Hallo zusammen
Im Multikopterbereich existieren ja viele Mythen, Theorien und Halbwissen. Den Anstoss, einige dieser Dinge aufzuklären, hat mir letztendlich dieser Thread gegeben.
Edit: Eine schöner formatierte Version dieser Testreihe gibt es hier
[size=+1]Inhalt:[/size]
1. Testsetup
2. Koaxkopter sind ineffizient!
3. Die Akkupannung hat einen Einfluss auf die Effizienz
4. SimonK Regler führen zu 15% Effizienzverlust
5. Ausbalancierte Propeller = längeren Flugzeit
6. Verschiedene Propellergrössen und ihre Auswirkungen
7. Verschiedene Propellerformen und ihre Auswirkungen
[size=+1]1. Testsetup[/size]
- Regler: f20a Simonk & unbekannter 45 A Regler
- Motoren: NTM28/26 1000kv
- Propeller: Carbon 10x5
- Propellerabstand Koax: 6.8 cm
Beachte: Die Daten – vor allem bei der Koax-Anordnung – können je nach Setup unterschiedlich ausfallen. Meine Tests sind weder allgemeingültig noch 100% exakt.
[size=+1]2. Koaxkopter sind ineffizient[/size]
Wie man in der Grafik sieht, trifft das in meinem Fall absolut nicht zu.
Mögliche Begründung: Die Last pro Motor ist geringer, was zu mehr Effizienz führt.
Was man aber beachten muss: Der Schub & die elektrische Leistung der Koaxanordnung teilt sich auf zwei Motoren auf. Möchte man dies bereinigen, kann man bei der Koax-Anordnung Schub und Leistung halbieren, um das Ganze „pro Motor“ zu berechnen.
Hier liegt die Koaxanordnung nun ganz knapp hinter der Flat Anordnung. Leider reichen meine Daten nur bis 250g Schub, weswegen eine abschliessende Beurteilung schwer ist.
Mögliche Begründung: Pro Motor gerechnet schneidet die Koax-Bauweise schlechter ab, da sich die Motoren jeweils gegenseitig negativ beeinflussen.
Mythos falsch
[size=+1]3. Die Akkupannung hat einen Einfluss auf die Effizienz [/size]
Was in dem Anfangs verlinkten Thread auch ein Thema war: Beeinflusst die Akkuspannung die Effizienz?
Tatsächlich: Die benötigte elektrische Leistung wird umso grösser, je höher die Spannung ist!
Mögliche Begründung:
Der Regler gibt immer die volle Spannung an die Motoren ab – im Teillastbereich wird das Signal einfach zerhackt. Bei hoher Spannung muss entsprechend mehr zerhackt werden, es fliesst in diesen kurzen Phasen aber ein höherer Strom – die Effizienz sinkt.
Mythos richtig
[size=+1]4. SimonK Regler führen zu 15% Effizienzverlusten[/size]
Diese Behauptung habe ich schon mehrmals in Foren gelesen - sind Regler mit SimonK Firmware tatsächlich eine solche Effizienzkatastrophe?
Stimmt ganz klar nicht - die SimonK Regler waren in meinem Versuch nur ganz knapp hinter dem "normalen" Regler, was aber auch Messungenauigkeiten sein könnten. Von 15% weniger Effizienz ist nichts zu sehen.
Mögliche Begründung: Die höhere Taktrate von SimonK beeinflusst den Wirkungsgrad nur minimal. Auch möglich ist aber, dass mit hochwertigen Nicht-SimonK tatsächlich noch etwas mehr Strom eingespart werden könnte! Da ich aber sowohl billig-SimonK als auch billige nicht-SimonK Regler verwendet habe, scheint mir das durchaus ein fairer Vergleich zu sein.
Mythos falsch
[size=+1]5. Ausbalancierte Propeller führen zu längeren Flugzeiten[/size]
Okay, das ist nicht unbedingt etwas, wovon man öfters hört und liest. Es hat mich aber persönlich interessiert, ob durch Ausbalancieren die Effizienz gesteigert werden kann. Und tatsächlich:
Es scheint, als ob vor allem bei höheren Drehzahlen eine Unwucht das ein oder andere Gramm an Leistung schluckt!
Mögliche Begründung: Bei unbalancierten Propellern/Motoren wird die elektrische Leistung nicht nur in Schub und Abwärme, sondern auch in Bewegungsenergie der Vibrationen umgewandelt.
Mythos richtig
[size=+1]6. Verschiedene Propellergrössen und ihre Auswirkungen[/size]
Zum Test stehen: 12'', 10'' und 7''.
Wie man sehr gut sieht, nimmt die Effizienz zusammen mit der Propellergrösse ab.
Mögliche Begründung: Je kleiner der Propeller, desto kleiner ist die von ihm überstrichene Fläche. Da der Umfang (Randverwirblungen) proportional zum Radius ansteigt, die Fläche aber quadratisch, werden Randverwirblungen umso grösser je kleiner der Propeller ist.
Dazu kommt, dass grosse Propeller grosse Luftmassen auf geringe Geschwindigkeiten beschleunigen. Kleine Propeller beschleunigen kleine Luftmassen auf hohe Geschwindigkeiten. Obwohl der Impuls p=m*v bei beiden gleih ist, ist die Energie beim grossen Propeller viel geringer - denn die Luftgeschwindigkeit steht in der Formel für kinetische Energie im Quadrat. E=m*v^2/2.
Weiter ist der Zeitraum, der zwischen dem passieren beider Rotorblätter vergeht, bei kleinen Propellern auch deutlich kleiner - Verwirblungen durch die Propellerblätter werden relevanter, die Effektivität sinkt.
[size=+1]7. Verschiedene Propellerformen und ihre Auswirkungen[/size]
Momentan gibt es hauptsächlich zwei Propellerformen auf dem Markt: Jene der "slowfly-propeller" und der Graupner-Eprop-Style. Bei dem "Carbon 10'' " handelt es sich um einen Eprop-style Propeller, der Cfk-Verstärkte (im Diagramm "gfk") ist ein Slow-fly Propeller.
Der Slow-fly-Propeller ist leicht Effizienter. Doch wie sieht es mit dem Schub aus?
Der "slow-fly-style" Propeller schafft es, rund 110g mehr an Schub zu produzieren! Das ist immerhin ein Unterschied von mehr als 15%.
Mögliche Begründung: Die Effizienz der Propeller ist relativ ähnlich, da beide 10'' gross sind. Der Slowfly ist leicht effektiver, da er etwas breiter ist - es gibt weniger Verwirblungen, der Luftstorm wird gleichmässiger. Zudem ist das "Flügel-Prinzip" - also die typische Rundung - bei Slowflypropellern ausgeprägter. Da die E-prop-style Propeller gleichmässig an Durchmesser abnehmen, sind sie im äusseren Bereich relativ dünn. Die Geschwindigkeit des Propellerblattes ist aber um so höher, je weiter gemessen wird: Die breitere Fläche des Slowflypropellers im äusseren Bereich führt dazu, dass mehr Luft "mitgerissen" wird; der maximal-Schub wird grösser.
Grüsse,
Christian
P.s. Ich habe die g/W Angabe als Effizienz verwendet. Das ist physikalisch gesehen nicht ganz korrekt,
ist hier aber nicht weiter wichtig
P.p.s Eine schlaue Fomatierung in diesem Forum hinzukriegen ist echt mühsam. Ein brauchbarer Editor oder so etwas wäre eine super Neuerung
Im Multikopterbereich existieren ja viele Mythen, Theorien und Halbwissen. Den Anstoss, einige dieser Dinge aufzuklären, hat mir letztendlich dieser Thread gegeben.
Edit: Eine schöner formatierte Version dieser Testreihe gibt es hier
[size=+1]Inhalt:[/size]
1. Testsetup
2. Koaxkopter sind ineffizient!
3. Die Akkupannung hat einen Einfluss auf die Effizienz
4. SimonK Regler führen zu 15% Effizienzverlust
5. Ausbalancierte Propeller = längeren Flugzeit
6. Verschiedene Propellergrössen und ihre Auswirkungen
7. Verschiedene Propellerformen und ihre Auswirkungen
[size=+1]1. Testsetup[/size]
- Regler: f20a Simonk & unbekannter 45 A Regler
- Motoren: NTM28/26 1000kv
- Propeller: Carbon 10x5
- Propellerabstand Koax: 6.8 cm
Beachte: Die Daten – vor allem bei der Koax-Anordnung – können je nach Setup unterschiedlich ausfallen. Meine Tests sind weder allgemeingültig noch 100% exakt.
[size=+1]2. Koaxkopter sind ineffizient[/size]
Wie man in der Grafik sieht, trifft das in meinem Fall absolut nicht zu.
Mögliche Begründung: Die Last pro Motor ist geringer, was zu mehr Effizienz führt.
Was man aber beachten muss: Der Schub & die elektrische Leistung der Koaxanordnung teilt sich auf zwei Motoren auf. Möchte man dies bereinigen, kann man bei der Koax-Anordnung Schub und Leistung halbieren, um das Ganze „pro Motor“ zu berechnen.
Hier liegt die Koaxanordnung nun ganz knapp hinter der Flat Anordnung. Leider reichen meine Daten nur bis 250g Schub, weswegen eine abschliessende Beurteilung schwer ist.
Mögliche Begründung: Pro Motor gerechnet schneidet die Koax-Bauweise schlechter ab, da sich die Motoren jeweils gegenseitig negativ beeinflussen.
Mythos falsch
[size=+1]3. Die Akkupannung hat einen Einfluss auf die Effizienz [/size]
Was in dem Anfangs verlinkten Thread auch ein Thema war: Beeinflusst die Akkuspannung die Effizienz?
Tatsächlich: Die benötigte elektrische Leistung wird umso grösser, je höher die Spannung ist!
Mögliche Begründung:
Der Regler gibt immer die volle Spannung an die Motoren ab – im Teillastbereich wird das Signal einfach zerhackt. Bei hoher Spannung muss entsprechend mehr zerhackt werden, es fliesst in diesen kurzen Phasen aber ein höherer Strom – die Effizienz sinkt.
Mythos richtig
[size=+1]4. SimonK Regler führen zu 15% Effizienzverlusten[/size]
Diese Behauptung habe ich schon mehrmals in Foren gelesen - sind Regler mit SimonK Firmware tatsächlich eine solche Effizienzkatastrophe?
Stimmt ganz klar nicht - die SimonK Regler waren in meinem Versuch nur ganz knapp hinter dem "normalen" Regler, was aber auch Messungenauigkeiten sein könnten. Von 15% weniger Effizienz ist nichts zu sehen.
Mögliche Begründung: Die höhere Taktrate von SimonK beeinflusst den Wirkungsgrad nur minimal. Auch möglich ist aber, dass mit hochwertigen Nicht-SimonK tatsächlich noch etwas mehr Strom eingespart werden könnte! Da ich aber sowohl billig-SimonK als auch billige nicht-SimonK Regler verwendet habe, scheint mir das durchaus ein fairer Vergleich zu sein.
Mythos falsch
[size=+1]5. Ausbalancierte Propeller führen zu längeren Flugzeiten[/size]
Okay, das ist nicht unbedingt etwas, wovon man öfters hört und liest. Es hat mich aber persönlich interessiert, ob durch Ausbalancieren die Effizienz gesteigert werden kann. Und tatsächlich:
Es scheint, als ob vor allem bei höheren Drehzahlen eine Unwucht das ein oder andere Gramm an Leistung schluckt!
Mögliche Begründung: Bei unbalancierten Propellern/Motoren wird die elektrische Leistung nicht nur in Schub und Abwärme, sondern auch in Bewegungsenergie der Vibrationen umgewandelt.
Mythos richtig
[size=+1]6. Verschiedene Propellergrössen und ihre Auswirkungen[/size]
Zum Test stehen: 12'', 10'' und 7''.
Wie man sehr gut sieht, nimmt die Effizienz zusammen mit der Propellergrösse ab.
Mögliche Begründung: Je kleiner der Propeller, desto kleiner ist die von ihm überstrichene Fläche. Da der Umfang (Randverwirblungen) proportional zum Radius ansteigt, die Fläche aber quadratisch, werden Randverwirblungen umso grösser je kleiner der Propeller ist.
Dazu kommt, dass grosse Propeller grosse Luftmassen auf geringe Geschwindigkeiten beschleunigen. Kleine Propeller beschleunigen kleine Luftmassen auf hohe Geschwindigkeiten. Obwohl der Impuls p=m*v bei beiden gleih ist, ist die Energie beim grossen Propeller viel geringer - denn die Luftgeschwindigkeit steht in der Formel für kinetische Energie im Quadrat. E=m*v^2/2.
Weiter ist der Zeitraum, der zwischen dem passieren beider Rotorblätter vergeht, bei kleinen Propellern auch deutlich kleiner - Verwirblungen durch die Propellerblätter werden relevanter, die Effektivität sinkt.
[size=+1]7. Verschiedene Propellerformen und ihre Auswirkungen[/size]
Momentan gibt es hauptsächlich zwei Propellerformen auf dem Markt: Jene der "slowfly-propeller" und der Graupner-Eprop-Style. Bei dem "Carbon 10'' " handelt es sich um einen Eprop-style Propeller, der Cfk-Verstärkte (im Diagramm "gfk") ist ein Slow-fly Propeller.
Der Slow-fly-Propeller ist leicht Effizienter. Doch wie sieht es mit dem Schub aus?
Der "slow-fly-style" Propeller schafft es, rund 110g mehr an Schub zu produzieren! Das ist immerhin ein Unterschied von mehr als 15%.
Mögliche Begründung: Die Effizienz der Propeller ist relativ ähnlich, da beide 10'' gross sind. Der Slowfly ist leicht effektiver, da er etwas breiter ist - es gibt weniger Verwirblungen, der Luftstorm wird gleichmässiger. Zudem ist das "Flügel-Prinzip" - also die typische Rundung - bei Slowflypropellern ausgeprägter. Da die E-prop-style Propeller gleichmässig an Durchmesser abnehmen, sind sie im äusseren Bereich relativ dünn. Die Geschwindigkeit des Propellerblattes ist aber um so höher, je weiter gemessen wird: Die breitere Fläche des Slowflypropellers im äusseren Bereich führt dazu, dass mehr Luft "mitgerissen" wird; der maximal-Schub wird grösser.
Grüsse,
Christian
P.s. Ich habe die g/W Angabe als Effizienz verwendet. Das ist physikalisch gesehen nicht ganz korrekt,
ist hier aber nicht weiter wichtig
P.p.s Eine schlaue Fomatierung in diesem Forum hinzukriegen ist echt mühsam. Ein brauchbarer Editor oder so etwas wäre eine super Neuerung
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