Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizienter?

[nightfarmer]

Hy liebe Heli Freunde,


ich hätte hier mal eine (für mich mathematisch unlösbare) Frage:


aus gegebenem Anlass, ich habe mir das Heck Update für den E700 bestellt, würd ich gerne von den Aerodynamik bzw. Mathematik Profis wissen, was nun effizienter ist bzw. was mehr "Kraft" am Heck entwickelt.



Die alte ßbersetzung mit 1:4,27 und 115er Blätter,

oder die neue mit 1:4,71 mit 106er Blätter


Interessant für mich wäre hier jetzt eine genaue, mathematische Errechnung, und nicht irgenwelche Schätzungen


Ich hoffe ich habe die Frage einigermaßen verständlich formuliert...


...

[K e v]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

Schwierig und im Prinzip kaum zu beantworten. Da spielen noch soviele Faktoren mit rein. Wie siehts zb. mit der Geometrie der Blätter aus. Ist die gleich? Wie stehts mit dem Regler? Kann der die Drehzahl bei beiden Varianten gleichermaßen stabil halten. Reißt die Strömung eventuell bei zu hoher Geschwindigkeit ab oder bilden sich Verwirbelungen durch die das nachlaufende Blatt durch muss und so den Wirkungsgrad mindert? Und und und.....

Ich glaub kaum das das so einfach zu berechnen ist aber ich würde so rangehen.

Was hat Einfluss auf den Luftdurchsatz an einem Rotor welcher damit die Kraft bestimmt. Die zwei Hauptfaktoren sind warscheinlich Winkelgeschwindigkeit bzw Blattspitzengeschwindigkeit ( in Richtung Drehpunkt hat das Blatt keine so hohe Geschwindigkeit ergo weng Durchsatz) und der Radius bzw die Kreisfläche (mehr Einzugsfläche für Luft dadurch mehr Durchsatz)

Nehmen wir als Drehzahl mal 2000 an, als Radius von der HRW zur Blatthalterschraube 5cm.

In Fall 1 mit 1:4,27 und den 115er kommst du auf einen Gesamtradius von 0.165m und auf eine Winkelgeschwingigkeit Omega=895s^-1. Macht über v=wr eine Blattspitzengeschwindigkeit von v=150,35m/s
Kreisfläche aus A=Pi*r^2 von 0.0855 m^2

Fall 2 mit r=0.156 und Omega=986s^-1 auf v=154m/s.
A=0.0754m^2

Das macht ziemlich genau 2% Unterschied in der Blattspitzengeschwindigkeit zugunsten Fall 2 und 12% in der Fläche zugunsten Fall1.

Gleicht sich das gegenseitig aus? Wie genau beeinflussen die beiden Werte jetzt den gesamten Luftdurchsatz? Keine Ahnung (eventuell über den Impus p=mv?) aber mein Baugefühl vorm rechnen meinte ich nehm die großen Blätter bei geringerer Drehzahl und nach dem rechnen sag ich:
Ich nehm lieber marginal langsamer laufende Blätter mit größerem Einzugsgebiet als die andere Variante.
Wo genau hier der Punkt wäre an dem an dem ich meine Meinung ändern würde kann ich dir nicht wirklich sagen.

Ich würde es ganz einfach teste aber warscheinlich wirst du keinen besonders großen Unterschied feststellen können.

Gruß Kevin

[beetlejuice]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

Ein anderer Ansatz: von der allg. Auftriebsformel her geht ja die Geschwindigkeit im Quadrat ein, die Fläche aber linear. Vllt. kann das ja wer rechnen, der's kann

So gesehen sollte - zumindest theoretisch betrachtet - die größere Drehzahl mehr bringen.

Günter

[Taumel S.]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

Hier stehen auch noch ein paar gute Ansätze:

Was ist effektiver - größere Heckblätter oder mehr Drehzahl am Heck? - RC-Heli Community

[Diablol]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

Das ist gut dass du den Fred grad startest, nightfarmer, da ich grad auch große ßberlegungen dazu anstelle.

Ich bring mal einfach mein Wissen mit ein. (ohne Gewähr)

Also die generelle Kraft/Schub eines Propellers lässt sich mit

F = ρ * A * V²V = n * z * 1/60

n...Drehzahl min^-1 (rpm)
z... Vortrieb bzw Propellersteigung

z kann idealisiert über den Anstellwinkel α berechnet werden
z = tan α * pi * d
d...mittlerer Durchmesser des Rotors


Wenn man die Gesamtformel qualitativ beurteilt,

F = ρ * pi * (d²/4 * n * tan α * pi * d)²

dann steck da mMn der Durchmesser sehr dominierend drind.

Dass das alles sehr idealisiert ist sollte klar sein! z.B. wird der Schlupf nicht betrachtet, ist aber bei variablen Pitch vllt nicht ganz so wichtig.

Nicht ganz unwichtig ist in der Hinsicht aber, dass man z.B. im Schwebeflug die beste Leistung durch große Blätter bekommt und wenig Pitch, grad wegen dem Schlupf. Nehmen wir aber eine Fahrtpirouette dann ist der limitierende Faktor die Strahlgeschwindigkeit. Diese muss hier sehr hoch sein weil man natürlich nicht schneller fliegen(drehen) kann als dem Propeller seins Austrittsgeschwindikeit.

Tja und jetzt kommt mein Problem, wo genau steckt denn jetzt die Blattanzahl drin?
Im Vorschub also Steigung??

Weil ich grad von größeren 2 Blat Heck auf kleineres 3 Blatt Heck umstelle bei gleicher Drehzhal.
ODER eben doch großes 3 Blatt Heck mit weniger Drehzahl...??

lol... nicht so einfach, ich hoffe hierzu gibt es Erfahrungsberichte, Leute die von 2 Blatt auf 3 Blatt umgestiegen sind und wie verhalten sich das Heckdrehzahlen?

[Dachlatte]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

Effektiver is beides, längere Blätter und höhere Heckdrehzahl

[Diablol]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

Ok einige Antworten habe ich hier gefunden
Bibel:

http://www.rc-network.de/magazin/artikel_02/art_02-0037/Standschub.pdf

Sehr interessant ist der Vergleich 2 zu 3 blatt ab seite 11

[LudwigX]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

Ist die erste Klammer nicht an der falschen Stelle? Das d^2/4 gehört doch zur Fläche, also dem nicht quadratischem Anteil.
Deine Formeln würden uns erlauben den Standschub zu ermitteln (man kann sie in diesem Fall stark vereinfachen da viele Werte sowieso für beide Szenarien gleich wären). Aber wie du schon erkannt hast ist das für Fahrtpiruetten egal.

[Diablol]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

Ist die erste Klammer nicht an der falschen Stelle? Das d^2/4 gehört doch zur Fläche, also dem nicht quadratischem Anteil.

[beetlejuice]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

Ok einige Antworten habe ich hier gefunden
Bibel:

http://www.rc-network.de/magazin/artikel_02/art_02-0037/Standschub.pdf

Sehr interessant ist der Vergleich 2 zu 3 blatt ab seite 11

Sehr interessanter und verständlicher link - Danke!

Günter

[Inder-Nett]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

http://www.rc-network.de/magazin/art...Standschub.pdf
Sehr interessant ist der Vergleich 2 zu 3 blatt ab seite 11

... was eigentlich die aktuelle 3-Blatt-Hype ziemlich ad absurdum führt.
Effizienter ist das definitiv nicht!

[Diablol]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

In gewisser Hinsicht ja.

Ich glaube aber dass man hier noch viel diskutieren könnte und inWirklichkeit zählt doch eh nur die Erfahrung.
Einfach ein drittes 2 Blatt dazu schnallen ist sicher nicht DIE Lösung aber am Kopf bringt ein optimierter 3 Blatt ja schon ein anderes, tolles Fluggefühl.
Am Heck fande ich die 3 Blattidee ziemlich überzeugend, mal sehen was daraus wird.

Und die andere Sache wo ich jedesmal kopfschüttelnd lachen muss, nichts gegen dein Post, ist die Verwendung von Effizienz und 3d Heli in einem Satz.
Also wenn man mit einem 3 Blatt geiler 3d fliegen kann/könnte, dann her damit, was hat smacken mit Effizienz zu tun
Wenn man mit 3 Blatt F3C gewinnt, wen juckt da 10% weniger Flugzeit.

Ich damit, nur weil es aufm Papier uneffizienter ist kann es trotzdem Einsatzzwecke mit Spaß haben. Ein TicToc ist auch nicht grade Effizient um in der Luft zu bleiben

Mir persönlich gefällt der Sound von 3 Blatt Hauptrotor gar nicht, von daher schon kein Thema.
Gegenteiliges am Heck.

[olaf12]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

... was eigentlich die aktuelle 3-Blatt-Hype ziemlich ad absurdum führt.
Effizienter ist das definitiv nicht!

Na so kann man das nicht pauschal sagen. Beim Dreiblatt kann man dann mit weniger Drehzahl fliegen.

Zitat aus deiner verlinkten Datei:

"Bei gleicher Drehzahl würde die 3-Blattversion den 1,4fachen Schub und die 1,6fache Leistungsaufnahme
gegenüber dem 2-Blatt aufweisen. ßndert sich die Drehzahl, kann kann man dies mit
den schon angegebenen Regeln (der Schub ändert sich mit dem Quadrat und die Leistung mit der
3. Potenz der Drehzahl) noch umrechnen."

[Diablol]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

Ja ne, was die Effizienz angeht hat er schon recht. Selbst bei äquivalenter Drehzahl sind die Verluste größer als mit 2 Blatt.

[Inder-Nett]

AW: Frage zur Aerodynamik - mehr Drehzahl oder mehr Fläche am Heck - was ist effizien

Und die andere Sache wo ich jedesmal kopfschüttelnd lachen muss, nichts gegen dein Post, ist die Verwendung von Effizienz und 3d Heli in einem Satz.
Also wenn man mit einem 3 Blatt geiler 3d fliegen kann/könnte, dann her damit, was hat smacken mit Effizienz zu tun

Ganz einfache Rechnung: Du brauchst die 1,6-fache Leistung für den 1,4-fachen Schub, hast aber auf Nick und Roll wegen der Rotationsträgheit der 1,5-fachen Rotorblatt-Masse die 1,5-fache Trägheit.
D.h. auf Nick und auf Roll hat man durch den 3-Blatt-Kopf weniger Agilität!
Nur auf Pitch kommt das Mehr an Leistung zum Tragen.
D.h. gerade für 3-D-Smacken ist der 3-Blatt-Kopf absurd.

Sinnvoll ist der bestenfalls für's Speeden, weil man da mit 2-Blatt-Köpfen bereits an der kritischen Blattspitzen-Geschwindigkeit angekommen ist, d.h. da geht mit mehr Drehzahl nichts mehr.