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T. Kuentzle , U. Wahl

Berechnung des Flügelauftriebs eines Drehflüglers durch mehrfache zweidimensionale Berechnung von Flügelschnitten mithilfe von JavaProp Gesamtprojekt: Hexakopter. T. Kuentzle , U. Wahl. Gliederung. Aufgabenstellung Grundlagen Berechnung nach der Strahltheorie Versuch am Prüfstand

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T. Kuentzle , U. Wahl

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Presentation Transcript

  1. Berechnung des Flügelauftriebs eines Drehflüglers durch mehrfache zweidimensionale Berechnung von Flügelschnitten mithilfe von JavaProp Gesamtprojekt: Hexakopter • T. Kuentzle, U. Wahl

  2. Gliederung Aufgabenstellung Grundlagen Berechnung nach der Strahltheorie Versuch am Prüfstand Simulation mit JavaProp Vergleich und Fazit Literatur/ Quellen

  3. 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

  4. 2.Grundlagen • Strahltheorie Blattelementtheorie • Eigene Berechnung JavaProp • Analytisch Iterativ

  5. 2.1 Berechnung nach Strahltheorie • Idee: • Betrachtung eines Stromfadens • Unterteilung in 3 Ebenen • Idealer Rotor  kreisförmiges Kontinuum • Druckdifferenz * Fläche  Schubkraft • Vernachlässigung Verluste •  Keine Auskunft über Geometrie und Verluste LeistungsbedarfSchwebeflug:

  6. 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

  7. 3. Eigene Berechnung nach Strahltheorie • Eigener Hexakopter • 3 kg Abfluggewicht  • 6x 10x5,5“ Propeller

  8. 4.Prüfstand 1-Hebelarm 2-Rotor 3-Waage 4-Spannungsmessung 5-Strommessung 6-Drehzahlmessung 7-Steuerung

  9. 4.Ergebnis der Messungen

  10. 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

  11. 5. Simulation mit JavaProp • Javabasierte Freeware von Martin Hepperle • Berechnung und Auslegung von Propellern mit Hilfe der Blattelementmethode

  12. 5. Simulation - Parametrierung + Angabe von Blattzahl B , Durchmesser D

  13. 5. Simulation - Ergebnisse • Ausgabe von: - Drehmoment - Schub • - Leistung - Beiwerte

  14. 6. Vergleich – Simulation - Prüfstand • Ähnlicher Verlauf  rel. Abweichung max. 20 % • Ursachen: -JavaProp berücksichtigt keine Querströmung • -Blattgeometrie unterscheidet sich von Realität • Gegenseitige Bestätigung

  15. 6. Vergleich- Simulation- Strahltheorie • Starke Abweichung zu Strahltheorie • Ursachen: - ST berechnet nur ideal Rotor • - ST vernachlässigt alle Verluste

  16. 6. Vergleich- Simulation- Strahltheorie • Starke Abweichung zu Strahltheorie • Ursachen: - ST berechnet nur ideal Rotor • - ST vernachlässigt alle Verluste • Strahltheorie nur in Verbindung mit Propeller- Wirkungsgrad

  17. 7. Fazit • Blattelementtheorie gute Annäherung an Realität • NACAJavaFoilPropellerJavaProp • Simulation und Prüfstandaufbau ermöglichen Motorauswahl • Abweichung durch Vernachlässigung der Querströmung • JavaProp besitzt kein vollständige Importfunktion für PropellergeometrieGeometrieunterschiede beeinflussen Ergebnis

  18. 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.:Designof Optimum Propellors; Journal OF Propulsion And Power; Vol10; No. 5 Sept-Oct. 1994 S.676-682 • Patrick Altschuh2012: Einführung in JavaFoil, HsKA2012 • Wolfgang Kümmel 2007: Technische Strömungsmechanik, 3. überarbeitete AuflageTeubner, Wiesbaden, 2007

  19. Vielen DankFür Ihre Aufmerksamkeit Noch Fragen?

  20. Strömungsfeld

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