Maximale Flugzeit von 450er Helis

[Flip]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

Grau ist alle Theorie ! Ich finde man sollte das Ganze mal konkret ausprobieren !
Dann wird man sehn was von der ganzen Rechnerei noch übrigbleibt .

Gruss

Murdoc

Man sollte......(!?!) (ein Kassiker)

Wer machts ??
Mir fehlt leider das Equipment.

Habe beim 250er viel rumprobiert mit Ritzeln und Regleröffnung. Die wohltemperierte Abstimmung von Motor- und Rotordehzahl hat mir eine volle Flugminute gebracht.

Die Auswahl an alternativen Komponenten ist beim 450 aber ungleich größer. Deshalb werde ich wohl bald einen kaufen und auf Flugzeit zu tunen versuchen.
Die Rotorkreisbelastung ist beim 450 auch geringer, daher verpreche ich mir schon dass da noch was geht. Ich strebe die "magiche viertel Stunde" leichten Kunstflug an.
Rekorde aufstellen will ich nicht. Der Heli sollte schon noch Spaß machen.

Jan Henseleits 30 Minuten Video vom TDR hat mich echt begeistert!!!!
Wenn man an allen Schrauben dreht, geht so manches.

Freiwillige vor!!

Gruß
Arne

[Klaus O.]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

Freiwillige vor!!

Nope, ich nicht.

Man kann bei Helis ja ein wenig "spielen" mit der Akkukapazität, Motorleistung, ßbersetzung und vor allem mit der Drehzahl (Rotor), welche am meisten an Einsparung bringt.

Aber was die Kapazität der Akkus betrifft, ist sehr bald der Break Even Point erreicht, wo mehr Kapazität (das ist auch mehr Gewicht), keine zusätzliche Flugzeit mehr zu erreichen ist, da diese vom zusätzlichen Gewicht "aufgefressen" wird.

[Flip]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

Ich dachte es sei das Ziel eine lange Flugzeit rauszuholen.
Der Akku und sein Gewicht sind ja nur EIN Aspekt.

Den Heli konsequent abzuspecken und das gesparte Gewicht teilweise durch Akku-Balast zu ersetzen erscheint mir als sinnvoller Ansatz. Der ganze Antriebstrang muss dann auf das Gewicht optimiert werden.
Mein 250er hat ne Menge Bling-Bling und wiegt satte 345 Gramm.
Jetzt baue ich einen zweiten auf der komlett auf Sparsamkeit und Minimierung von Verlusten aller Art getrimmt wird.

Ich weiss, 250er ist hier OT. Wenns soweit ist werde ich im passenen Board berichten.

Gruß
Arne

[Amok]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

Ganz versteh ichs auch nicht: Das Ding hebt doch niemals mit ein paar Kilo Masse und nur 1850 Umdrehungen pro Minute ab?

Ich könnte jetzt einfach schreiben: "Doch". Aber ich befürchte, dass du mir dann immer noch nicht glaubst

Beim 1,9 Kilogramm Setup musste ich bei 1850 Umdrehungen teilweise Vollpitch geben (+-13,5°), um den Heli bei Böen auf Höhe zu halten. Ich hatte schon während dem Flug das ungute Gefühl, dass das nicht sonderlich effizient sein kann. Ist aber nur ein Bauchgefühl: Physikalisch begründen kann ich den Effekt nicht.

Ich aber. In meinem Faustformelrechner habe ich mal deine Daten rein geworfen und komme auf einen berechneten Schwebepitch von 12,75°. Und da ....

2) Ab einem gewissen Pitchwinkel ergibt sich ein Stall und die Leistungsaufnahme nimmt recht rapide zu. Der "kritische" Winkel hängt etwas von der Qualität des Blatts ab, bei den Blättern die ich so bisher genutzt hatte waren aber 15° eine Obergrenze. Ich hau das jetzt daher mal so raus: Rule of Thumb: alles über 13° ist nicht sinnvoll.

dies so stimmt (13° sollte Obergrenze sein), kann das schon durchaus stimmen.
Schön auch zu sehen, wie nah Theorie und Praxis aneinander sind.



mfg
Amok

[Hero67]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

@Hennes:
die von dir angeführten Gesetzmässigkeiten sind natürlich richtig, aber deine Schlussfolgerungen, insbesondere die Schätzregel, sind IMHO falsch weil sie einen wichtigen Aspekt vergessen.

Ich habe sie nicht vergessen, sondern vernachlässigt. Wieviel Leistung nun tatsächlich in den Hauptrotor fließt kann man nicht pauschal unabhängig vom Heli sagen.

Weitere Leistungsverluste ergeben sich durch die mechanische Reibung und den Leistungsverlust durch den elektrischen Widerstand. Die elektrische Verlustleistung wächst mit dem Quadrat der Stromstärke, die mechanischen Verluste durch Gleitreibung ebenfalls mit dem Quadrat der Drehzahl bzw. linear mit dem nötigen Drehmoment.
Der Heckrotor zieht ca. 10% Leistung, bzgl. Luftwiderstand und Drehzahl gilt der gleiche exponentielle Leistungsbedarf wie beim Hauptrotor, bzgl. des "seitlichen Auftriebs" ist er allerdings linear.

Summa Summarum kommt aber immer noch eine exponentieller Leistungsbedarf dabei heraus, der je Anteil der einzelnen Größen sogar noch ungünstiger als bei meiner einfachen Formel ausfallen kann.

@Foobar:
Ich denke die Gesetzmässigkeiten ergeben sich im Wesentlichen aus dem zum Schweben benötigten Pitchwinkel und zwei einfachen Zusammenhängen:

1) Tendenziell steigt die Effizienz der Rotorblätter mit zunehmenden Pitchwinkel. Das lässt sich IMHO recht einfach anschaulich machen (vom Prinzip her, es gibt Korrekturen). Bei 0° Pitchwinkel erzeugt man offensichtlich keinen Schub, aber muss trotzdem Leistung aufwenden um gegen den Luftwiderstand den die sich drehenden Rotoren spüren anzukämpfen. Erhöht man nun den Pitchwinkel dann erzeugt man Schub; dieser steigt (bei gleicher Drehzahl) in etwa linear mit dem Pitchwinkel an, also doppelter Pitchwinkel erzeugt doppelten Schub. Dazu wird natürlich zusätzlich zu der Leistung die man brauchte um "gegen den Luftwiderstand anzukämpfen" weitere Leistung benötigt, die natürlich immer mehr wird je mehr Schub man erzeugt. Da nun aber von der gesamten aufzuwendenden Leistung der Anteil zum Erzeugen des Schubs im Vergleich zum Anteil zum "Ankämpfen gegen den Luftwiderstand" immer größer wird, wird der relative (und nutzlose) Beitrag durch's "Ankämpfen gegen den Luftwiderstand" immer kleiner, sprich die Effizienz wird besser.

2) Ab einem gewissen Pitchwinkel ergibt sich ein Stall und die Leistungsaufnahme nimmt recht rapide zu. Der "kritische" Winkel hängt etwas von der Qualität des Blatts ab, bei den Blättern die ich so bisher genutzt hatte waren aber 15° eine Obergrenze. Ich hau das jetzt daher mal so raus: Rule of Thumb: alles über 13° ist nicht sinnvoll.

D.h. nun, für eine gegebene Drehzahl wird die (Schwebe)Flugzeit mit vergrößertem Akku tendenziell immer länger werden, solange bis man mit dem zum Schweben nötigen Pitchwinkel nahe an den "kritischen" Winkel herankommt, dann wird die Effizienz (schnell) kleiner werden und damit auch die Flugzeiten.

D.h. im Umkehrschluss, um das "optimale" Gewicht für eine gegebene Drehzahl zu finden, einfach solange Gewicht draufpacken bis man, sagen wir mal (um noch ein bischen Reserve zu haben), bei 10° Pitch gerade schwebt.

Dass der Auftrieb zumindest bei hinreichend kleinen Pitchwinkeln einigermaßen linear steigt ist ungefähr richtig, in Wirklichkeit liegt dem aber eine trigonometrische Funktion zugrunde, deren Steigung aber bei kleinen Pitchwinkel ziemlich konstant ist. Soweit ist das richtig.

Der Rest aber leider gar nicht. Bei 0° Pitch hat man natürlich 0 Auftrieb und nur Luftwiderstand durch die relativ kleine Stirnfläche des Profils, aber die Stirnfläche wächst mit dem Sinus des Winkels, also ebenfalls annähernd linear bei kleinen Winkeln, die konstante 0° Stirnfläche wird dabei vernachlässigbar. Dass 90° Pitchwinkel nur noch Widerstand und 0 Auftrieb produzieren, leuchtet auch ein. So einfach ist das also nicht.

Leider treten bei höherem Pitchwinkel noch weitere Verluste auf, (Induzierter Widerstand, Wirbelverluste). Unter dem Strich steigt aber die Luftwiderstandskraft ab einem gewissen Pitchwinkel schneller als die Auftriebskraft und das ist noch vor dem Strömungsabriss der Fall.
Auch bei Erhöhung des Pitchwinkels ergibt sich unter dem Strich ein exponentieller Leistungsbedarf im Verhältnis zum Gewicht.

Ein Bild sagt ja bekanntlich mehr als tausend Worte, das hier ist das aufgelöste Polar bzieht sich auf eine Tragfläche (daher auch bei wenig als 0° noch etwas Auftrieb), die Relationen lassen sich aber auch auf symetrische Blätter übertragen.

Ca = Auftriebsbeiwert
Cw = Luftwiderstandsbeiwert
Den Momentbeiwert lassen wir mal weg:



Von 0° bis 4° ist der Luftwiderstand sogar fast konstant, von ca. 4°-14° hat er eine relativ konstante Steigung, die dann aber zunimmt, der Pitchwinkel wird also ineffizienter. Ab ca. 16° ist die Steigung des Widerstandes größer als die des Auftriebs, spätestens ab hier wird es richtig ineffizient. Bei ca. 20° ist die Steigung des Auftriebs 0 um danach zu fallen = Strömungsabriss.

Und bitte nicht vergessen, dass man beim Heli ja auch noch etwas zyklischen Pitch braucht, wenn man von der Stelle kommen will

Natürlich stellt meine Formel nur eine starke Vereinfachung dar, weil sie einfach nur einen Teil des Leitungsbedarfs betrachtet. Aber sie ist schon etwas mehr als nur eine Tendenz. Vor allem ist das Schöne daran, dass sich der daraus resultierende Leistungsbedarf im Verhältnis zum Gewicht unabhängig vom Pitchwinkel, der Geschwindigkeit des Helis etc. berechnen läßt, das ganze also nicht nur für das Schweben gilt.
Den meisten ist tatsächlich bekannt, dass einen Erhöhung der Akkukapazität irgendwann nichts mehr bringt, dass die Flugzeit irgendwann aber sogar wieder sinkt, ist wohl nicht ganz so bekannt. Es gibt dabei keine obere Schranke, sondern ein Maximum.

Die Berechnung des Einflusses des Pitchwinkels ist weitaus komplexer und auch vom Flugzustand des Helis abhängig, auf jeden Fall sehr sehr weit entfernt von einer Linearität.

[Amok]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

Wieviel Leistung nun tatsächlich in den Hauptrotor fließt

Kann man Näherungsweise auch mit meinem Rechner bestimmen

Der Heckrotor zieht ca. 10% Leistung

Nach Dieter Schlütters Ausführungen auch gerne mal bis zu 25% (diese sollten fest ein berechnet werden - über Leistungsüberschuss beschwert sich sicher niemand, über Leistungsabfall schon eher).

mfg
Amok

[Amok]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

Bei 0° Pitch hat man natürlich 0 Auftrieb und nur Luftwiderstand durch die relativ kleine Stirnfläche des Profils

Man muss aber den Pitch erst erhöhen, um die "Luftsäule" in Bewegung zu bringen. Diese wird irgendwann nicht mehr schneller (wegen des Luftdrucks) und erst ab dann kann man sich in der Luft hoch schaufeln. Man muss halt eine(n) Schub(kraft) erzeugen, der(die) logischer Weise gleich groß ist, wie die Erdanziehungskraft auf die Masse.

Daher finde ich den Vergleich mit Tragflächen immer etwas ungünstig (da strömt die Luft immer gerade ein, beim Heli eben nicht).

mfg
Amok

[Hero67]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

Daher finde ich den Vergleich mit Tragflächen immer etwas ungünstig (da strömt die Luft immer gerade ein, beim Heli eben nicht).

Ja, in Wahrheit ist das noch komplizierter, nicht nur bezüglich der Unterscheidung Anstellwinkel und Nickwinkel.
Auch kann man den Cw Wert nicht einfach mit einer Kraft vergleichen, da diese wiederum von der Widerstandsfläche abhängt, die sich auch verändert.

Der Grundsätzliche Verlauf der beiden Kurven sieht aber auch bei einem Heli so aus und resultiert in einer exponentiellen Leistungsentwicklung. Ich habe auf die Schnelle kein anschaulicheres Bildchen gefunden.

Die tatsächlich korrekten Formeln bzgl. Schweben hast Du ja zum Teil in deinem Script verarbeitet und zu dem Rest findet man bei Interesse genügend Material auf den Webseiten der UNIs.

Ich habe auch noch das Glück, mit einem Luftfahrtingenieur Fußball zu spielen, der hat mir schon einige Dinge erklärt, auf die ich so nicht gekommen wäre.

[OlliW]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

Lieber Hennes,

mir ist echt nicht klar was dein Problem ist.

Ich habe sie nicht vergessen, sondern vernachlässigt.

das konnte ich erstens aus deinem Text nicht erschliessen und ob man nun 2/3 der Leistungsbilanz vergessen hat oder vernachlässigt hat ist zweitens sachlich gesehen ziemlich egal. Wie auch immer man das formuliert, sinnvoller wird es dadurch nicht.

Summa Summarum kommt aber immer noch eine exponentieller Leistungsbedarf dabei heraus

Nein. (1) Es kommt in jedem Fall ein monoton ansteigender Leistungsbedarf dabei raus, aber die Kurve kann, z.B. aufgrund des Wirkungsgradkurve des Motors, in manchen Bereichen sogar konkave anstatt konvexe verlaufen. (2) Im Allgemeinen wird eine Potenzreihe rauskommen, die vielleicht stückweise sinnvoll durch ein Potenzgesetz beschrieben werden kann. (3) Auch wenn dem so wäre wie du sagst, macht es einen großen Unterschied ob der Exponent 2.5 oder 3.5 ist, gerade bei so großen Gewichts/Leistungsunterschieden wie im Eingangsthread betrachtet.

Der Rest aber leider gar nicht.

Und was war jetzt an meiner Argumentation falsch? Ich kann nicht erkennen das ich irgendwo behauptet hätte das cw strikt konstant verlaufen würde, wie du mir das zu unterstellen scheinst, im Gegenteil, ich habe explizit darauf hingewiesen das es ums Prinzip geht und es Korrekturen gibt. Und tatsächlich demonstriert das von dir gezeigte Beispiel doch wunderschön wie cp nahezu linear ansteigt, während cw viel schwächer verläuft, und das Ganze auf einem "Sockel" aufsitzt. An meiner Argumentation war gar nichts falsch, sie hat den grundlegenden Grund

[OlliW]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

leider hat die 10 Minuten Grenze mich in der Fertigstellung des Posts unterbrochen (grrr)

An meiner Argumentation war gar nichts falsch, sie hat den grundlegenden Grund dafür warum die Effizienz mit zunehmenden Pitchwinkel tendenziell zunimmt einsichtig und trotzdem korrekt dargestellt, egal ob irgendwelche Kurven nun tatsächlich algebraisch, exponentiell, oder trigonometrisch sind...

Sogar die von mir genannten Rule of Thumb Werte für Pitchwinkel werden von deinem Beispiel schön demonstriert!

Schade. Könnten sonst interessante Diskussionen sein.

Cheers, Olli

[Hero67]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

@OlliW:

Ich habe natürlich nur ca. ein Drittel betrachtet, welches sich aber sehr einfach und vor allem sehr genau berechnen läßt. Natürlich spielt die Größe des Exponenten eine große Rolle, aber darum ging es mir nicht.

Die daraus errechneten Werte passend aber nun mal frappierend gut zu den in den Tests gemessenen Werten, ist das reiner Zufall ?

Was den Pitchwinkel angeht, ja innerhalb realistischer Pitchwinkel steigt die Auftriebskraft relativ linear mit dem Pitchwinkel. Effizienz ist aber etwas Anderes, nämlich das Verhältnis von aufzuwendender Energie zu dem gewünschten Output.

Und die Effizienz steigt nun mal nicht linear mit dem Pitchwinkel. Bei sehr kleinen Pitchwinkeln ist das noch richtig, aber die Effizienz sinkt noch vor dem Erreichen des Strömungsabrisses.

Wenn Du Recht hättest, dann erklär bitte mal, warum bei den Tests mit 3-fachem und 6-fachem Akkugewicht, die effizientesten Drehzahlen sich immer mehr Richtung hohe Drehzahlen verschieben ?

[Foobar]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

Hallo Peoples,

dank Jive und J-Log konnte ich heute nochmal 100 Setups durchloggen.

Setup:
- MiniPrôtos
- Jive 80LV / J-Log
- 14er Ritzel
- Spinblades 325 Halbsymmetrisch
- Antriebsakku: Turnigy 3S(!) 2200mAh

Angetrieben wurde der MiniPrôtos durch einen 3S 2200mAh 30C Turnigy. Mit dem 4S-Setup konnte ich beim Jive keine Drehzalen < 2000 fliegen, daher der Wechsel auf das 3S Setup.

Am Landegestell hab' ich eine kleine Halterung zum Anbringen von Metallplatten á 95 Gramm angebracht (siehe Bild). So konnte ich das Gewicht in in 100 Gramm Schritten (was etwas mehr als 3S/1000mAh entspricht) erhöhen. Durch die Vorrichtung zum Tragen der Metallplatten und den Jive war das Startsetup mit 4491mAh schon relativ "schwer".

Hier die Ergebnisse:

Y-Achse: Flugzeit (min)
X-Achse: RPM



Ich hab' wohl gewichtmäßig zu früh mit den Messungen aufgehört. Es wäre interessant zu sehen, wie sich die Flugzeit mit Setups jenseits von 14000mAh entwickelt hätte.

Für den Moment hab' ich jetzt aber erstmal genug von Messflügen, daher werde ich jetzt mal eines der 45-Minuten+ Setups aufsetzen, und versuchen mit energiesparendem Rundflug so lange wie möglich in der Luft zu bleiben.

Im Anhang findet ihr noch eine Datei mit detaillierteren Daten zu jedem Setup (Power, I-Motor, ...) und ein Archiv mit den J-Log Dateien aller Messflüge.

Bis dann,
Florian

[Foobar]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

Verdammt, die Werte der niedrigen Flugphasen sind nicht korrekt. Da hat mein Skript (welches die J-Log Dateien analysiert) einen Bug.

Korrigierte Daten folgen. Sorry.

[Amok]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

Immer diese Programmierer ^^

mfg
Amok

[sandokan]

AW: Maximale Flugzeit von 450er Helis

Hi Flo,

bin schon gespannt, was sich mit dem 45 Min-Setup ergibt. Hoffentlich nicht vor dem kommenden Wochenende?!? Ansonsten hoffe ich auf ein laaaanges Video....

Grau ist alle Theorie ! Ich finde man sollte das Ganze mal konkret ausprobieren !
Dann wird man sehn was von der ganzen Rechnerei noch übrigbleibt .

Amen:

Für den Moment hab' ich jetzt aber erstmal genug von Messflügen, daher werde ich jetzt mal eines der 45-Minuten+ Setups aufsetzen, und versuchen mit energiesparendem Rundflug so lange wie möglich in der Luft zu bleiben.

M.