1T. Kuentzle , U. Wahl
Berechnung des Flügelauftriebs eines Drehflüglers durch mehrfache zweidimensionale Berechnung von Flügelschnitten
mithilfe von JavaProp
Gesamtprojekt: Hexakopter
T. Kuentzle, U. Wahl
2T. Kuentzle , U. Wahl
GLIEDERUNG1. Aufgabenstellung
2. Grundlagen
3. Berechnung nach der Strahltheorie
4. Versuch am Prüfstand
5. Simulation mit JavaProp
6. Vergleich und Fazit
7. Literatur/ Quellen
3T. Kuentzle , U. Wahl
1. Aufgabenstellung
F&E- Projekt Hexakopter:
• Konstruktion und Auslegung eines Hexakopters
Versuchsplattform für Steuerungssoftware
• Grundlagen (Literaturrecherche)
• Ableitung der Geometrie des Rotorblatts Schnitte
• Simulation mit JavaFoil (nicht möglich) JavaProp
• Ergebnisse und Vergleich mit Berechnung und Prüfstand
4T. Kuentzle , U. Wahl
2.GRUNDLAGENStrahltheorie Blattelementtheorie
Eigene Berechnung JavaProp Analytisch Iterativ
5T. Kuentzle , U. Wahl
2.1 BERECHNUNG NACH STRAHLTHEORIE
Leistungsbedarf Schwebeflug:Idee:• Betrachtung eines Stromfadens• Unterteilung in 3 Ebenen• Idealer Rotor kreisförmiges Kontinuum• Druckdifferenz * Fläche Schubkraft• Vernachlässigung Verluste
Keine Auskunft über Geometrie und Verluste
6T. Kuentzle , U. Wahl
2.2 BLATTELEMENTMETHODE
Idee:• Propellerblatt in Schnitte unterteilt (vgl. Flügelprofil) Element als Tragfläche• Schub eines Elements: f(Blattgeometrie, Anstellung, Anströmverhältnisse)• Schub über Elemente Integrale aller Kräfte an Blattelementen über Radius *
Blattzahl
7T. Kuentzle , U. Wahl
3. EIGENE BERECHNUNG NACH STRAHLTHEORIE
• Eigener Hexakopter• 3 kg Abfluggewicht • 6x 10x5,5“ Propeller
8T. Kuentzle , U. Wahl
4.PRÜFSTAND
1-Hebelarm 2-Rotor 3-Waage 4-Spannungsmessung 5-Strommessung 6-Drehzahlmessung 7-Steuerung
9T. Kuentzle , U. Wahl
4.ERGEBNIS DER MESSUNGEN
10T. Kuentzle , U. Wahl
5. SIMULATION MIT JAVAFOIL• Erzeugen von Schnitten
7 Segmente/Profile
• Ermitteln Koordinatentabelle
• Importieren in JavaFoil
Keine plausiblen Ergebnisse
Mögliche Ursachen:
• Profil zu dünn
• JavaFoil für NACA- Profile ausgelegt
Mathematisches Problem
11T. Kuentzle , U. Wahl
5. SIMULATION MIT JAVAPROP• Javabasierte Freeware von Martin Hepperle• Berechnung und Auslegung von Propellern mit Hilfe der
Blattelementmethode
12T. Kuentzle , U. Wahl
5. SIMULATION - PARAMETRIERUNG
+ Angabe von Blattzahl B , Durchmesser D
13T. Kuentzle , U. Wahl
5. SIMULATION - ERGEBNISSE• Ausgabe von: - Drehmoment - Schub
- Leistung - Beiwerte
14T. Kuentzle , U. Wahl
6. VERGLEICH – SIMULATION - PRÜFSTAND
0 2000 4000 6000 8000 100000
5
10
15
20
25
Schubgemessener Schub Schub Javaprop
Drehzahl n [1/min]
Schu
b S
[N]
• Ähnlicher Verlauf rel. Abweichung max. 20 %• Ursachen: -JavaProp berücksichtigt keine Querströmung
-Blattgeometrie unterscheidet sich von RealitätGegenseitige Bestätigung
15T. Kuentzle , U. Wahl
6. VERGLEICH- SIMULATION- STRAHLTHEORIE
• Starke Abweichung zu Strahltheorie• Ursachen: - ST berechnet nur ideal Rotor
- ST vernachlässigt alle Verluste
0 2000 4000 6000 8000 100000
100
200
300
400
500
600
700
LeistungLeistung Strahltheorie Leistung Javaprop
Drehzahl n [1/min]
Leist
ung
[W]
16T. Kuentzle , U. Wahl
0 2000 4000 6000 8000 100000
100
200
300
400
500
600
700
LeistungLeistung Strahltheorie Leistung JavapropLeistung Strahltheorie mit Wirkungsgrad
Drehzahl n [1/min]
Leist
ung
[W]
• Starke Abweichung zu Strahltheorie• Ursachen: - ST berechnet nur ideal Rotor
- ST vernachlässigt alle VerlusteStrahltheorie nur in Verbindung mit Propeller- Wirkungsgrad
6. VERGLEICH- SIMULATION- STRAHLTHEORIE
17T. Kuentzle , U. Wahl
7. FAZIT• Blattelementtheorie gute Annäherung an Realität
• NACAJavaFoil PropellerJavaProp
• Simulation und Prüfstandaufbau ermöglichen Motorauswahl
• Abweichung durch Vernachlässigung der Querströmung
• JavaProp besitzt kein vollständige Importfunktion für Propellergeometrie
Geometrieunterschiede beeinflussen Ergebnis
18T. Kuentzle , U. Wahl
8. LITERATUR• Hepperle, Martin 2008: JavaProp Homepage URL:http://
www.mh-aerotools.de/airfoils/javaprop.htm
• Bittner Walter 2009: Flugmechnaik der Hubschrauber,Technologie, das
flugdynamische SytemHubschrauber, Flugstabilitäten, Steuerbarkeit; 3.
überarbeitete Auflage; 2009 Springer Verlag Berlin Heidelberg
• Adkins, Charles N.;Liebeck, Robert H.:Design of Optimum Propellors; Journal OF
Propulsion And Power; Vol10; No. 5 Sept-Oct. 1994 S.676-682
• Patrick Altschuh2012: Einführung in JavaFoil, HsKA 2012
• Wolfgang Kümmel 2007: Technische Strömungsmechanik, 3. überarbeitete
AuflageTeubner, Wiesbaden, 2007
19T. Kuentzle , U. Wahl
VIELEN DANKFÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT
NOCH FRAGEN?
20T. Kuentzle , U. Wahl
STRÖMUNGSFELD
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