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

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Berechnung des Flügelauftriebs eines Drehflüglers durch mehrfache zweidimensionale Berechnung von Flügelschnitten

mithilfe von JavaProp

Gesamtprojekt: Hexakopter

T. Kuentzle, U. Wahl

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GLIEDERUNG1. Aufgabenstellung

2. Grundlagen

3. Berechnung nach der Strahltheorie

4. Versuch am Prüfstand

5. Simulation mit JavaProp

6. Vergleich und Fazit

7. Literatur/ Quellen

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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

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2.GRUNDLAGENStrahltheorie Blattelementtheorie

Eigene Berechnung JavaProp Analytisch Iterativ

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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

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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

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3. EIGENE BERECHNUNG NACH STRAHLTHEORIE

• Eigener Hexakopter• 3 kg Abfluggewicht • 6x 10x5,5“ Propeller

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4.PRÜFSTAND

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

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4.ERGEBNIS DER MESSUNGEN

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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

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5. SIMULATION MIT JAVAPROP• Javabasierte Freeware von Martin Hepperle• Berechnung und Auslegung von Propellern mit Hilfe der

Blattelementmethode

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5. SIMULATION - PARAMETRIERUNG

+ Angabe von Blattzahl B , Durchmesser D

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5. SIMULATION - ERGEBNISSE• Ausgabe von: - Drehmoment - Schub

- Leistung - Beiwerte

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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

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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]

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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

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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

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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

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