Gewicht und einen Schlepp mit dem Worst-Case Segler in Punkto Schleppgeschwindigkeit. Die Schleppgeschwindigkeit sollte in beiden Fällen so sein wie vorher schon in #20 beschrieben oder so langsam wie möglich (mit etwas Reserve). Vom Schlepper bräuchte man dann die Drehzahl, Fluggeschwindigkeit (über Staudruck) und Steigrate. Dann kann man es easy optimieren.

Ich habe bei Schleppern leider absolut keine Erfahrungswerte in welche Richtung sich die Steigung durch die Optimierung verändert. Mein ganz wages Bauchgefühl sagt, sie wird kleiner als der halbe Durchmesser. Als Bsp., die 24x12 wird glaub eher eine 26x10, als eine 22x14. Beim Antrieb kann man das am besten durch einen Getriebeantrieb erzielen (z.B. Eansys wie bei Thomas). Da legt man die Motor-kv und die Untersetzung so aus, dass man später auch langsamer drehen kann. Dann muss man den Motor nicht umwickeln lassen.

 

[Sebastian Scheinig]

Ich habe bei Schleppern leider absolut keine Erfahrungswerte in welche Richtung sich die Steigung durch die Optimierung verändert. Mein ganz wages Bauchgefühl sagt, sie wird kleiner als der halbe Durchmesser. Als Bsp., die 24x12 wird glaub eher eine 26x10, als eine 22x14.

Hi Tobias,

in diese Richtung habe ich früher auch gedacht, aber in der Tat bringt weniger Steigung eigentlich nur mehr Sicherheit in den Schlepp, oder man kann steiler Steigen. Für den Worst-Case Geschwindigkeit fehlt dann aber einfach die Strahlgeschwindigkeit. Oder man geht dann, wie bei kleineren Modellen mit der Drehzahl hoch... mein 1,60m Schlepper hat auch nur 8" Steigung, aber deutlich mehr Drehzahl (bisher nicht gemessen).

Dennis' Aussagen sind hier das beste Beispiel, bei Vollgas ist alles ok, aber F-Schlepp immer nur unter Volllast anzuschauen, das ist fliegerisch nicht das richtige, auch, wenn es, was die Berechenbarkeit angeht, wahrscheinlich das einfachste ist. Am Ende nützt einem die Berechnung nichts, wenn sie nicht praxistauglich ist. Von daher müsste man sich erstmal über die Schlepppraxis klar werden. In meinem Beispiel habe ich es ja schön aufgeführt, macht man Zweckschlepps oder Scaleschlepps. Die Propauslegung dürfte dabei, unter dem Gesichtspunkt der höchsten Effizienz, relativ weit auseinanderdriften...

 

[thomasr]

Die gewünschte Strahlgeschwindigkeit habe ich mit einer 12er Steigung erreicht.
Es gibt hier zum Thema Steigung einen ewig langen thread, in dem A. Reisenauer gerade aus Gründen der Effizienz für hohe Steigungen plädiert. (Im F3A z.B. 16x16). Die Differenz des Strahls zur Fluggeschwindigkeit ermöglicht es das Gas zu reduzieren. Einziger Haken: Im Wettbewerb macht das keiner und der Standschub ist kleiner.
Ich hab mich für den Mittelweg entschieden.
Thomas

 

[Tobias48]

Das mit der Steigung ist leider nicht ganz so trivial. Ich dachte auch zuerst, dass ein große Propeller mit möglichst hoher Steigung immer das Optimum an Effizienz ist. Das stimmt aber so leider nur für genau einen stationären Flugzustand. Die Steigung ist stark davon abhängig bei welcher Geschwindigkeit und mit welchem Schub man was für ein Flugzeug fliegt. Als Beispiel, im stationären Horizontalflug bei 20m/s ist z.B. eine 24x18 das Effizienzoptimum. Möchte man aber nun mit 20m/s senkrecht steigen (Schuberhöhung) muss die Steigung kleiner werden, um im Effizienzoptimum zu bleiben.

Sebastian, ich glaube im Fall von Kai kann man bei einem 25kg Segler schon mit eine Vollgasschlepp rechnen. Bei den anderen Seglerklassen hast du Recht, da ist der Vollgasschlepp nicht die beste Lösung.

 

[lastdownxxl]

Hallo,

die optimale Antriebsauslegung kann es m. E. nur für eine Schlepper-Segler kombination geben, die Antriebsauslegung muss daher für den Worst Case Segler ausgelegt werden. Ein paar Punkte zur Antiebsauslegung aus meiner Sicht.

• Der Propellerdurchmesser sollte so groß wie möglich sein, das H/D dazu möglichst hoch.
• Der Propeller sollte mit dem Fortschrittsgrad J betrieben werden, wo das Eta_Prop sein Maximum erreicht.
• In diesem Betriebspunkt sollte genug Schub und Strahlgeschwindigkeit für einen sicheren F-Schlepp vorhanden sein.
• Die Schleppgeschwindigkeit sollte so sein das die Steigzahl (Ca³/Cw²) vom Segler maximal wird,
  d.h minimale Leistung zum Schleppen notwendig ist.
• Der BLDC-Motor sollte bei Vollgas laufen, teillast (PWM) reduziert den Motorwirkungsgrad erheblich.
• Der BLDC-Motor sollte hier im Bereich vom max. Eta betrieben werden.

Gruss
Micha

 

[Sebastian Scheinig]

Sebastian, ich glaube im Fall von Kai kann man bei einem 25kg Segler schon mit eine Vollgasschlepp rechnen.

Die optimale Antriebsauslegung kann es m. E. nur für eine Schlepper-Segler kombination geben, die Antriebsauslegung muss daher für den Worst Case Segler ausgelegt werden.

Ich geb' euch beiden dabei Recht, möchte nur damit anmerken, dass wir damit eine große Anzahl der Schlepps weit weg von Effizienz erledigen. Und da haben Dennis und ich uns schon gefragt, ob es dann nicht sogar Sinn macht, für bestimmte Situationen tatsächlich verschiedene Luftschrauben zu montieren. Dabei kam allerdings die Frage auf, über wieviel prozentuale Abweichung vom Optimum wir hier überhaupt reden und ob das dann wiederum wirklich so in's Gewicht fällt... ich könnte mir schon vorstellen, dass für den Alltagsvereinsbetrieb mit Seglern im Bereich 5-15kg eine andere Latte Sinn machen kann, gegenüber einem Schlepptreffen mit anteilig mehr 20-25kg Seglern...

@Kai: Hab das jetzt erst gesehen, du kommst ja auch aus München. Können uns gerne mal zwecks Testflügen mit verschiedenen Seglern und Steigwinkeln treffen.
@all: Um hier auf breitem Fuß praxisnah zu Messen und zu testen bietet sich auch Anfang September die Schleppwoche in Hülben an.

 

[Tobias48]

Der Propellerdurchmesser sollte so groß wie möglich sein, das H/D dazu möglichst hoch

H/D möglichst hoch ist leider falsch, das kannst du pauschal nicht so sagen. Ist im Grund aber auch erstmal egal. Wenn man für die Schub- und Schleppgeschwindigkeitskombination einen Optimalpropeller berechnet/simuliert sieht man sehr schnell wo die Reise in Punkto Steigung hingeht.

Sebastian, da hast du Recht. Es kann wirklich Sinn machen mit verschiedenen Propellern zu arbeiten, wenn Segler weit weg der 25kg dranhängen. Wie viel das in Punkto Effizienz ausmacht werden wir erst sehen können, wenn wir eine bessere Datenlage zu verschiedenen Schleppkombinationen haben. Das mit Hülben ist dafür eine super Idee

 

[Powercroco]

Ich finde es recht schade, dass auch hier immernoch so viel "Bauchgefühl" und theoretische Erwägungen und so wenig harte (log)Daten im Spiel sind.

Echte Drehzahlen - vor allem im Flug mit den großen V-Motoren scheinen in der nötigen Breite nicht wirklich vorhanden zu sein, um damit eine Optimierung angehen zu können.

Auch der Vergleich von Stand- um Flugdrehzahlen der selben Propeller wäre aufschlussreich, um von Teststanddaten auf die mögliche performance im Fluge schließen zu können. Im Speedflug klappt das inzwischen schon recht sicher.

 

[lastdownxxl]

H/D möglichst hoch ist leider falsch, das kannst du pauschal nicht so sagen.

Hallo Tobias,

selbstverständlich muss die Auslegung vom H/D passen, eine hohes H/D-Ratio sorgt jedoch für ein weiteres Einsatzspektrum vom Propeller.
Es macht natürlich keinen Sinn einen quadratischen Propeller im Schlepper zu verwenden, generell sind jedoch zu kleine H/D-Ratios
nicht für einen guten Propellerwirkungsgrad förderlich, der Einsatzbereich wird hier sehr eng.
Daher hab ich auch möglichst hoch geschrieben, das natürlich im Sinne der F-Schepp Anwendung.

Man wird in der Praxis nie den optimalen Zustand erreichen, man wird nie im Punkt vom Optimum schleppen.
Am Beispiel der APC 18x8E und 18x12E sind man hoffentlich was ich meine.

Quelle: https://m-selig.ae.illinois.edu/props/volume-4/propDB-volume-4.html

Gruss
Micha

 

[Sebastian Scheinig]

Echte Drehzahlen - vor allem im Flug mit den großen V-Motoren scheinen in der nötigen Breite nicht wirklich vorhanden zu sein, um damit eine Optimierung angehen zu können.

Im Elektroflug ist die Datenerfassung bedeutend einfacher. Aber ich bin dran und werde versuchen bis Hülben die Wilga mit entsprechenden Sensoren aufzurüsten.