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DJK94

Propeller selbst entwickelt

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So wie bereits in meinem Baubericht (http://www.schiffsmodell.net/index.php?/topic/14681-baubericht-funktionsmodell-in-anlehnung-an-hermann-marwede/) 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 (http://www.modellhobby.de/DYMOND-GTX-3546-%28650kV%29.htm?shop=k_staufenb&  SessionId=&a=article&ProdNr=03121768&t=11&c=3258&p=3258)

 

Variante2:

-2x Dymond GTX 3528 (http://www.modellhobby.de/DYMOND-GTX-3528.htm?shop=k_staufenb&SessionId=&a=article&ProdNr=03121765&t=11&c=3258&p=3258)

-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

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Also ein Boot ist kein Flugzeug. Da Du bei dieser Art von Rumpf oberhalb der Rumpfgeschwindigkeit ein Stück weit über die Bugwelle aus dem Wasser krabbelst, geht der Strom möglicherweise bereits bei ca. 1,5 facher Rumpfgeschwindigkeit zurück.

da ja der Widerstand sich reduziert. Also beim Boot kann ausserhalb der Verdrängerphase der Schub nicht isoliert von der Geschwindigkeit betrachtet werden.

Brushless haben ja normal betrieben nur einen Drehzahleinbruch von ca. 10 %.

Deine Aussenmotoren bekommen Verstellpropeller, wenn ich das richtig interpretiere.

Wenn Du unter Kavitation die Differenz zwischen Theoretischem Vortrieb und tatsächlicher Schiffsgeschwindigkeit verstehst dann sind auch 80 oder 90 % in schneller Verdrngerfahrt nicht zu erreichen. Eher 70 %.

Die Eingangsleistung für doppelte Rumpfgeschwindigkeit düfte bei ca. 100 bis 150 Watt liegen.

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Oh irgendwie hab ich aus Versehen zitiert.

Gruss Hanjo

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Dass an einem Boot andere Bedingungen herrschen ist mir bewusst. daher hätte ich auch eine Widerstandsbetrachtung nach Theorie nur bis Rumpfgeschwindigkeit geschätzt. Danach wäre dann wohl Schleppkanal dran. Unter Kavitation verstehe ich die "echte" Kavitation, also das Verdampfen von Wasser unter Wasser durch die Unterdrücke.

Außen kommen auch "nur" Festpropeller dran. Ich hatte mir zwar schon Verstellpropeller überlegt, aber erstmal aufgrund der nötigen Größe der Mechanik verworfen. Da wäre mir schlicht zuviel Druchmesser an die Nabe verloren gegangen. Aber was nicht ist kann ja noch werden :mrgreen: .

Das was du meintest wäre ja eher "Schlupf" gewesen, wobei der in meiner Vorstellung ncihts anderes ist, als der nötige Restanstellwinkel, um noch Schub zu erzeugen.

Die 10% sind schonmal eine gute Hausnummer solch eine Aussage habe ich gebraucht.

Wenn du 150W sagst dann sollte der 3546 das eigentlich gut packen, oder zumindest nicht am Limit sein.

Das schöne an der Berechnung könnte sein, dass ich möglicherweise am Ende noch einen Widerstand der Propeller bekomme. Dann könnte ich die nötige Wellenleistung tatsächlich ermitteln(im Rahmen der Genauigkeit).

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Also die. feststehenden, bremsenden Aussenmotoren oder falsch mitdrehenden Kannst Du verhindern. Bürsten haben deutlich höherenDrehzahleinbruch. Deshalb:

Kv Brusless -10 % * Steigung Prop = Leerlauf Bürste/V x steigung Aussenprop

Dies ergibt bei Regelweg für den Boostereinsatz bei 25 bis 50 % auch eine kontinuierliche Übergabe an den Booster bis die Aussenmotoren nur noch im "Leerlauf" mitlaufen.

Übrigens die Originalleistung masstäblich runtergerechnet ergibt 110 Watt. Die Schätzung passt also.

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Die Sache ist, dass ich noch keine Steigung kenne. Diese kommt erst aus der Auslegung. Für die brauche ich aber schonmal Drehzahlen.

Da ich eben vorhabe mir quasi eine Servomotorsteuerung für die Motoren aufzubauen kann ich die Drehzahlen dann (sofern funktionierend) auch anfahren. Hier sind Brushless durch die bessere Drehzahlsteifigkeit im Vorteil. Den möglichen Drehzahleinbruch brauche ich dahingehend, dass ich nicht auf Drehzahlen auslegen möchte, die ich nachher nicht erreichen kann und dass die Regelung nachher nciht das Problem hat, dass sie versucht eine Drehzahl anzufahren, die der Motor gar nciht bringen kann unter Last.

Die Kniffe mit dem Ausnutzen der Drehzahlsteifigkeit habe ich auch schon gelesen und ist an sich auch eine gute Sache, hilft mir nur in meinem Fall wenig, wie ich meine. Ich kann mich natürlich auch irren. Meine größte Sorge ist derzeit herauszubekommen, welche Motorengröße ich brauche.

Zudem kam bei den meisten Suchen heraus, dass es die meisten Bürstenmotoren, die in älteren Berichten stehen nicht mehr zu finden sind, oder derart teuer, dass es sich nicht lohnt von der Seite aus auf Brushless zu verzichten.

Für langsamlaufende Schiffe scheint noch genug da zu sein, aber gerade diese Halbgleiterbereiche schienen mir sehr rar bestückt.

Und daher kam ich dann auf Brushless. Die Argumente mit der feinfühligen Steuerung wollte ich dann eben über eine selbst gebaute Steuerung ausmerzen.

Falls wir gerade völlig aneinader vorbei schreiben tuts mir Leid.

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Ich bitte um Entschuldigung wegen des penetranten Nachhakens, aber ich wäre sehr glücklich über eine Aussage, ob die von mir vorselektierte Motorengröße das nötige Drehmoment liefern können sollte.

Von der reinen Leistungsbetrachtung sollte auch die Variante2 das packen. Bei angenommenen 3 W/kg für Verdränger sind die Außenmotoren mit max. 200W "unterfordert", allerdings müssen die noch bis Endgeschwindigkeit mitdrehen.

Für Halbgleiterfahrt sollte der mittelmotor mit max. 400W die geschätzten 100-150W auch packen. Allerdings sind die Lasten in Booten auch gerne mal so, dass man besser gut Reserve lässt. Zumindest kam das so aus meinen bisherigen Recherchen heraus.

Am Dienstag hoffe ich halt, dass es mit dem projekt wirklich los geht und dafür brauche ich dann eine Drehzahl auf die ich das ganze auslege. Im zweifel habe ich auch kein problem damit mir ein Getriebe rein zu haun, um die Drehzahl zu drosseln. Mag man mit dem Wirkungsgrad argumentieren, aber gibt halt auch wieder ne Bastelecke, insofern auch nett.

Nochmal Entschuldigung fürs nerven.

 

Daniel

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Das Problem ist, dass sich bei dir die Katze in den Schwanz beißt, oder anders formuliert, du hast zuviele unbekannte Parameter bei zu wenigen Gleichungen ;) Daher könnten wir dir hier unendlich viele Kombinationen nennen, mit denen das Projekt funktionieren würde.

 

Um dir bei bekannter Endgeschwindigkeit eine Drehzahl nennen zu können, müssen wir die Steigung kennen. Nur wenn aber die Drehzahl und die Steigung bekannt sind, könnte man in etwa ein nötiges Drehmoment abschätzen und dir einen Motor empfehlen. Die Steigung ist nun aber ein Parameter, den du auf irgendeine Weise bestimmen möchtest, aber noch nicht kennst und damit kommen wir wieder an den Anfang.

 

Wenn du die Steigung über den nötigen Schub berechnen möchtest, würde ich den einfach über die typische Leistung berechnen: Du kennst die nötige Leistung in Verdrängerfahrt (typisch 3W/kg) und kannst mit der bekannten Rumpfgeschwindigkeit damit eine Kraft berechnen, welche die Propeller erbringen müssen. Genauere Werte bekommst du nur durch Schleppversuche mit dem fertigen Rumpf. Für die (Halb-)Gleitfahrt gilt letztlich das gleiche.

Letztlich brauchst du aber auch hier eine Drehzahl, um den Schub bei gegebener Steigung berechnen zu können (oder umgekehrt).

 

Du wirst also nicht umhin kommen, einen der freien Parameter festzulegen, also dir beispielsweise eine Drehzahl auszusuchen, mit der du dein Modell betreiben möchtest. Das kannst du z.B. machen, indem du die oben erwähnten Motoren einplanst. Mit der maximalen Leistung des Motors kennst du auch sein maximales Drehmoment bei Nenndrehzahl. Letztlich würden wohl beide oben genannten Varianten funktionieren, du musst dir halt überlegen, welche dir lieber ist. Ein Getriebe brauchst du nicht, wenn du jetzt noch die Steigung der Propeller richtig berechnest. Es würden aber, wie gesagt, auch noch ganz andere Kombinationen von Motoren funktionieren, inklusive den von Hanjo empfohlenen Kombinationen aus Bürste/Brushless.

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Ja ich merk schon, dass das nicht ganz einfach ist, oder es traut sich keiner.

Dass genaue Motorempfehlungen nicht so funktionieren wie üblich ist klar. Ich hatte halt gehofft, dass jemand möglicherweise mit Erfahrungswerten ankommt, in der Art :"An 50mm Typ-C geht Größenordnung X"

Ich gehe mal stark davon aus, dass meine Props vom Widerstand etwa in der Liga spielen werden. Bei höher drehenden Motoren geht der Widerstand wohl eher noch zurüch, da die Steigung reduziert wird.

Aus der Leistungsbetrachtung sind meine Varianten auch gnadenlos überdimensioniert, wie mir heute auch sehr deutlich :D erklärt wurde.

Die Sache ist, dass ich am liebsten doch meine Teile nicht bestellen muss. Andererseits kann der Chinese ganz ordentlich Geld sparen und das meiste Liefern. Da muss ich also nochmal schaun.

Insofern geht es mir um Größenordnungen ala, großer 28er, 35er, ... .

Grundsätzlich wären möglichst langsame vor allem dadurch gut, dass die Profilierung durch die Wölbung recht große Anstellwinkel zulässt und hier auch erst die Vorteile gegenüber der eben Platte,bzw. symm. Profilen raus kommt.

 

Diese hier scheinen mir aus dem heute Gehörten und den Daten auch nciht ganz unpassend.

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__16229__NTM_Prop_Drive_Series_28_30A_750kv_140w.html

Wenn man die nötige Leistung von 150W auf drei Motoren teilt, dann bleiben 50W pro Motor, was nach den Kurven gut im Wirkungsgradoptimum liegt und einen Gesamtstom von knapp 30A ergäbe. Auch die Drehzahl wäre mit ca. 7000min-1 bei leerem Akku und 10% Einbruch sehr passend.

Ob die mit 45/50mm Schrauben klar kommen kann ich leider nicht beurteilen. Da hoffe ich auf euch.

 

Daniel

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50 W dauerhaft ist bei dem winzigen Motor schon sportlich. Das "Wirkungsgradoptimum" sind auch nur gut 60% - das bedeutet mehr als 30 W Verluste, die abgeführt werden wollen.

 

Die Leistungsangaben bei solchen Motoren sind mit äußerster Vorsicht zu genießen. Diese Angaben haben eine ähnliche Qualität wie "PMPO" bei PC-Brüllwürfeln (da bedeutet das so was in der Art wie "maximale Leistung unmittelbar vor spontaner Verdampfung" :?)

 

Grüße

 

Matthias

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Naja die 50W wären ja Vollgasleistung. Wenn ich dauervollgas fahren wollte, wäre das wwohl nicht das Beste, aber 1-2min mit etwas Zwangskühlung sollte er verkraften.

Ansonsten bin ich offen für Gegenvorschläge. Ich versuche ja gerade heraus zu bekommen was passt, bzw welche Grüßenordnung minimum sein sollte. Zu groß sollten sie dann wegen der Leerlaufverluste wiederum nicht werden. Aber da lässt sich eher ein Deckel setzten. Es müssen ja auch nicht drei gleiche Motoren sein. Einer als Boost wäre auch gut. Der mittlere bekommt ohnehin mehr Last nach jetziger Auslegung.

Ich könnte ansonsten auch alle Schrauben auf maximalen Schub bei Endgeschwindigkeit auslegen, aber dachte mir, dass das nicht sinnvoll ist, wenn der mittlere als Boost arbeiten soll.

Von den Wirkungsgraden wären wahrscheinlich auch andere Motoren als die günstigen Chinateile sinnvoll. Daher kam ja auch die Vorschläge von Staufenbiel. Die Sache ist ja auch, dass die Teile durchaus auch in Flugmodelle passen dürfen. Daher bin ich auch noch am überlegen, wie ich mir später die Akkukapazität zusammen bastel, aber das ist ein andres Thema.

 

Edit: Hab grad mal im Drivecalc geschaut. Da sind die GTX von Staufenbiel leider (noch) nicht drin, aber ähnlich große von Vorserien kommen in dem Leistungsgebiet auf ca.70%+

Edited by DJK94

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Im Grunde kannst du die Sache recht leicht selber abschätzen: Wenn du die Steigung kennst, kannst du über die Drehzahl leicht die Endgeschwindigkeit berechnen oder umgekehrt. Du musst nur die Drehzahl mit der Steigung und einem empirischen Faktor 0.7 für den Schlupf multiplizieren und bekommst so eine Endgeschwindigkeit. Bei einer Schraube mit 50mm Steigung (also 50mm Raboesch Messingschraube) und einer Drehzahl von 7000 U/min kommst du auf eine Endgeschwindigkeit von ~14 km/h.

 

Für deine Motoren sollte sich der Steigungsfaktor also etwa bei 0,5 bewegen, wenn du eine Endgeschwindigkeit von 7km/h bei 3S erreichen möchtest.

Möchtest du aber mit größerer Steigung (Steigungsfaktor ~1) fahren, solltest du die Drehzahl also etwa auf die Hälfte reduzieren - ca. 350kv.

 

Die Gesamteistung kann in beiden Fälle in etwa gleich bleiben, weil die nötige Leistung durch den Rumpf und die Endgeschwindigkeit gegeben ist, also wiederum etwa 150W. Da Drehmoment und Leistung über die Drehzahl verknüpft sind, brauchst du dir über das Drehmoment keine Gedanken machen, sofern Leistung und Drehzahl zu deiner Auslegung passen.

Inwiefern du die Leistung auf alle drei Motoren aufteilst, oder einen Booster verwenden möchtest, bestimmt dann welche Motoren du verwenden kannst/musst.

 

Für den Fall deiner beispielhaft genannten 50mm Typ C brauchst du also einen Motor mit 350kv und einer Leistung von mindestens 150W an 3S. Wie viel Reserve du noch einplanst liegt bei dir - gerade bei den Motoren aus China sollte man da lieber etwas mehr Reserve einplanen.

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Die Leistungsangaben der Chinesen sind speziell im Boot ohne Belang. Bei einem Scale Boot würde ich einen Brushless immer deutlich unter 1 W je Gramm Motorgewicht belasten. Dann brauche ich mir auch keinen kopf zu machen, ob die Leistungsabgabe auch auf eine höhere Zellenzahl bezieht oder doppelt so hoch wie im mx. Wirkungsgrad ist. Wenn dann die Kv passt kann man weiter sehen.

Wenn man es auf das Bootsgewicht bezieht, sollte einem Halbgleiter bei Brushless 5 % des Bootsgewichtes als Motorgewicht zugestanden werden.

 

Dass man mit Faustformeln den Chinesen und den Pletti über einen Kamm schert ist klar. Aber wenn man einen Bl nur mit halbem Strom vom Max. Wikungsgrad belastet (also drastisch überdimensioniert, verschlechtert sich der Wirkungsgrad nur um ca. 3 %.

Also ich kann das von Schifferlfahrer geschrieben nur unterstreichen.

Edited by Hanjo

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Hallo,

So wie bereits in meinem Baubericht (http://www.schiffsmodell.net/index.php?/topic/14681-baubericht-funktionsmodell-in-anlehnung-an-hermann-marwede/) 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.

wenn man irgendeinen Propeller verwenden will, dann tuts einer mit Steigung Faktor 0,5-1.0 mit entsprechender Drehzahl siehe oben ausführlich beschrieben.

 

Wenn man einen Propeller entwickeln will, dann verstehe ich darunter den optimalen Propeller zum Boot zum Betriebspunkt zu ermitteln. Dazu braucht man die Endgeschwindigkeit, Marschgeschwindigkeit und die Widerstandskennlinie des Rumpfes. Auf welchen Betriebspunkt soll optimiert werden? Wenn man dies hat, dann gibt es sicher Rechenmethoden um den optimalen Propeller (Steigung, Profil, Form) zu ermitteln. Drehzahl und Leistungsbedarf sollte aus der Berechnung als Nebenprodukt hervorgehen. Daraus ergibt sich dann der Motor.

 

PS: Es geht nicht darum ,das Boot gut zum Fahren zu bringen, sondern im Rahmen einer Studienarbeit einen Antrieb zu dimensionieren, so verstehe ich die Fragestellung.

 

Viele Grüße

Alex

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Es geht darum einen Antrieb zu dem Boot zu finden. Da meine ersten Recherchen keine passenden Motoren zu den verfügbaren Schrauben ergab, kam die Idee die Schraube auf die Motoren anzupassen. Und da ich auch noch eine Studienarbeit brauchte habe ich das ganze eben verbunden. Dadurch wird die Berechnung noch einiges genauer (und spaßiger).

Das Problem ist eben, dass das ganze in der Herangehensweise ein iterativer Prozess ist. Ich muss mit einer Auslegungsdrehzahl einsteigen und bekomme dann eine nötige Leistung heraus, je nach Auslegung. Dann muss man schauen welche Motoren diese Anforderung erfüllen. Die Widerstandskennlinie des Rumpfes kenn ich leider nicht. Daher kommt der Ansatz zustande, bei Endgeschwindigkeit auf dem Boost den maximalen Schub ohne Kavitation zu erreichen.

Ich wollte jetzt eben mit einem Motor einsteigen, von dem ich ausgehe, dass er die Anforderungen erfüllen wird. Dazu wollte iche eben auf die Erfahrungswerte der Leute zurück greifen.

Ob das Boot mit der Auslegung nachher gut fährt wird sich dann zeigen. Aber nach dem ersten Durchgang kann ich ja immernoch einen Gegenentwurf machen, sollte die Fahrleistung nicht befriedigend sein. Dies wäre dann wiederum außerhalb der Studienarbeit.

 

Die bisherigen Auslegungsziele habe ich ja oben beschrieben. Diese gehen von einem Mittelboost in fast Alleinarbeit bei Endgeschwindigkeit.

Möglicherweise wäre es sinnvoll die Außenschrauben auf maximalen Schub bei Rumpfgeschwindigkeit auszulegen. Dabei würde sich allerdings möglicherweise ergeben, dass das Boot bei der Drehzahl schon über Rumpfgeschwindigkeit möchte, da Schub größer Widerstand. Ich gehe mal davon aus, dass der umgekehrte Fall eher unwahrscheinlich ist. Dies würde ich möglicherweise mit einer groben Widerstandsabschätzung mittels geschätztem cw für Verdrängerfahrt überprüfen.

Vielleicht hab ihr ja eine Meinung, was wohl die bessere Auslegung wäre.

 

Aus euren kommentaren habe ich mir jetzt mal als Motoren überlegt 3x GTX-3528 (http://www.modellhobby.de/DYMOND-GTX-3528.htm?shop=k_staufenb&SessionId=&a=article&ProdNr=03121765&t=11&c=3258&p=3258)

Diese sollten die Leistung sowohl aufgeteilt, als auch alleine bewältigen. Der Booster hätte dann zwar schon gut zu arbeiten, aber die Leistung wird ja eher selten abgerufen und selbst nach der Auslegung am Anfang würde der Motor kaum ganz allein Arbeiten müssen. Zur Überprüfung habe ich mal im DriveCalc eine ähnlichen Motor rausgesucht.

post-13935-0-79860900-1460291843_thumb.png

Dieser ist zwar 2mm länger, allerdings sollen die neuen einen etwas besseren Wirkungsgrad haben. Daher sehe ich eine gewisse Vergleichbarkeit als gegeben. Die Last wurde so gewählt, dass die Ausgangsleistung der geforderten entspricht.

Demnach wäre eine gleichmäßige Aufteilung etwa im besten Wirkungsgrad, aber auch als Boost sollte der Motor klar kommen. Mit einem Lüfter sollte die Wärme vom Motor weg zu bekommen sein, bzw. ein gekühlter Motorhalter.

Die Auslegungsdrehzahl würde ich bei den 3528 auf 10.000min-1 setzten.

Bei gleichmäßiger Aufteilung wären die Motoren ja noch unter dem 1W/g, nur die 5% des Bootsgewichts würden nicht erreicht werden.

 

Ich hoffe man kann mir noch folgen :)

 

Daniel

Edited by DJK94

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Hallo,

eigentlich habe ich von dem was Du berechnenen willst keine Ahnung. Wenn du schlicht davon ausgehst, dass die benotigte Leistung für Halgleiterfahrt sich verzehnfacht gegenüber der Rumpfgeschwindigkeit und Dein Widerstand dramatisch verändert, ist jeglicher Wert aus der Verdrängerfahrt irrelevant.

Die wichtigsten Variablen des Widerstandes verändern sich:

1.) der grösste maximale Querschnitt, der der Strömung entgegensteht. (Eintauchtiefe Rumpf)

2.) der Strömungswiderstand (der Rumpf bewegt sich in zwei Fluids deren Anteil Geschwindigkeitsabhângig ist)

3.) der Strömungsbeiwert (Gleiter und Halbgleiter müssen mit dynamischen und nicht mit statischen Werten berechnet werden.

 

Ich würde im Setup auf Erfahrungswerte zurückgreifen. Die Werte für Speed, Strom Voltage loggen und die Widerstandwerte des Rumpfes Rückwärts berechnen.

Empirische Forschung ist für diese Art des Ingenieurswissens doch eher die Normalität. Oder bist Du optimistisch, dass irgendjemand Kennzahlen zum Rumpf rausrückt.

Stumpfe Froude und Reznoldszahlen nützen noch nicht einmal was.

 

Statt zu loggen könntest Du auch die Geschwindigkeit und Leistung des Originals nehmen, Umrechnung auf modell:

Längen mit dem Längenmaßstab

Zeiten mit der Quadratwurzel aus dem Längenmaßstab

Kräfte mit der dritten Potenz des Längenmaßstabs

Geschwindigkeit Wurzel aus längenmasstab und

Leistung, Gewicht etc. mit der dritten potenz des Längenmasstabes

Daraus könntest Du ja auch dann den CW Wert berechnen.

Da ich aber Kaufmann war und technisch ein Dilettierender Hobbyist bin, ist das vielleicht zu optimistscg gedacht.

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Es bleibt aber dabei, was weiter oben schon gesagt wurde: Zuviele Unbekannte für zuwenig Gleichungen.

Wenn Drehzahl oder Steigung (mehr oder weniger willkürlich) festlegen würdest, würde sich die andere Größe ergeben und Du könntest Dich mit der Optimierung der Blattformen austoben.

Wenn nicht, dann bedeutet das, dass Du (auch) die optimale Drehzahl suchst. Dann ist aber auch der Motor Bestandteil der Optimierungsaufgabe

  • Nein, den kann man nicht einfach herauslassen und nur den Propeller optimieren. Der Einfluss der Drehzahl auf den Wirkungsgrad ist ist beim Motor eher größer als beim Propeller (jedenfalls, wenn man in einem halbwegs "vernünftigen" Steigungsbereich bleibt)
  • Eine echte rechnerische Optimierung mit den bei Modellbaumotoren zur Verfügung stehenden Daten: Viel Spass!
    Dass die technischen Daten unvollständig, gar nicht vorhanden oder schlicht falsch sind, ist bei Modellbaukomponenten leider fast schon die Regel. Ein Modellbaumotor (und dessen Datenblatt) hat fast gar nichts mit einem "ernsthaften" Motor, wie Du ihn an der Hochschule kennengelernt hast, zu tun.
  • Und schließlich: In der Größe, über die wir hier reden, haben "Schmutzeffekte" (die, die man sonst, weil man sie kaum zu fassen kriegt, gerne vernachlässigt) einen erheblichen, manchmal sogar dominierenden Anteil.

Ich bin eigentlich auch jemand, der Dinge lieber vorher berechnet und richtig auslegt. Aber im Modellmaßstab und mit Modellbaukompnenten im Spiel sehe ich nicht, dass da mehr als eine grobe Abschätzung möglich ist.

 

Grüße

 

Matthias

 

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Hallo,

 

das Ausgangsprojekt ist ja die Herrmann Marwede in 1:40 (http://www.schiffsmo...ermann-marwede/). Dies ist ein Seenorkreuzer der DGzRS, deren Schiffe in der Regel in der Hamburgischen Schiffbau-Versuchsanstalt (HSVA) Schlepp- und Seegangsversuchen unterworfen werden. Dies geschieht meiner Kenntnis nach mit 1:10 Modellrümpfen.

 

Ich meine mich zu Erinnern, das in irgendeiner der zahlreichen Publikationen rund um den Bereich DGzRS / Seenorkreuzer ein Foto von den Messungen an einem derartigen Modell für die Herrman Marwede gesehen zu haben.

 

Es wäre einen Versuch wert, mit Bezug auf eine Studienarbeit bei der DGzRS / HSVA nachzufragen, ob man Unterstützung / Werte bekommen kann.

 

Umrechnen auf den 1:40 Maßstab, den Daniel haben möchte, muss er dann immer noch :)

 

Gruß,

Wolfgang

 

P.S: Es wäre auch eine Idee, jemanden mit einem Modell ähnlichen Maßstabes anzusprechen und ggf. mit Telemetrie (2,4-GHz-Anlagen) Geschwindigkeit und Antriebsleitung auszuwerten. Solange die Rümpfe von den Originalplänen abgeleitet sind, sollte man  wenigstens "Nägel in die Wand" bekommen - als Orientirung

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@Hanjo

Ich habe jetzt einfach mal für die Halbgleiterfahrt 150W angenommen aus der Betrachtung der von dir weiter oben freundlicherweise aus dem Maßstab ermittelten 110W. Plus Reserve nehmen wir mal schlicht 150W. Die hattest du in deinem ersten Post ja auch schon überschlägig angegeben und gibt aus den Betrachtungen ja auch Sinn.

Dass ich den Rumpfwiderstand nicht ermitteln kann ohne Weiteres ist klar. Ich habe auch nicht erwartet, dass jemand hier cw-Werte parat hat, daher auch nur die Überlegung eine Abschätzung für VERDÄNGERFAHRT zu versuchen. Hätte ich den Rumpf schon, würde ich wohl "einfach" einen Schleppversuch machen und den Auswerten (wäre auch keine Kleinigkeit, schon klar).

Da ich also keine Widerstände habe lege ich die Propeller nicht auf spezifischen Schub aus. Ansonsten würde ich die Auslegung so gestalten, dass ich bei Rumpf- und Endgeschwindigkeit genau den nötigen Schub habe.

 

@Matthias

Ich versuche ja nicht den perfekten Motor zu finden. Nur brauche ich eben für den Einstieg in die Auslegung eine Drehzahl. Diese ist natürlich vom Motor abhängig und hier auch wieder von der Last. Daher suche ich ledigtlich Motoren, die die Leistung sicher bringen und nehme dann aus der Betrachtung schwacher Akku plus Drehzahleinbruch eine Drehzahl als max. Drehzahl, von der ich annehme, dass sie zu jeder Zeit erreicht werden kann bei "Vollgas". Der Motor wird ansonsten nicht weiter berücksichtigt und die Schraube auf eben diese Drehzahl und angenommene Geschwindigkeit ausgelegt.

 

Die Blattgeometrie wird angenommen und an den Typ-C angelehnt. Die genaue Form ergibt sich aus dem, was Tornado in der Lage ist abzubilden. Hier ist vor allem die Pfeilung beschränkend, da die Wurzel eines Abschnittes immer parralel zur x-Achse ist. Erläutere ich nochmal mit den ersten Screenshots aus dem Programm.

Der Parameter, der wohl variiert wird, ist die Anstellwinkelverteilung über dem Radius. Diese ist ausschlaggebend für den gernerierten Auftrieb/Schub und die Druckverteilung, damit Kavitationsgefahr durch reinen Unterdruck. Kavitation aus anderen Effekten kann erstmal nicht berücksichtigt werden.

 

Aus eutigen Gesprächen und Überlegungen bin ich wohl doch wieder auf die Motorkombination1 gekommen.

Diese beinhaltet 2x 3528 (2828 drehen noch höher und haben kaum finanziellen Vorteil)

                          1x 3546 haben eine gute Drehzahl und sollten sicher nicht überfordert sein, selbst wenn er die Leistung allein bringen muss.

 

Als Eingansparameter würde ich mit dieser Wahl setzten:

Rumpfgeschwindigkeit:      4,6km/h

Endgeschwindigkeit(vorl.): 7,3km/h

Durchmesser außen:         45mm

                      innen:          50mm

Drehzahl max. außen:       10.000min-1 (1130kV*10V*0,9 abgerundet)

                       innen:         5700min-1    (650kV*10*0,9 abgerundet)

Auslegung

A1: Außenschrauben bei Endgeschw.vorl. auf 0° Anstellwinkel. Ergibt sich aus simpler Vektoraddition.

      Innenschraube bei Endgeschw.vorl. auf max. Schub ohne Kavitation(Druckdifferenz).

      Ergäbe eine Absolute Endgeschw. , welche vorraussichtlich über der angesetzten liegt.

      Die Außenmotoren sind fast entlastet bis zu Leerlauf und der Mittelmotor muss die Leistung bringen.

      Die Außenschrauben könnten u.U. bremsen, sofern die Absolute Endgeschwindigkeit so hoch wird, dass sie unter einem Winkel unterhalb

      des Nullauftiebswinkels angeströmt werden.

      Der Mittelmotor könnte auch zum Erreichen der Rumpfgeschwindigkeit schon nötig sein. (Muss allerdings ohnehin mitlaufen, um eine

      Bremswirkung zu vermeiden.)

 

A2: Innenschraube bei Endgeschw.vorl. auf max. Schub ohne Kavitation.

      Außenschrauben so, dass sie bei der Geschwindigkeit ,bei der die Mittelschraube unter 0° angeströmt wird, auch unter 0° angeströmt werden.

      Die Absolute Endgeschw. dürfte durch den größeren Gesamtschub höher liegen, als bei A1. Die Last verteilt sich auf alle Schrauben.

     

 

A3:Variation von A2 mit der Auslegung der Außenschrauben auf eine Anströmung unter Nullauftriebswinkel anstelle von 0° und/oder Annahme von 

     Leerlaufdrehzahl auf den Außenmotoren.

     Außenmotoren werden etwas entlastet gegenüber A2.

 

A4:Variante zu A2/3 mit "Nullauftriebsgeschwindigkeit" zwischen Endgeschw.vorl. und 0°-Geschw. der mittleren Schraube. Also etwas zwischen A1

      und A2

      Zunehmende Entlastung der Außenmotoren je näher die Auslegung A1 kommt. Könnte mir etwas wie die halbe "Strecke" vorstellen, um die

      Außenmotoren mittragen zu lassen, aber eine Bremswirkung praktisch auszuschließen.

 

Vielleicht wurde etwas klarer, was ich vorhabe. Ansonsten würde ich mich über Meinungen zu den Auslegungszielen freuen, welches ihr denn als das sinnigste erachtet. Ich bin mir noch nicht sicher, da jedes seine Vorteile und Tücken hat.

A2 und A3 würden sich wohl auch für eine Variante mit drei gleichen Motoren anbieten, da die Leistung sich dann sogar gleichmäßig verteilen sollte. Der Mittelmotor würde dann wohl die ganze Zeit wie die Äußeren laufen.

Ich weiß, dass die Berechnung für einige relativ undurchsichtig werden dürfte, aber hoffe, dass es dennoch nicht zu trocken wird und Informativ. Im Zweifel fragen.

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Moin,

ich muss hier doch mal was zu schreiben.

Du kannst den Widerstand deines Rumpfes (zumindest im Verdrängerzustand) "realtiv gut" mit "Guldhammer & Harvald" abschätzen.
http://www.skibstekniskselskab.dk/public/dokumenter/Skibsteknisk/Foraar%202013/25.02.2013/WP%202%20-%20Report%204%20-%20Resistance%20and%20Propulsion%20Power%20-%20FINAL%20-%20October%20%202012.pdf

Dies ist zwar nicht die "originale" Arbeit von Guldhammer & Harvald, jedoch sieht sie für mich  auf den ersten Blick vernünftig aus, und sollte für deine Zwecke reichen.
Damit solltest du einen Widerstand für deinen Rumpf bei einer bestimmten Geschwindigkeit heraus bekommen.
Achtung: Kaffeesatzphysik. +/- 20% sind locker drin!
Und das ganze gilt nur für Verdrängerfahrt und mit sehr viel Ungenauigkeit auch noch für langsame Halbgleiterfahrt. 

Durch das einsetzen verschiedener Geschwindigkeiten kannst du dir nun eine Widerstandskurve erzeugen. Diese wird zwar mit der Realität auch eher wenig zu tun haben, aber für deine Zwecke sollte es reichen. Es sind immerhin Richtwerte.
Jetzt kannst du dich an dein Propellerdesign wagen.

Hierbei solltest du dir die "Wageningen Propeller Series" ansehen.

Die B2 Serie wird heute noch vielen Prop-Neuentwicklungen zu Grunde gelegt.
Zu finden hier:
http://teacher.buet.ac.bd/mmkarim/diag_kt_kq_B-series.pdf/

Viel Spaß.

PS:
Das was du da vorhast könnte gut und gerne ne Bachelorarbeit im Schiffbau sein. Eventuell solltest du das wirklich nochmal überdenken. Das wird sehr schnell, sehr Umfangreich. Und trotz aller Mühe nicht wirklich genau.

Für deine Zwecke, würde ich Props von Raboesch nehmen (C-Profil wie korrekt bemerkt), Motoren auswählen die mit denen klar kommen und glücklich sein.

PPS:
Bevor du all das machst, solltest du dich ein wenig in Rumpf und Schiffstheorie einlesen. Begriffe wie "Blockkoeffizient, Zylinderkoeffizient, Froude Zahl, Reynoldszahl und was man sonst noch so Alles in den Schriften findet, sollten keine Fragezeichen verursachen...

Edited by Admiral von Schneider

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Danke für den zusätzlichen Lesestoff. Ich habe mir in Vorfeld schon ein paar Abhandlungen zu Schiffspropellern durchgelesen. Eine betrachtet sie eben auch nach der Tragflügeltheorie. Da ich im Zuge des Studiums bereits Aerodynamik hatte kam mir diese Betrachtungsweise entgegen und gibt auch Sinn. Daher werde ich die Auslegung über die Betrachtung als Tragflügel vornehmen.

Es ist sogar möglich mittels Tornado die Drehung zu Simulieren. Ob dies sinnige Ergebnisse liefert wird sich zeigen.

Dass man das ganze noch wesentlich weiter treiben kann ist mir auch klar. Ohne diese Studienarbeit hätte ich das wohl noch trivialer und nur aus 2D-Theorie abgeleitet.

Wenns am Ende nichts taugt kann ich immer noch auf käufliche Props zurück greifen. Aber ich denke es wird schon funktionieren.

Es geht mir ja auch um den Spaß beim Lösen des ganzen. Allein für den Widerstand aus Reibung muss ich mir noch was überlegen. Den liefert Tornado nicht.

Wenn das Schiff erstmal fährt spricht (außer Lustlosigkeit :D) auch nichts dagegen, den Rumpfwiderstand zu vermessen und einen neuen Entwurf zu starten.

Gemacht wird das ganze also ohnehin, jetzt muss ich mich nur noch für ein Auslegungsziel entscheiden. Tendiere derzeit gegen A4 mit Auslegung auf die halbe Differenz.

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Bitte nicht vergessen, dass du einen im Wasser wirkenden Propeller (Tragflügel) nicht mit Methoden der Aerodynamik berechnen kannst!

Wasser ist im Gegensatz zur Luft inkompressibel, die Hydrodynamik liefert schon andere Gleichungen und Ergebnisse, als die Aerodynamik...

 

 

N.B.: Tolles Projekt!

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Klar muss man das anpassen. Die Gleichungen sind schon ähnlich. Einfachste Aerodynamik bis ca. Ma0,3 wird ja auch inkompressibel berechnet.

Ich muss nur schaun, dass ich dem Programm das beigebracht bekomme. Ansonsten muss man auch schaun, dass man die Reynoldszahlen gleich hält, sonst passt auch nichts mehr. Ich werd mich dann im Programmcode mal austoben. Da muss irgendwo hinterlegt sein mit welcher Dichte gerechnet wird. Da der Code OpenSource ist sollte das machbar sein.

Das ganze wird ohnehin bestenfalls eine gute Näherung, da ich das ganze doch recht stark vereinfahcen muss vom Modell. Ansonsten müsste ich mit einem "echten" CFD-Programm dran. Aber das bekommt man erst im Master gezeigt und der Prof hat da auch keine Ahnung von. Insofern muss ich damit auskommen.

Wie gesagt, wäre die Alternative eine Exelcalculation mittels 2D-Formeln geworden. Wahrscheinlich sogar noch ohne 3D-Korrektur.

Ich lass mich selber noch überraschen, was noch alles kommt. Bin noch/schon am überlegen, wie ich die Nabe am besten darstelle. Eine einfache Senkrechte Fläche dürfte den Zustrom doch arg stören. Vielleicht ein symmetrisches Profil dazwischen.

Erster Ansatz wird wohl mit der Platte sein und dann schauen und ggf. erweitern.

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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.

post-13935-0-66298900-1460494388_thumb.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.

post-13935-0-30706800-1460494854_thumb.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.

post-13935-0-98214200-1460495194_thumb.png

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

 

Daniel

Edited by DJK94

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Kleine Fleißarbeit. Ich hab mal (vorläufig) in einer Tabelle c_p,min über c_a aufgetragen.

Aus Profili die Datentabellen abgelesen und jeweils c_a zu alpha und c_p,min zu alpha.

Ziel war es zu schauen, ob sich möglicherweise solch ein Trend ergibt, dass man daraus eine Funktion ableiten kann.

post-13935-0-57818200-1460578328_thumb.png

Ich die blauen Punkte sind bei einem Anstellwinkel >0° und die orangen <0°. Ich werde mich in der Auslegung wohl auf alpha >0° beschränken, daher ist auch erstmal nur dieser Bereich interessant.

Die anderen Werte könnten interessant werden, wenn ich die Außenschrauben auf alpha_0 auslegen möchte. Nicht, dass ich plötzlich auf der "Druckseite" Kavitation bekomme, weil die Anströmung zu "schnell" wird. (Unwahrscheinlicher Fall, aber durchaus zu prüfen. War ja eine Auslegungsvariante aufs Gesamtkonzept.)

Ich behaupte fast, dass sich ein ausreichender Trend abzeichnet und werde daher wohl noch einmal mit dem "nackten" XFoil dran gehn, da ich da direkt c_a vorgeben kann und entsprechend engere Staffelung(und definierter).

Der Haken am Ende der Kurve kommt durch den beginnenden Strömungsabriss zustande. Daher habe ich die Aufnahme auch hier gestoppt.

 

Daniel

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