Wie berechnet man den optimalen Propellerdurchmesser, die Steigung, das Drehmoment und den Leistungskoeffizienten bei gegebenem erforderlichen Schub?

Question

Wie berechnet man den optimalen Propellerdurchmesser, die Steigung, das Drehmoment und den Leistungskoeffizienten bei gegebenem erforderlichen Schub?

Luftfahrt
Hubschrauber
Quadcopter
mehrmotorig

QuaternionsRock

dies ist mein erster Beitrag hier, also habt Nachsicht, wenn ich hier nicht richtig bin. Ich komme von Stack Overflow hierher, und dies schien der relevanteste Stack Exchange für meine Frage zu sein.

Also baue ich einen Multikopter (vorzugsweise Quadkopter, wegen seines relativ einfachen Designs) in einem Maßstab, der mehr oder weniger noch nie zuvor gemacht wurde. Ich habe beschlossen, das ganze Geld, das ich im Sommer verdient habe, in dieses Projekt zu stecken, und ich habe gerade mit der Planungsphase begonnen.

Ich habe herausgefunden, dass ich ungefähr 2500 Newton Schub benötige: genug, um 180 Kilogramm (ungefähr 80 kg für die Person und 100 kg für die Elektronik, vielleicht mehr) mit einer Geschwindigkeit von ~ 4,5 m / s ^ 2 mehr als die standardisierte Schwerkraft zu bewegen - 13.888 m/s^2 insgesamt, um genau zu sein. xIch würde ungefähr 750 Newton maximale Kraft auf jedem Rotor benötigen, da mich meine Erfahrung mit dem Bau und der Codierung (von Grund auf neu) eines Arduino-Flugcontrollers gelehrt hat, dass die oberen Motoren während und während der Bewegung oft viel härter arbeiten müssen als während des zStandards yElevation.

Einige andere Anmerkungen:

Ich bin mir ziemlich sicher, dass π * Durchmesser-in-cm * U / min / 6000 <340,29 (Mach I) sein muss. Vielleicht sollte ich einen Turbofan verwenden? Vor allem in Anbetracht der nächsten Anmerkung ...
Der Durchmesser der Rotoren sollte aus praktischen Gründen 30 cm nicht überschreiten. IOW, es darf nicht zu groß sein, sonst wäre es mühsam, es herumzuschleppen.
1. Die Brennstoffquelle werden (hoffentlich) Batterien sein, höchstwahrscheinlich eine Reihe von LiPo-Zellen in Reihe und parallel (wahrscheinlich so etwas wie 10x10), wobei jede Zelle etwa 10.000 mAh enthält.

Ich bemühe mich, von diesem Punkt an weiterzumachen. Ich habe nicht die geringste Ahnung, wie ich ein Requisitendesign auswählen soll, das für dieses Projekt am effizientesten ist. Meine Frage an die Luftfahrt lautet:

Angesichts eines erforderlichen maximalen nachhaltigen Schubs von 750 Newton, einer Masse von etwa 180 kg und der Annahme, dass die maximale Geschwindigkeit des Fahrzeugs langsam genug ist, dass der Luftwiderstand und anderer Luftwiderstand ziemlich irrelevant sind ...

Wie kann ich den optimalen Propellerdurchmesser, die Steigung, Kp (Leistungskoeffizient), Kt (Drehmomentkoeffizient) sowie die optimale Blattanzahl und das optimale Fertigungsmaterial berechnen? Oder wäre ein Turbofan optimaler?

Es würde mich nicht überraschen, wenn Ihr erster Gedanke so etwas wie „Das ist lächerlich“ wäre. Einige könnten mich sogar für einen Troll halten. Ich kann Ihnen versichern, dass ich mich diesem Projekt sehr verschrieben habe. Mein Flugcontroller ist wahnsinnig stabil, und ich glaube, es wäre lohnenswert, seine Fähigkeiten an einem Build zu testen, der schwerer, leistungsstärker und kopflastiger ist als die meisten jemals gebauten Multirotoren.

Könnt ihr mich in die richtige Richtung weisen?

Notts90 unterstützt Monica

Hast du dir Requisiten von der Stange angeschaut? Es wäre wahrscheinlich viel einfacher.

Koyovis

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Antworten (1)

Wie berechnet man den optimalen Propellerdurchmesser, die Steigung, das Drehmoment und den Leistungskoeffizienten bei gegebenem erforderlichen Schub?

Hast du dir Requisiten von der Stange angeschaut? Es wäre wahrscheinlich viel einfacher.

Koyovis · Answer 1

Wie kann ich den optimalen Propellerdurchmesser, die Steigung, Kp (Leistungskoeffizient), Kt (Drehmomentkoeffizient) sowie die optimale Blattanzahl und das optimale Fertigungsmaterial berechnen? Oder wäre ein Turbofan optimaler?

Der optimale Stützendurchmesser ist einfach: der größte, den Sie aufnehmen können = 30 cm. Scheibenfläche A = 0,07 m $^2$
Optimale Klingenanzahl: So wenig wie möglich, beginnen wir mit 2.
Verwenden Sie Rotoren mit Kanälen für eine vertikalere Ausrichtung der Rotorspitzen.
Der Quadcopter hat horizontale Rotoren. Die Spitzengeschwindigkeit sollte 0,8 M = 270 m/s nicht überschreiten, was entspricht $\Omega$ = 570 rad/s = 5.520 U/min
Wir haben einen Propellerdurchmesser, eine Drehzahl und einen Schub, jetzt müssen wir die Leistung P und das Drehmoment Q bestimmen, um den Propeller anzutreiben. Wir verwenden dazu die erweiterte Impulstheorie für den Schwebeflug, wie in dieser Antwort.

Für einen Rotor mit Festigkeitsverhältnis $\sigma$ = 0,1, der Schubbeiwert $C_T$ maximal 0,01 ist, verwenden wir eine Sicherheitsspanne von 20 % und nehmen 0,008. Dann wird der maximale Schub für diesen Rotor zu:

T = C_{T} \cdot ρ A (Ω R)^{2} = 0,008 \cdot 1.225 \cdot 0,07 \cdot 270^{2} = 50 N

$T = C_T \cdot \rho A (\Omega R)^2 = 0.008 \cdot 1.225 \cdot 0.07 \cdot 270^2 = 50N$

Wir brauchen den 15-fachen Schub! Um den Wert zu überprüfen $C_T$ Es gibt eine andere Grafik in Leishman, die sich darauf bezieht $C_T$ mit Schaufelwinkel. Es stellt sich heraus, dass $\sigma$ = 0,01 bei einem Blattsteigungswinkel von etwa 12 Grad liegt, können wir nicht viel höher gehen. Wir können auch die Spitzengeschwindigkeit nicht erhöhen, unsere einzige Wahl ist die Scheibenfläche.

A = \frac{T}{ρ \cdot C_{T} \cdot (Ω R)^{2}} = \frac{750}{1.225 \cdot 0,008 \cdot 270^{2}} = 1.05 M^{2}

$A = \frac{T}{ \rho \cdot C_T \cdot (\Omega R)^2} = \frac {750}{1.225 \cdot 0.008 \cdot 270^2} = 1.05 m^2$

Sie benötigen vier Rotoren mit einem Durchmesser von 1,2 m und einem Festigkeitsverhältnis von 0,1. Mit dem $C_T$ von 0,008 finden wir eine entsprechende $C_P$ von 0,0007, was ergibt

P = C_{P} \cdot ρ A (Ω R)^{3} = 0,0007 \cdot 1.225 \cdot 1.05 \cdot 270^{3} = 17.7 k W

$P = C_P \cdot \rho A (\Omega R)^3 = 0.0007 \cdot 1.225 \cdot 1.05 \cdot 270^3 = 17.7 kW$

Dies ist eine sehr nützliche Antwort auch für jemanden, der darüber nachdenkt, einen virtuellen Multikopter mit Personen für einen Flugsimulator zu bauen, danke ...

Wie berechnet man den optimalen Propellerdurchmesser, die Steigung, das Drehmoment und den Leistungskoeffizienten bei gegebenem erforderlichen Schub?

QuaternionsRock

Notts90 unterstützt Monica

Koyovis

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Koyovis

tml

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