Steigt das erforderliche Drehmoment zum Drehen eines Propellers mit der Drehzahl?

Ich habe derzeit mit verschiedenen Propellern experimentiert: 12x12-Propeller, 16x12-Propeller (beide zwei Blätter) und ein 22x14-Propeller (6 Blätter). Sie wurden von einem 2,4-kW-Elektromotor mit 260 kV auf einer 6S/5200mAh/12C-Batterieanordnung angetrieben.

Der 12x12 Propeller erzeugte bei Vollgas 2 kg Schub, der 16x12 4,5 kg Schub. Also dachte ich, dass das 22x14 etwa 6 kg produzieren würde, weil seine größere Klingenfläche effizienter wäre. Allerdings bekam ich nur 0,8 kg Schub und erkannte, dass der Motor ab einer bestimmten Drehzahl langsamer werden würde.

Ich muss sagen, dass die große Stütze ziemlich schwer ist, könnte es also sein, dass der Motor genug Kraft hätte, um die Stütze schneller zu drehen, aber es fehlt ihm genug Drehmoment, um sie dorthin zu bringen?

"Könnte es sein, dass der Motor genug Kraft hätte, um den Propeller schneller zu drehen, aber es fehlt ihm genug Drehmoment, um ihn dorthin zu bringen?" - Ich glaube nicht, dass Leistung und Drehmoment so getrennt sind. Wenn nicht genügend Leistung erzeugt wird, wird nicht genügend Drehmoment erzeugt, und wenn nicht genügend Drehmoment erzeugt wird, wird nicht genügend Leistung erzeugt. Allerdings hängt die maximale Leistung eines Motors vom Drehmoment ab.
@TannerSwett: Bei jeder gegebenen Drehzahl sind Leistung und Drehmoment proportional, aber die Proportionalität ist bei verschiedenen Drehzahlen unterschiedlich. Motoren sind im Allgemeinen bei niedriger Drehzahl drehmomentbegrenzt (sie können viel Drehmoment, aber nicht viel effektive Leistung erzeugen) und bei hohen Drehzahlen leistungsbegrenzt (dh liefern maximale Leistung bei nur einem Bruchteil des Drehmoments, das sie bei niedriger Drehzahl erreichen können). Das Verhalten dazwischen hängt von den Details des Motors ab.

Antworten (5)

Natürlich. Mehr und größere Blätter sind mehr Luftwiderstand. Der Widerstand ist auch proportional zur Geschwindigkeit im Quadrat. Selbst bei Beibehaltung der Drehzahl wird ein größerer Propeller (Durchmesser) den zusätzlichen Durchmesser schneller fliegen lassen.

Um eine höhere Drehzahl aufrechtzuerhalten (oder einen größeren Propeller zu verwenden), ist die Kraft zum Aufheben des erhöhten Luftwiderstands höher und damit das Drehmoment (Kraft mal Weg), das den Propeller antreibt.

Platzieren Sie den Propeller im Vakuum, und der Motor hat keine Probleme mit dem Propeller, abgesehen von Belastungen auf der Welle (aber es gibt keinen Schub).

Sie denken also, es könnte sein, dass mein Motor seine 2,3 kW einfach nicht liefern kann, weil das erforderliche Drehmoment zu hoch ist, sodass er nicht seine maximale Drehzahl erreicht, bei der seine Leistung maximal ist? Das würde im Grunde bedeuten, dass ich einen Motor brauche, der seine Spitzenleistung bei niedrigeren Drehzahlen bringt, oder?
@SimonHenn - Korrekte, größere drehmomenthungrige Propeller laufen normalerweise langsamer.

Mechanische Leistung ist immer das Produkt aus Kraft (Drehmoment) mal Durchfluss (RPM). Ebenso ist die elektrische Leistung immer das Produkt aus Aufwand (Spannung) mal Durchfluss (Strom).

Das Konstruktionsproblem der Optimierung einer Motor-Propeller-Kombination für maximale Leistung läuft dann immer darauf hinaus: 1) Bestimmung der Drehzahl, bei der der Motor Spitzenleistung erzeugt (Drehmoment x Drehzahl), 2) Kenntnis der zur Erzeugung erforderlichen Spannung und des Stroms diese Leistung und 3) Angabe des Propellers, der diese Leistung bei dieser spezifischen Drehzahl aufnehmen kann.

Die Analyse wird durch die Tatsache erschwert, dass ein Gleichstrommotor vom Standpunkt der Modellierung dynamischer Systeme aus ein Gyrator ist, bei dem die Eingangskraftvariable (Spannung) proportional zur Ausgangsflussvariable (RPM) ist.

Ich habe einen Link zum Wikipedia-Artikel für "Gyrator" hinzugefügt, weil ich den Begriff noch nie zuvor gehört hatte. Obwohl ich nach dem Lesen des Artikels nicht sagen kann, dass ich es wirklich besser verstehe.

Wenn die anderen Faktoren konstant bleiben, steigt das zum Drehen eines Propellers erforderliche Drehmoment mit der Drehzahl. Der Leistungsbedarf ist eine Funktion von Drehmoment und Drehzahl.

Ja, das erforderliche Drehmoment steigt mit der Drehzahl. Mit der einfachen Impulstheorie ist das Drehmoment Q an einem Rotor oder Propeller:

Q = C Q ⋅ ρ ⋅ A ⋅ Ω 2 ⋅ R 3

Wo Ω ist die Winkelgeschwindigkeit = RPM. Das erforderliche Drehmoment steigt also mit dem Quadrat der Drehzahl, und da die Leistung = Q ⋅ Ω , die Leistung steigt mit der Drehzahl 3 . Alle anderen Faktoren bleiben natürlich unverändert.

Das ist jedoch eine einfache Impulstheorie, die die Plattenfestigkeit und den Schaufelprofilwiderstand nicht berücksichtigt. Für einen gegebenen Schub und Blattradius nehmen Drehmoment und Leistung mit der Anzahl der Blätter zu, da mehr Blattprofilwiderstand zu überwinden ist.

Nehmen Sie zuerst die sechs Klingen und werfen Sie sie weg. 2 Blätter sind am besten, bis der Lichtbogen den Boden vor Ihrem Flugzeug berührt, dann gehen Sie mit 3. Neugierig auf die Anwendung hier, ist es ein Ultraleichtflugzeug? Vielleicht hilft es auch, die Tonhöhe zu berücksichtigen, aber mit dem 16x12 sind Sie definitiv auf dem richtigen Weg. Wenn ich mich nicht irre, ist sie länger als die 12x12 mit gleicher Tonhöhe. Zur Messung der Spitzendrehzahl gibt es im Bastelgeschäft ein Drehzahlmessgerät, da Sie aber bereits Schub messen, ist es nicht zwingend erforderlich. Jetzt können Sie 15x12, 17x12, vielleicht 18x10 (länger mit weniger Tonhöhe) ausprobieren, bis Sie es perfekt hinbekommen. Die Steigung ist wie die Gänge bei einem Auto, niedriger bedeutet bessere Beschleunigung aus dem Stand und besser beim Steigen, höher ergibt niedrigere Drehzahlen beim Cruisen. Ich würde es weiter versuchen und sicherstellen, dass die Batterie / der Motor die Last bewältigen kann, ohne in Flammen aufzugehen.

Danke für deine Antwort. Ich weiß, dass 2 Klingen normalerweise am effizientesten sind. Der Zweck dieses Projekts besteht jedoch darin, den Schub pro Fläche zu maximieren, sodass hier 6 oder sogar 12 Blätter besser sein sollten. Mein Problem war, dass ich mit dem 20-Zoll-Propeller mit 6 Blättern etwa ein Drittel des Schubs des 12-Zoll-Propellers mit demselben Motor bekam. Jetzt weiß ich, dass es am höheren Drehmomentbedarf des größeren Propellers liegt.
OK. Dies ist aus drei Gründen großartig, um fortzufahren. Erstens sehen wir auch Blattturbulenzinterferenzen auf dem 6-Blatt im Vergleich zu 2. Zweitens drehen Sie aufgrund der 12-Pitch wahrscheinlich blockierte Blätter. Drittens, die maximale Belastung Ihrer Batterie / Ihres Motors zu sehen, die Sie mit einem Wattmeter überwachen können. Holen Sie sich also vielleicht einen 10-Zoll-6-Blatter mit einem Pitch-Bereich von 4 bis 12 (mehrere davon). Beachten Sie, dass sich dies alles ändert, sobald sich das Flugzeug bewegt. Bei einem Gegenwind von 240 km/h ist eine höhere Tonlage besser. Bei statischen Prüfstandstests ist der AOA mehr wie ein Flügel. Aus diesem Grund wurden Propeller mit variabler Steigung entwickelt.
Um das Ende nicht zu verderben, werden Sie, nachdem Sie sicher mit kleineren Blättern fortgefahren sind, feststellen, dass Sie, genau wie bei Jets, mehr Schub pro Fläche erhalten, indem Sie die Motorleistung erhöhen und Blätter hinzufügen, auf Kosten der Effizienz. Jets haben mehr Schub, sind aber nicht so treibstoffeffizient wie Kolbenmotoren mit 2-Blatt-Propeller. Aber sie sind in der Tat viel schneller.
Nachdem Sie also Ihre Propellerdurchmessergrenze ausgewählt haben, drehen Sie einen 2-Blatter mit niedriger Tonhöhe bis nahe an die Schallgeschwindigkeit. Das ist deine Drehzahlgrenze. Probieren Sie dann die Neigung für maximalen Schub aus, das ist Ihre beste AOA. Wenn die Drehzahl noch nicht abfällt, muss der Motor mehr geben. Erweitern Sie das 2-Blatt oder wechseln Sie zu 3-Blatt. Sehr cooles Experiment. Könnte gut sein, sich von der kleinen / schnellen Seite zu nähern. Glauben Sie nicht, dass Sie über 4 oder 5 Klingen hinausgehen werden, ich könnte mich irren!
Ok, was würden Sie als Grenzwert für die Blattspitzengeschwindigkeit vorschlagen? Mach 0,6 ?
Eine 12-Zoll-Stütze, die sich mit 20.000 U / min dreht: 1 Fuß x 3,14 x 20.000 U / min x 1 Meile / 5280 Fuß x 60 min / Stunde = 713 mph Spitzengeschwindigkeit. Ein leistungsstarker Elektromotor kann dies leisten. Da wir den Schub testen und der "Auftrieb" vom Propeller das Quadrat seiner Geschwindigkeit ist, schlage ich vor, mit 2 Blättern, niedrigerem AOA (etwa 6 Pitch) und schnell zu beginnen, mit Mach 1 als Grenze. Als Techniker würde ich es sehr genießen, experimentelle Daten zur Theorie hinzuzufügen (aber darauf achten, einen Prop-Bogen zu vermeiden).
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