een benadering om puur hoververmogen van een rotor-tuig te benaderen.

Discussie in 'MBF Labs' gestart door lecraM, 14 nov 2020.

  1. lecraM

    lecraM

    Lid geworden:
    9 aug 2009
    Berichten:
    983
    Locatie:
    Gelderland, Winterswijk
    iemand is met een heli bezig en vroeg zich af hoe je (puur) hover vermogen zou kunnen berekenen. ik vond dat wel interessant en ging aan het puzzelen. ik heb nu dit, ik zal het met een voorbeeldje uitbeelden.

    heli, 300 klasse. rotor disk 22 dm², 550 gram.
    g = 9,81 m/s², luchtdichtheid 1,225 kg/m³

    de heli hovert, en ervaart een lift 550 gram (5,39 N zeg maar)

    een "meter" lucht door de rotor, is 0,22m³ , weegt 0,27kg (dit komt in kg/m, ik noem dit even RMM, rotor massa meter)

    0,55 kg x 9,81 m/s² ~ 5,39N , nu een snelheid en massastroom zoeken die ook 5,39N reactie geeft
    v = wortel (F/ RMM ) = 4,46 m/s (met hulp van iemand om beter te formuleren)
    massastroom = RMM x 4,46 =1,2 kg/s
    vermogen 4,46 x 5,39 = 24 W (zonder verlies) rendement neem aan als 50%, 50W


    accu is 2 cellen li-ion, stroomsterkte zodoende iets van 7A
    hij gaat een keer nameten wat het echt is. hij heeft nu 1300 mAh (18650) en wilde meer capaciteit mss, ik stelde 3000 mAh voor, die 15A constant, 20A piek kunnen geven.
    https://www.hoelleinshop.com/Konion...le&ProdNr=HOE-VTC6-2S-R&t=49302&c=3307&p=3307

    de heli is een coaxiale, fixed pitch.

    klopt mijn benadering bij benadering? ik heb er ongeveer een etmaal overheen gegaan voor ik op deze "eureka" kwam. juist deze echte natuurkunde puzzels vind ik zowat het leukste dat er bestaart.
     
    Laatst bewerkt: 23 nov 2020
  2. lecraM

    lecraM

    Lid geworden:
    9 aug 2009
    Berichten:
    983
    Locatie:
    Gelderland, Winterswijk
    er is ook mee aan een propeller te rekenen, maar dan moet men snelheden weten. dit is lastig. er zijn wel situaties waarbij sommige dingen iets makkelijker te berekenen zijn. hoogst experimenteel. ik zal een voorbeeldje laten zien, deels realiteit, deels met aannames die ik (gewoon) een keer ga testen komend jaar. komt nog.
    het voorbeeld:

    Mini Ellipse, 750 gram, 15x8 propeller, motor 5000 kV met 5:1 (1000 kV effectief), 2S lipo, geschat vermogen electrisch vermogen 200W (moet nameten). rendement ~ 80% (zal niet veel naast zitten, moet nakijken)
    g 9,81 m/s² , rho 1,225 kg m³ . de aanname is dat het ongeveer 55% efficient is, en 13 m/s verticaal klimt. (klim snelheid ook nameten, komt echt nog).

    de motor trekt ongeveer 7,5 Newton (aanname). (gewicht en een ruim tiental gram extra, weerstand.)
    edit: ik reken even met 12 m/s, lijkt beter te passen.
    een "meter" lucht door de propeller is 0,1 m³ , 120 gram.
    nu een versnelling van de lucht zoeken, over de 12 m/s, die een reactie geeft van 7,5 N .
    16 m/s x 0,12 kg/m x 4 m/s² = 7,68 N, het pure vermogen van dit, is 4m/s x 7,68N ~ 30,7Watt. het rendement neem ik aan als 55% van accu tot prop zodat dit te laten draaien.
    30,7 x1,85 = 57W. het pure klimmen kost op zich 7,68N x 12 m/s ~ 92W.
    de motor doet 7,68Nx16m/s , ~ 122,9W . totaal benodigd vermogen ~180W. met motor efficientie erover, 225W. of hoeft de motor efficientie alleen over het totale klim motor vermogen van 122,9 W? 123 x 1,25 = 157,75W dan totaal 157,75+57 =214,75W. het komt niet helemaal mooi uit nog maar het geeft wel aan dat er leuk mee te puzzelen is. ik zal eea een keer echt meten. het is wel een beetje parallel rekenen om aan de goede versnelling te komen. zijn er mensen die mss weten hoe dit efficienter berekend kan worden? ik weet niet hoe dat zou moeten. (mss quantum computer? nee ik weet niet hoor ;p)

    edit nog wat aanvulling, nummero
     
    Laatst bewerkt: 17 nov 2020
  3. Student

    Student Moderator Moderator team Forum veteraan

    Lid geworden:
    5 jan 2008
    Berichten:
    14.123
    Locatie:
    Rotterdam
    ik heb er "ergens" zelfs een boek over..
    rekentechnisch..

    Qua idee: mijn 450 heli (Collective pitch, geen coaxiaal) vliegt met 3s 2200 mah 6,5 minuten bij mijn opgegeven toerental.
    het ding zit in totaal rond de 1 kilo aan gewicht, vliegklaar. accu maakt daar 220 gram van uit.
    ik heb ook nog een tweede stand op de heli, waarbij de rotortoeren hoger zijn. dan vliegt hij nog maar 5 minuten op 1 accu.
    alles tot 75%, lipo moet wat over houden..

    Ik heb vroegah wel eens langdurig getest met rotorsnelheden.
    Puur lift is 1 ding.
    toerental is naar mijn bevindingen van toendertijd 1 van de grootste energieverbruikers.
    toerental op net vliegbaar (zeg, 2500 rpm), flink pitch om los te komen, doe je misschien 10 minuten over zo'n zelfde accu.
    heb je er speciale rotorbladen op, misschien zelfs 12 minuten.
    gaat een volledige 3d gek er mee aan de gang, gaat het rotortoerental naar 4000 rpm, is hij in 3 minuten door zijn accu heen.
    Grappige is, als ik met een x toerental rondjes vlieg, of alleen hoover, of 3d kunstjes doe, je ziet dat het type vlieggedrag weinig invloed heeft op het uiteindelijke verbruik.
    het rotortoerental heeft de grootste invloed.

    nu heeft jouw bron van inspiratie een coaxiaal, oftewel een fixed pitch heli, dit is redelijk vergelijkbaar met een normale prop aan een vliegtuig.
     
  4. lecraM

    lecraM

    Lid geworden:
    9 aug 2009
    Berichten:
    983
    Locatie:
    Gelderland, Winterswijk
    ah idd goed punt. idd doet me een beetje aan "windage" denken (de luchtweerstand van draaiende poelies in machines. men wil dat niet te groot hebben). veel snelheid in verhouding tot de lift van de rotor bladen, vrij kleine invalshoek, bij hoog rpm hoveren. dit is nodig om de pitch te kunnen vergroten als men meer lift wil. (ik ben niet heel bekend met helis, en ontdek terwijl ik typ, probeer niet beleren :) als ik iemand wil beleren ben ik het zelf. ik wil wel delen wat ik uitwerk wat ik denk dat handig kan zijn voor anderen mss ooit. dit terzijde :) )
    ik vind het handig dat ik door deze methode (ik kon niet iets vinden wat zo basaal werkt) een indicatie kan krijgen van vermogen, de massastroom, efficientie, "slip verliezen", als ik enkele van die gegevens heb. zelfs op Mars of Titan. ook valt de "invalshoek" van de bladen af te leiden als men de geometrische spoed en toerental weet. wsl nog meer gegevens afleiden. het gaat bij mij wel een beetje met pieken en dalen, niet alle dagen even veel voortgang.

    ah je heli: 50,8 dm² (er zit in het midden een "gat" maar dat vind je terug in de efficientie, doordat het snelheidsprofiel van de heli downwash minder "optimaal" zal zijn, dit hoeft niet uit dit deel van de berekening), 1 meter (standaard) lucht door de rotor weegt 0,62 kg (kan zo precies als gewenst maar vindt men niet terug). de rotor lift 9,8 Newton. een massaflow en snelheid zoeken die ook een reactie van 9,8 N geeft;
    4m/s²x2,48kg~9,9N, dichtbij genoeg voor nu. het puur vermogen van dit is: 4m/sx9,9N = 39,6W
    het echte vermogen is een zeker stuk groter. dit verschil staat in verband met de efficientie van accu naar rotorwerking, om de lift te leveren. dit bestaat uit "alle" soorten weerstand, ook de luchtweerstand. wat er niet bij zit, is de slip of "wash". de slip zit al in het eerdere deel van de berekening. ik ben hier best "gelukkig" mee dat ik dit eruit kan isoleren aldus. (dit is een stationair hoverend voorbeeld, ook boven grondeffect etc)

    m g = delta m . delta v :)
     
    Laatst bewerkt: 18 nov 2020
  5. Student

    Student Moderator Moderator team Forum veteraan

    Lid geworden:
    5 jan 2008
    Berichten:
    14.123
    Locatie:
    Rotterdam
    feitelijk, bij fixed pitch, staat de hoek van de bladen vast.
    het rotortoerental bepaald rechtstreeks of er voldoende lift ontstaat om omhoog te gaan, of dat er wat verlies ontstaat zodat je daalt.
    zou je aan de onderzijde van zo'n rotorblad wat materiaal verwijderen (wel balanceren daarna), creeer je minder lift met de rotorbladen bij identiek toerental als eerder, waardoor je meer toeren nodig hebt voor hetzelfde
    voordeel hiervan is dat de heli wel beter gaat sturen. luistert directer.
    maar het vreet vermogen

    bij cp heli's kun je zelf de hoek van de bladen bepalen.
    toerental is altijd gelijk, de hoek bepaald hoeveel lift er gemaakt wordt, positief of negatief.
    hoover zit in de regel, bij normale toerentallen, bij iedere heli rond de 5 graden pitch (invalshoek bladen)
    dat gat in het midden van de rotordisc, daar zit ook je romp/heli zelf nog in. wat e.e.a. niet zal verbeteren.
    normaal rekenen we in de heli rond de 20% verlies in de aandrijflijn. de staart wordt vanaf dezelfde motor aangedreven, er zit dus een overbrenging vanaf de hoofdas naar de staart.
    Daarna komt je perfecte toerental, waarbij je 100% efficient hoovert.
    daarna komt je bruikbare toerental, waarmee je rond kunt vliegen. meeste vliegers maken dan een compromis toerental waarbij je lekker vliegt, en vliegtijd ook lang genoeg is.
    bij brandstof minder van belang. hebben meer reserve in de tank dan electrisch.

    nu had ik het over mijn 450 heli. ik heb ook een 600 maat.
    in de regel zie je dat des te groter de heli, er in verhouding minder vermogen nodig is om te hooveren.
    de 600 maat heli's zitten normaal rond de 1800 (rustig) tot 2200 (wild) rpm. 3d enthousiastelingen gaan hoger.
    dus je ziet, ten opzichte van de 450, tussen rustig en wild zit bij de 450 1500 rpm verschil, bij de 600 zit er 400 rpm verschil in.
    ergens zul je dus rotorformaat een efficientiegetal mee moeten geven, wil je wat gerichter vermogen kunnen berekenen bij een opgegeven rotorformaat.
     
  6. lecraM

    lecraM

    Lid geworden:
    9 aug 2009
    Berichten:
    983
    Locatie:
    Gelderland, Winterswijk
    idd ja ik bedoelde wel echt "invalshoek" "aanstroom hoek". men kan dit afleiden uit "pitch snelheid" of "bladhoek maal toerental", en de feitelijke downwash snelheid.
    inderdaad de rest van de efficientie zit allemaal bij elkaar in. men zou ook verschil tussen een tandem heli en staartrotor heli zien, omdat de staartrotor vermogen neemt, wat er bij zit als men het vermogen meet. wat ik hier heb, is een methode om de downwash snelheid te berekenen en het pure vermogen dat dit kost zonder verliezen. als je dan het echte vermogen meet, weet, je de efficientie. (minus de pure downwash door de lift). het is dan alleen niet bekend hoeveel de staartrotor is of de rotor vorm wat het extra verbruik is. je kan dan wel wat veranderen en kijken of het beter of slechter wordt. zelfs het toerental varieren zoals je zei. dat is hier ook mee terug te vinden.


    Bo 105 : rotor dia 9,84m, opp 60,8 m² (op wiki staat meer dan dat, waarom? staartrotor?)
    2500 kg g=9,81m/s² rho=1,225 kg/m³
    1 "meter" lucht door de rotor weegt 74,5 kg.
    2500x9,81=24525N een massastroom en versnelling zoeken die 24525N reactie geeft;
    74,5kgx18,1m/sx18,1m/s² ~ 24677 N, voor nu even dichtbij genoeg. puur vermogen van dit
    18,1 m/s x 24677N ~ 447 kW . deze heli gebruikt meer dan dat. het verschil, zit in alle andere weerstand en "imperfecties"

    downwash snelheid ongeveer 18,1m/s . (volgens deze, mijn, methode dan he)

    edit: preciezer, en nummero
     
    Laatst bewerkt: 18 nov 2020
  7. Student

    Student Moderator Moderator team Forum veteraan

    Lid geworden:
    5 jan 2008
    Berichten:
    14.123
    Locatie:
    Rotterdam
    vergis je niet in het vermogen van de staart..
    bij onze modelheli's zit daar regelmatig een factor 7 in qua toeren.
    wat het rendement van het geheel niet ten goede komt.
    bij de echte heli's zal het ook best veel vermogen vreten.

    maar hierin ga ik even iemand erbij betrekken die regelmatig vermogenstesten met heli's heeft gedaan @brutus
     
  8. lecraM

    lecraM

    Lid geworden:
    9 aug 2009
    Berichten:
    983
    Locatie:
    Gelderland, Winterswijk
    ok :) idd. ik weet het niet practisch maar zet in op 10%. die coaxiale is wsl best gunstig wat dit betreft.
     
  9. Student

    Student Moderator Moderator team Forum veteraan

    Lid geworden:
    5 jan 2008
    Berichten:
    14.123
    Locatie:
    Rotterdam
    coaxiaal heeft 2 rotoren,contraroterend, en heeft geen staart nodig.
    die draait zijn staart door 1 van de twee rotoren af te remmen / gas bij te geven.
    sommige coax'en hebben een staart met werkende staartrotor, maar dan zit meestal de prop omhoog gericht.
    Dit ding heeft als doel meer voorwaartse snelheid te krijgen.

    Als het ding van affectie 1 rotor heeft, is de techniek weer wat anders.
    dan is het in principe geen coaxiaal, maar misschien een zelfnivellerende fixed pitch.
    heb je ook tegenwoordig:D
    voor het gemak..
     
  10. lecraM

    lecraM

    Lid geworden:
    9 aug 2009
    Berichten:
    983
    Locatie:
    Gelderland, Winterswijk
    idd ik weet niet hoe het met een K-Max moet, vanwege overlappende rotor schijven. ik vermoed, dat ik dan de van boven geprojecteerde oppervlakte zou proberen. (in de berekening). een soort "8" vorm
    men kan ook een quad rekenen. als men dan alle 4 rotoren bij elkaar optelt en het gewicht verdeelt. als het gewicht niet gelijk verdeeld is, doet of doen de betreffende rotoren meer. ik vermoed dat dan, de zwaarder belaste rotoren, in verhouding meer verlies hebben, dan de minder belaste minder. daardoor het totaal vermogen verbruik iets hoger.
    komt neer op dat de downwash dan minder gelijkmatig is. men kan ook elke rotor (-schijf, van boven) berekenen en gewicht, dan heeft men dat erbij gerekend.

    edit: heb 1e post nog wat bijgewerkt, andere posts wat (onkritische) rekenfoutjes in
     
    Laatst bewerkt: 21 nov 2020
  11. lecraM

    lecraM

    Lid geworden:
    9 aug 2009
    Berichten:
    983
    Locatie:
    Gelderland, Winterswijk
    nog een toelichting; ik heb soms met wiskundig aangelegde mensen over wat er gebeurt in mijn methode, ze hebben veelal moeite met wat ik "1 meter lucht door de rotor" noem. dit is de massa, geassocieerd met 1 meter werk. hierdoor, door deze zelfbedachte variabele, is er een verband tussen de delta v en delta m . anders is er natuurlijk een hele reeks mogelijkheden. maar door die variabele RMM welke ik gebruik in mijn methode, ligt de verhouding vast.
    ik ben natuurkundig aangelegd, en weet "ah dit is massa, dat is inertie, dat is vermogen" en zo. die wiskundigen hebben alleen de rigor van wiskundige logica en symbolen en weten niet dat het "de massa die geassocieerd is met 1 meter werk" van een specifieke heli, en stelden voor de meter weg te halen en gewoon een massa te gebruiken. 1 meter overbodig.
    ik als natuurkundig aangelegde, ben het daar mee oneens. deze variabele RMM is essentieel in mijn methode, en is per heli te berekenen. of per rotor. de "meter" is onmisbaar.

    aanvulling: kennelijk is het vermogen met mijn methode, wortel 2 keer hoger. het verband klopt wel in mijne. het heeft te maken, met het stroom patroon om de rotor, de vorm daarvan, maakt dat de rotor in realiteit, maar 1/ wortel2 (0,71) keer zoveel vermogen verbruikt. bij die eerste heli, 17W . iemand wees me op een geldige formule door Rankine (o.a.) https://en.wikipedia.org/wiki/Momentum_theory. ik probeer hoe ik dit er bij in kan bouwen. ik wil het wel fundamenteel erin krijgen, niet een factor. heeft iemand een idee? het doet me ook een beetje denken aan een mild grondeffect.
     
    Laatst bewerkt: 25 nov 2020 om 15:27
  12. lecraM

    lecraM

    Lid geworden:
    9 aug 2009
    Berichten:
    983
    Locatie:
    Gelderland, Winterswijk
    ik wist wel van de "Betz limiet" bij windmolens, dat als men de lucht te veel "afremt" door er teveel vermogen aan te onttrekken, die afgeremde lucht ook andere lucht eromheen geleidt, waardoor de aanloop een lucht massa met een kleinere diameter is als het ware, wat dan weer minder vermogen oplevert. vertaald naar een formule, dat een gegeven "asdruk", minder vermogen oplevert als men teveel afremt. nu blijkt (me) dus, dat de inverse voor een propeller ook geldt, dat men door het omgekeerde van dat effect, minder vermogen "nodig heeft" voor een gegeven asdruk. ik grapte al, een "non-nozzle".
     

Deel Deze Pagina