Bedarf an Motorkunde...

[FerdinandK]

@Orion,
Jetzt ist aber etwas die Internet-Physik mit Dir durchgegangen. In der Praxis wird immer die Kombination Prop/Motor/ESC betrachtet. Den größten Einfluss hat der Propeller, daher ist relativ schnell etwas effizienter, wenn es den größeren Prop drehen kann. Was die Motoren betrifft so ist es eben gerade die Herausforderung effiziente Motoren mit wenig KV ( viele Wicklungen, dünner langer Kupferdraht ). Es ist wesentlich einfacher einen effizienten Motor mit hoher Drehzahl zu wickeln, deshalb wird ja sonst immer mit Getriebe gearbeitet um hochdrehende Motoren verwenden zu können. Es ist durchaus möglich 1KW elektrische Dauerleistung mit 300gr Motor zu realisieren, aber nicht als pancake und nicht mit low KV.

Natürlich ist es auch wichtig (und effizient) den Motor NICHT überzudimensionieren. Gerade wenn der Motor im niedrigen Regelbereich läuft (es wird immer Vollgas gepulst) sind die Verluste am größten. Wenn es einen Kopter gibt der 4:1 Schub:Gewicht hat, kann man durch wechseln der Motoren einen Kopter bauen der effizienter läuft (mit z.B. 2:1).

Wenn man hier was schreibt, sollte es auch richtig sein, die Leute glauben das dann ja.

lg Ferdl

 

[Ori0n]

Das mit den Wicklungen ist klar, aber dass ein Motor im höheren Drehzahlbereich effizienter läuft als im unteren ist mir neu. Rein elektrisch ok, aber vom Verhältnis Reingesteckte Leistung-erzeugter Schub sicher nicht. Meiner Meinung nach ist die g/W Angabe eine Angabe der Effizienz, die ist bei fast allen Motoren im unteren Drehzahlbereich deutlich höher als im oberen.
Nimmt man jetzt Motoren die bei 30% Regleröffnung zum Schweben ausreichen (="stärkerer Motor") oder Motoren die bei 60% Regleröffnung zum Schweben reichen (=schwächerer Motor"), dann macht das einen ordentlichen Unterschied bei der g/W Angabe. Mit dem "stärkeren Motor" würde man für das Schweben weniger Watt brauchen als mit dem "schwächeren Motor" bei dem selben Schub. Daraus würde wiederum folgen dass man mit dem "stärkeren Motor" bei selbem Akku länger schweben kann.
Oder habe ich mich getäuscht?

PS: Zur Erklärung zu meinem Post Nr. 17: mit "stärkerem Motor" war ein Motor mit mehr Leistung und weniger KV gemeint, woraus sich ähnlich dem oberen Beispiel ein höherer g/W-Wert einstellen würde (meinem bisherigen Verständnis nach).

 

[FerdinandK]

Die Kombination PROPELLER/Motor/ESC mag effizienter sein, der MOTOR aber nicht. Es gibt keinen Motor der Dir Schub liefert, das geht nur in Verbindung mit einem PROPELLER. Daher je höher die Drehzahl, desto effizienter der MOTOR, beim Propeller ist es leider umgekehrt, daher muss man bei Auslegen auch etwas nachdenken.

Wenn Du einen Copter mit Motoren hast, so dass der in Kombination mit einem PROPELLER bei 30% (Throttle) schwebt, dann gibt es (zu diesem Copter zu diesem Propeller) einen effizienteren Motor (mit weniger KV, ev leichter) der dann bei 60% (Throttle) schwebt. Die Effizient der Propeller bleibt gleich, aber der Motor läuft (im Vergleich zum Motor davor) effizienter.

lg Ferdl

P.S.: Deswegen sollte eine Antriebsauslegung für einen Copter immer beim Propeller beginnen. Was ich beim Propeller durch Fehlanpassung versch****en habe, kann ich durch den Motor (bei weitem) nicht mehr ausgleichen.

 

[Ori0n]

Ok, war ein Missverständnis . Ich habe MOTOR immer auf Motor-Prop-ESC Kombination bezogen, da das irgendwie in einer Hand geht (größerer Motor, weniger KV, größerer Prop) und nicht NUR den Motor.

 

[73bm73]

Moritz, g/W ist keine Aussage - schon garnicht bezüglich der Effizienz!

Das wäre, als ob du ein Fahrzeug mit "je stärker, desto schneller" bewerten würdest. Wie schnell ist ein Bus? Ein LKW? Ein Schiff?

Um von Effizienz sprechen zu können muss man Brutto-Leistung mit Netto-Leistung vergleichen. Eingetragener Leistung (Akkuleistung) zu abgegebener Leistung. Und die abgegebene Leistung ist nicht Schub alleine sondern das Produkt aus Schub (Gramm bzw. Newton) und Strahlgeschwindigkeit (m/s).
Für den Schub ist der Propellerdurchmesser, und für die Strahlgeschwindigkeit die Propellersteigung verantwortlich.

Der Wirkungsgrad eines Propeller (mit selber Blattgeometrie) erhöht sich generell durch größeren Durchmesser (aber auch nur bis ca. 1,5m) und durch erhöhen der Steigung bis zu einem Steigungs-ø-Verhältnis von ca. 1:1. Das wäre für einen Copter aber wiederum nicht besonders sinnvoll weil dabei ja das gesamte Gewicht am Propeller hängt und dann der Motor wieder in einem beschissenen Wirkungsgradbereich laufen würde. Und zum Schweben benötigt man keinen Speed. Deshalb der übliche Copter-Kompromiss mit einer Steigung von ca. des halben Durchmessers.

Um das zu bewerkstelligen benötigt man das Drehmoment (Kraft [Nm]) und die Drehzahl des Motors - dieser gibt damit die Wellenleistung an den Propeller aus. Motor und ESC bilden eine Einheit und verbraten Verlustleistung mittels Wärme.
Ganz überschlagsmäßig könnte man auch sagen, je mehr Drehmoment der Motor aufbringen kann desto mehr Schub kann ich damit erzeugen. Je mehr Drehzahl, desto mehr Speed. Stimmt aber nur in gewissen Grenzen!

Nur Schub ist aber nicht die Leistung. Somit ist durch den Schub alleine eine Aussage über die Effizienz des gesamten Antriebes (oder Teilen davon) nicht möglich. (Der berühmte Vergleich mit Äpfel und Birnen...)

Antriebsauslegung ist wie Fahrwerkseinstellung bei einem Fahrzeug. Verändert man eine Variable muss man alle Anderen darauf wieder abstimmen.
Nur so kann man im Gesamten optimieren.

 

[Tomster]

Respekt!
Euer physikalisches Wissen und dessen Adaption auf den Kopterbetrieb ist schon klasse. Da lernt man wirklich was.

Nur fürchte ich, dass der geneigte Anfänger und Nichtphysiker es trotzdem schwer hat, die geeigneten Komponenten für genau seinen Kopter zu finden.

Wie geht man sinnvoll vor?
Beispielvorgabe: Hexakopter für normale Flugzeiten (ca. 15Minuten) inkl. FPV unter Verwendung von 4s-Lipos
1. ich errechne mir die max. Propellergröße passend zu meinem Rahmen
Das wären bei 700mm Motorenabstand z.B. 12" Props
2. ich errechne das Abfluggewicht
Sagen wir mal, wir reden hier von 2500 Gramm.
3. Motorenwahl
Die 6 Motoren sollen also mit den 12"er Props ca. 6Kg heben können (denke, die Reserve reicht dann auch, oder?)
Sollten also Motoren sein, die bei 14,8V und dem 12"er Prop ca.280-300W Leistung erzeugen bei 800kv. Die werden dann vermutlich so um die 19A unter Last ziehen und dann sogar etwas mehr als 1 Kg drücken können.

Wenn ich nicht vollkommen daneben liege, ist das doch auch eine Herangehensweise für Anfänger.

Bis dann
Tom

 

[FerdinandK]

Wie lege ich einen Kopter aus 1.0

1) Bestimmen der Nutzlast. Alles was der Kopter mitnehmen soll, aber nicht zum fliegen braucht, ist Nutzlast
Landegestell, Kamera, Gimbal, LEDs ,Videoswitch, Abdeckungen, ...
So als Anhaltspunkt
FPV only 100-200gr (Cam+Sender+OSD, ev leichtes kleines Landegestell oder Landebeine)
GoPro auf Gimbal 300-500gr (Cam+Gimbal+Sender+OSD, ev leichtes kleines Landegestell oder Landebeine)
Nex/GH2 auf BL-Gimbal 1000-1500gr (Cam+Gimbal+Sender+ODS, Landegestell)
Nex/GH2 auf 3-achs Gimbal 2500-3000gr (Cam+ Gimbal,... + EZFW)
Vollformat auf BL-Gimbal 3000-5000gr (Cam+Gimbal+Landegestell, .....)
Klappmechanik ist payload ...
Üblicherweise wird die payload immer unterschätzt.

2) Bestimmen des AUW. Nach der Pi*Daumen-Regel 1:1:1 Payload:Kopter:Akku kann der unerfahrene Kopteristi sein AUW abschätzen.
2kg payload->6kg AUW
1kg payload->3kg AUW
...
Üblicherweise wird das AUW immer unterschätzt.

3) Rahmenauswahl. Je nach Anwendungszweck wird der Koptertyp bestimmt. Hier gibt es eine kleine Übersicht:
http://blog.multirotor-community.eu/2013/05/31/ubersicht-kopterkonfigurationen/
Aus meiner Sicht gibt es nur Quad, X8 und ev X16, alles andere ist suboptimal.
Wenn es max Leistung braucht, dann ein Quad,
wenn ein Motor ausfallen können soll, dann ein X8 oder ein X16,
wenn in der Mitte viel freier Platz gebraucht wird, dann ein X16.
Wenn ich eine bestimmte Motor/Propeller/ESC Kombination bevorzuge, das aber als Quad nicht ausreicht, dann eben X8 oder X16.
Üblicherweise wird der Rahmen immer zu klein gewählt.

4) Der Antrieb
Hat man nun das AUW und den Coptertyp ( = Anzahl der Motoren) ermittelt, dann den Propeller größtmöglich wählen, und zu diesem Propeller und den gewählten Akkus (also deren Spannung) die Motoren auswählen. Also Faustregel sollte pro Motor ein Schub bei Vollgas von 2xAUW/Anzahl der Motoren) erreicht werden. Der Regler sollte nach der max Belastung bei Vollgas gewählt werden. Das Motorgewicht sollte in etwa der Last in Watt entsprechen. Also bei 50Watt durchschnittlicher Dauerlast pro Motor, solle der Motor 50gr haben. Das bedeutet, je größer die Propeller (desto effizienter), desto leichter können die Motoren im Verhältnis sein.
Als Beispiel X8, 4kg AUW, 17"props, Schwebeflug bei ca 10gr/Watt, 4/(8*10)= 50gr Motoren.
Anderes Beispiel X8 4kg AUW, 11" Props, Schwebeflug bei ca 5gr/Watt 4/(8*5)= 100gr Motoren.
Je schwerer die Motoren (natürlich auch je besser die Lager, ...) desto mehr Sicherheit (kühler) die Motoren.
Bei der Auswahl des Propellers ist es auch wichtig den Verwendungszweck im Auge zu behalten. Die "üblichen" Propeller sind gut für Schweben und sanften Rundflug, wenn es schneller und windresistenter sein soll, dann Propeller mit mehr Steigung wählen (z.B. Graupne 14x8) also Steigung > Durchmesser/2.

Üblicherweise passieren bei der Antriebsauslegung die merkwürdigsten Dinge.

5) Copter bauen, payload und Akku montieren und los kann es gehen.

6) bitte meine Signatur beachten.

lg Ferdl

 

[DerLange]

Nabend, Männer.
Ich muss den treat mal aus seinem Winterschlaf zerren mit einer Frage. Warscheinlich habe ich es auch nur überlesen, aber ich frage mich, wie errechne ich wieviel Schub ein Motor hat? Sicher hat es was mit der Leistung zu tun... kann mir da wer weiter helfen?
Grüße

 

[schnellmaleben]

Den kann man nicht direkt errechnen - er hängt vom Wirkungsgrad, also dem Verhältnis elektrische Eingangsleistung zu mechanischer Ausgangsleistung, ab. Im optimalen Arbeitspunkt bei brauchbaren Brushlessmotoren liegt der so irgendwo um die 80-90%. Üblicherweise gibt es Kennlinien, die nur für einen bestimmten Propeller gelten, wo man dann ablesen kann was mechanisch rauskommt - und das kann man (wenn der Propeller genau vermessen ist) auch in Schub weiter rechnen (Ist nicht ganz einfach, da das Drehmoment und damit resultierend die Drehzahl des Propellers ebenfalls unbekannte sind).

Die Kennlinie kann aber (außer durch Simulation, aber das lasse ich hier mal weg) nur vermessen werden. Da kann man auch gleich mit dem Wunschpropeller komplett den Schub durchmessen.

Langer Rede kurzer Sinn, ecalc gibt (mehr oder weniger) gute Richtwerte; vielleicht hilft Dir das schon weiter. Mit etwas rumspielen dort kann man auch unbekannte Motoren deren kv und maximale Leistungsaufnahme gegeben ist, sicher in eine Propeller- und Schubklasse einsortieren.

 

[DerLange]

Okay. Vielen Dank für die Erklärung. Dann setz ich mich damit mal auseinander.
Finde es super das in diesem treat echt die Materie erklärt wird und nicht auf Google verwiesen wird. Daumen hoch! !!!