gratis 3D te printen axiale single stage jet-drives project

Voor de mensen die niet op RC Groups kijken wellicht interessant.
Samen met een Amerikaan heb ik een RC jet-drive ontworpen welke we in verschillende diameter impellers gratis beschikbaar stellen. Iedereen mag ze downloaden voor eigen gebruik.

Het is de bedoeling dat we zodoende te weten komen welke motor/cellen combinatie het beste werken voor iedere maat impeller-diameter. Op dit moment zijn de maten 35, 45 en 75mm al beschikbaar (de laatste voor SUP/surfboards)

Om te kunnen testen heb ik berekeningen beschikbaar om zodoende een redelijk accurate inschatting te kunnen maken welke spoed + eindreductie (de diameter van de uitlaat is vernauwd om de waterstraal te versnellen) het beste kan werken voor een bepaalde combinatie.

Derhalve zijn er voor alle maten drives tenminste 3 impellers (verschillende spoed) & 3 stator housings (inclusief bijpassende steering nozzle) beschikbaar.


Heb je zelf een 3D printer, dan kun je het zelf doen.
Anders zijn er genoeg commerciële oplossingen zoals bijvoorbeeld shapeways.
De impellers raad ik aan om via SLS methode in nylon te laten printen. Deze printers zijn nog relatief duur, echter op de markt kun je het voor redelijke bedragen laten doen voor je.

Hier een testvaart van het 45mm prototype:



Link naar het topic en de meest actuele STL files

 

Hiermee ben je het snerpen van propbladen op het water mooi kwijt

 

Prachtig project!
Jammer dat we in NL (te) weinig stromende riviertjes hebben om stroomopwaarts te klimmen. Anders zou ik m'n Recoil zo ombouwen!

 

Dat snerpen/janken is nou net zo mooi !

 

Jij en ik vinden het mooi, maar het is slechte PR.

 

Gaaf project! Blijven de nylon impellors een beetje heel in de grotere jets?

 

Tot nu toe heeft het prototype (45mm impeller) op de video een bij Shapeways geprinte bronzen impeller.
Maar een exemplaar voor statische testen draait probleemloos met een nylon versie.

Op dit moment worden er 3 nieuwe 45mm impellers klaargemaakt om te testen in de Proboat Recoil. Allen van nylon met verschillende spoed.

Hoewel ik de software heb om sterkte berekeningen uit te voeren, heb ik geen idee van de krachten die erop komen.
Van de winter krijg ik de beschikking over een CFD module waarbij ik die krachten wel kan berekenen.

 

Hier de 1,5mm dikke impeller (bladen) in Nylon6 bij Shapeways van de 45mm diameter impeller met een spoed van 40mm.
Dat is ongeveer 60% zo sterk als vol nylon6 (mits je vol materiaal laat printen)

Niet meegenomen de meenemer en de as. Dat kan ik nog eens apart doen.
Bij een 3kW motor bij 15.000rpm is de theoretische waterverplaatsing van de jet 10L/s, oftewel 10kg/s
Ik heb axiaal 20kg (factor 2) op de bladen gezet, en vervolgens een centrifugaalkracht aangebracht waarbij de bladen 2x zo hard als maximaal draaien.

de maximale stress mag volgens de materiaal database niet meer dan 100 N/mm^2 zijn x 60% = 60 N/mm^2
De maximale stress zit onder de 30 N/mm^2.

De maximale vervorming van de bladen is minder dan 1,0mm, en wel in de axiale richting.
In de radiale richting te verwaarlozen.

Dikker maken van de bladen kan altijd, en het is maar voor de test.
Als we eenmaal weten welke impeller het beste werkt kan die in brons geprint worden als duurzame oplossing.

Inmiddels ook de excellijst uitgebreid met tabellen zodat het nu eenvoudiger is om te juiste verhoudingen van spoed en uitstroom diameter te vinden voor een gegeven motorisering en diameter impeller. Hier een voorbeeld voor de 45mm jet-drive:

De gele cellen (en de groene en blauwe) zijn handmatig te veranderen.

Hier de verhouding tussen de spoed en de uitstroom diameter, in de gele cellen het maximale motorvermogen tussen de 2,5 en 3,0 kW
Hier via de matrix hierboven is de maximale impuls te vinden. Hoe hoger de impuls (Newton x seconde), des de efficiënter zal de aandrijving zijn.

Het blijft een zoekplaatje, maar zo kan wel het aantal te testen impellers en uitstroom diameters beperkt blijven. Voor de laatste moet naast de stator-ring ook een bijbehorende stuur nozzle worden geprint. Als je zelf geen printer hebt kan het in de papieren gaan lopen.

 

Je hebt er veel werk ingestopt!
Mooie tool om te kunnen stoeien met verschillende impellors; zoeken naar het optimale aantal bladen, spoed en overlap...

Heb je toevallig ook een impellor-design waarbij de spoed van de bladen gelijk blijft, maar de naaf-diameter onder de bladen toeneemt? Dat zou volgens mij ook wel eens goed kunnen werken

Ik ga mijn nieuwe drives ook maar eens in de Excel File zetten; ben benieuwd wat daar uit komt

 

Er is inderdaad (te) veel tijd in gaan zitten!
Tja, hobby
Overigens ben ik nog niet klaar. Ik ga een nieuw gedeelte toevoegen waarin ik een grafiek laat plotten van toerental t.o.v. gevraagd motorvermogen.
Zodoende kun je zien of de spoed/uitlaat diameter verhouding een meer aan vermogen toelaat of niet.
Immers een jet bereikt op een gegeven moment een optimale impuls bij een gegeven maximaal toerental. Ga je er ietsje in toerental overheen, dan krijg je een zog. hydraulische slotwerking: de jet gaat opeens heel veel meer vermogen vragen bij een relatief kleine toename van het impeller toerental.
De grafiek gaat op dat punt steil omhoog! En als je iets wilt experimenteren met meer cellen, dan wil je eigenlijk een wat vlakkere grafiek op dat punt. Dan is er nog ruimte, met als nadeel minder impuls.

Je krijgt de update toegestuurd als ik zover ben!

In principe krijg je dan een zog. "turbo impeller": een impeller die als het ware een "dunnere" impeller naaf geeft waardoor er theoretisch meer water door de pomp gevoerd kan worden. Echter een vaste spoed en toenemende naafdiameter zal naar mijn idee niet goed werken.
Immers neemt het radiale oppervlakte van de waterkolom af bij gelijkblijvende spoed -> geen acceleratie.
Zoiets bereiken ze o.a. bij single stage axiale Hamilton 212 jet-drives met een variabele spoed impeller: de spoed neemt toe in verhouding met de breder wordende naaf.
Deze heb ik nog niet getekend in 3D, maar heb al wel uitgezocht hoe ik dat in de software kan doen.
Hij staat op de planning voor de 45mm FDJ.
Geen idee of je de spoed 1 op 1 moet laten volgen met de radiale oppervlakte ter plaatse (vooraanzicht van de waterkolom ter plaatse, Pi*(0.5*Diameter)^2 ), of dat je hier ietsje moet "knijpen" (denk hierbij aan de tuinslang die je iets in knijpt aan het einde om meer uitstroomsnelheid te krijgen).
In kunststof in SLS print (Nylon 6) behoorlijk betaalbaar te realiseren. En bij succes altijd in metaal te laten printen

Graag, heel interessant m.b.t. het gevraagde theoretisch motorvermogen!
En impellers laten printen is ook voor jou drive later ook een optie, dus na de testvaart is er ruimte tot experimenteren
Maar hetzelfde geldt voor mij: eerst maar eens de boot op het water krijgen voor een testvaart. Ik moet nog beginnen....

 

Misschien begrijp ik het verkeerd maar volgens mij wordt het effect van het grotere waterverplaatsend vermogen van de leading edge van de impellor t.o.v. het waterverplaatsend vermogen van de trailing edge "loading" genoemd.

Om dit “loading-effect” te krijgen zou je enerzijds de spoed evenredig kunnen laten verlopen met de toename van de diameter van de naaf om zo de radiale oppervlakte gelijk te houden over het volledig verloop van de impellor, maar dan kom je al snel uit bij een veel te grote spoed in de buurt van de trailing edge naar mijn idee, zeker bij mixed flow impellors en dat kan nooit de bedoeling zijn..

Volgens mij “knijp” je idd anderszijds door niet de spoed recht evenredig mee te laten veranderen maar juist alleen de naafdiameter te vergroten om op die manier het water dus op te stuwen en te versnellen terwijl het nog in de impellor zit, het effect is hetzelfde; het water dat al in de impellor zit wordt versnelt en verlaat de impellor niet meer volledig haaks op de trailing edge (zoals bij jouw huidige impellor-ontwerp en zo ook mijn China-jets) het geval is, maar wordt de hoek van de resultante kleiner, naar de sator gericht, en moet ook de invalshoek op de statorvanes aangepast worden. Dit kan dacht ik de mate van slip van de impellor flink verminderen/minimaliseren.

Ik veronderstel dat het op die manier ook goed zou kunnen werken. Progressive pitch op jet impellors bestaat idd wel, maar wordt volgens mij niet lineair toegepast, maar in veel kleinere hoeveel heden (axiaal max 7-10%, mixed flow max 5-7% afhankelijk van de verhouding in diameter van de naaf t.o.v. de behuizing. Ik zou me zelfs kunnen voorstellen dat er mixed flow pompen bestaan met “degressive pitch” als de naaf maar dik genoeg wordt bij een relatief kleine behuizing-diameter)

 

Hi
can you pleas send me a link to this EXCEL.

Tal

Numbers [/ ATTACH]

 

Hier is het Excelbestand (xslx) met de berekeningen voor wie geinteresseerd is!
Overigens ben ik er pas achter gekomen dat de originele maker van de sheet haje74 is. Dus alle eer komt hem toe! Zonder zijn sheet was ik er nog lang niet op dit punt geweest waar ik nu ben met de ontwerpen!

 

Ik weet niet of deze vraag hier thuis hoort: wat is behalve de wendbaarheid en het kunnen varen in ondiep water, de reden om een jetdrive te kiezen? Het rendement is lager dan bij een propdrive?

 

Op RC schaal is tot nu toe het rendement lager inderdaad.
Maar bij real scale is het bij snel varende schepen een ander verhaal.
Ook de acceleratie is hoger dan met een prop bereikt kan worden.
Omdat de dichtheid van water zich niet laat schalen blijft een jet aandrijving op RC niveau minder presteren. Hopelijk zijn er nog wel stappen te maken.

Voor schaalmodellen is het inderdaad de wendbaarheid en de mogelijkheid om op wilde rivieren te kunnen varen, ten koste van topsnelheid.
Toch kunnen jet aangedreven modellen aardige snelheden bereiken. Maar wie echt hard wil gaan zal voor een prop moeten gaan.

 

Het is ook gewoon een interessante manier van aandrijving, voor wie eens een ander model wil dan door een prop aangedreven. Er zijn ook modellen waar een jet in hoort als je op schaal wilt bouwen, dus dan zit je er 'aan vast'. Of zoals een bekende telecomprovider in haar reclames zegt; "Niet omdat het moet, maar omdat het kan".

Er zit ook een leuke technische uitdaging in, zoals dit topic heel mooi duidelijk maakt. Zeker als je er zo ver in duikt als Unusual RC en haje74 dit doen om er meer rendement uit te halen, en de jet zoveel mogelijk proberen te tunen.

 

Klopt helemaal, Lex. Het is gewoon leuk om eens iets anders te proberen. Maar voor de snelheid blijf ik voorlopig bij de propdrives.

 

Helaas gedragen een aantal volwassenen zich als kleuters op RC Groups, waardoor het topic gesloten is en de 3D-printbestanden zijn verwijdert

Mocht iemand interesse hebben, stuur mij je email adres in een pb en ik zal ze toesturen!

 

Ik ben vooral blij met de discussie hier op het forum; volgens mij kan er echt nog wel doorontwikkeld worden in rc waterjets. Nog lang niet alles is al eens geprobeerd simpelweg doordat het lastig/duur is om te maken. Met 3D printen komt er ineens veel meer beweging in de zaak!

Nogmaals heel blij met de discussie, en bovenal geweldig dat Unusual RC het op zich heeft genomen de Excel file zo onder handen te nemen en dusdanig uit te breiden; dat was mij nooit gelukt!

Wellicht een eigen topic voor waterjet-development hier op het forum? Hier op het MBF is meer ruimte voor mensen die ook van theorie houden naast de praktijk, meer dan op andere (buitenlandse) fora lijkt het.

 

Ik heb zelfs een aantal keer berichten op RCG ontvangen of ik wil stoppen met theoretische besprekingen van de techniek.
Een aantal zitten daar niet op de wachten. Mijn broek zakt er vanaf. Dit is een technische hobby

Wellicht verdient het zijn eigen topic.
Momenteel druk, maar ik ben van plan voor mijn nog te bouwen romp(en) een eigen jet-drive te ontwerpen, gebaseerd op mijn bevindingen tijdens het ontwikkelen van de gratis te printen jet-drive. Zelf ben ik niet geheel tevreden met het huidige ontwerp, wat aan andere eisen voldoet. Maar werken doet het ontwerp zeker. Dat is al bewezen.
Op dit moment is het wachten op 3 testmodellen van de 45mm jet-drive, maar nu met verschillende impeller (spoed) en uitlaat-diameters.