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Am 25.3.2011 haben wir auf der FMT-Neuheiten Flugshow unseren ersten selbst entwickelten, großen F5D Klapp-Propeller der Öffentlichkeit „präsentiert“ und im Rahmen vom Kontronik Showblog vorgeflogen.

Zwar hatte ich auch schon das CAD für den Sägezahnpropeller, den Marcel Schlage erstmals auf der WM 2010 flog, gezeichnet. Die Aerodynamik-Entwicklung kam aber von Paul Schreiber.

Den neuen Propeller hatte ich selber „vom weißen Blatt beginnend“ berechnet, konstruiert und Hannes hat die Formen gefräst und Blätter gefertigt – Alles in-house 😉

Wie entwickelt man einen Prop?

Begonnen haben wir die Entwicklung mit reserve-engineering… Aus unseren Flug-Logs kannten wir den Arbeitspunkt auf den wir auslegen wollen: Wir haben die ACR Motor mit dem Graupner CAM Prop 5,2×5,2“ auf 58 Sekunden Laufzeit eingestellt und die Drehzahl und Fluggeschwindigkeit ausgewertet. Über ein paar Ecken konnte ich den Propeller 3D Scannen lassen. Hannes hat dann im CAD die Flächen zurückgeführt um in diversen Schnitten den Steigungsverlauf und das Profil herausschreiben zu können.

Wenn man ein unbekanntes Profil hat kann man über die Webseite http://www.modellbau.dg4sfw.de/ ein Bild davon hochladen und das Tool sucht einem ähnliche Profile mit deren Bezeichnung heraus.

Die Daten aus dem Scan (Profil & Blattgeometrie) und dem Log (Drehzahl) habe ich nach JavaProp übertragen und von dem Propeller den Standschub über die Geschwindigkeit bei unserer gemessenen Flug-Drehzahl plotten lassen:

Ich habe zum besseren Verständnis in das Diagramm einen näherungsweise/theoretischen Widerstandverlauf vom einem Pylonmodell gezeichnet.

Vereinfacht gesagt: Solange der Schub größer ist als der Widerstand des Modells, ist die Differenz der beiden Kurven der Schub, der zum Beschleunigen genutzt wird.
In dem Punkt, in dem sich beide Kurven schneiden, ist die Endgeschwindigkeit erreicht, da kein „Extra-Schub“ mehr übrig ist um das Modell weiter zu beschleunigen.
Und genau das ist der Arbeitspunkt den wir gesucht haben. Die Avionik hat mit dem Prop die geloggte Geschwindigkeit X erreicht. Somit wussten wir jetzt wieviel Schub ein Prop erzeugen muss um F5D Speed zu erreichen.

Der Vollständigkeit halber: Wenn wir in dem Diagramm weiter gehen bzw schneller werden und der Modellwiderstand größer ist als der Schub haben wir was falsch gemacht – bau den Prop ab, denn der bremst die Fuhre nur 😉

Mit dem berechneten Schub bei der gemessenen Geschwindigkeit habe ich dann den Entwurfs-Reiter von JavaProp gefüttert. Wir hatten damals eine Drehzahl von 10k rpm (entspricht Kira480-31 mit 5.2:1 Getriebe an 5s) und einen Propeller-Durchmesser von 10.5 Zoll festgelegt. Gestartet sind wir bei unserem Prop mit dem E193 und habe so lange auf dem Profile-Reiter die Anstellwinkel angepasst, bis eine in meinen Augen herstellbare Blatttiefen-Verteilung herauskam.

Ich hatte ein Excel-Tool geschrieben, in dem sich die Daten vom JavaProp importieren lassen. Dieses Tool formatiert sie entsprechend um übergibt sie meinem CAD System, welches dann automatisiert das Propellerblatt und die Formen-Abwicklung erstellt. Der Datensatz ging dann zu Hannes und er hat wunderschöne Formen gefräst.

Zugegeben, der erste Propeller (CP04, CP01-03 wurden nie gebaut) war viel zu dünn und hat sich beim Fliegen so stark elastisch verformt, dass er bei weitem nicht die Leistung brachte die ich errechnet hatte. Dafür waren die Props super zum Harz anrühren geeignet.

Bild 4: War der Propeller, den wir in Karlruhe bei der FMT-Flugshow geflogen haben

Bild 5: War der erste selbst gemachte Propeller, mit dem wir in Euskirchen 2011,  den wir das erste mal bei einem Pylonwettbewerb eingesetzt haben. 

CP07 war dann der erste Propeller, der so funktionierte, wie es JavaProp voraussagte.

Seit Saison 2015:

Dieses Blatt fliegen wir aktuell: Der CP12, der für den Kira480-34 (12k rpm) optimiert ist.

Bild 6

In der Zwischenzeit haben wir viel im Detail optimiert und verschiedene Blattformen, Profile und Randbögen probiert. Außerdem haben wir die Drehrichtung vom Standard-Linkslauf auf Rechtslauf geändert. Dafür gab es zwei Gründe: Mir ist speziell, wenn Linkshänder meine Modelle werfen, aufgefallen, dass das Modell sich danach um die Hochachse nach links dreht und somit nicht mehr Richtung Spitz, sondern links daran vorbei fliegen möchte. Da ich sehr wenig QR Ausschlag fliege, war es dann sehr schwer das Modell für die Startrunde optimal zu platzieren – das hat im Rennen viel Zeit gekostet. Der andere Grund war, dass wenn der Limiter genau in der Spitzwende greift (Motor abschaltet), taucht das Modell nach unten ab – wenn man tief unterwegs war hatte das einige Male zu sehr hohem Puls in der letzten Runde geführt. Beide Effekte sind mit dem Rechtslaufenden Propeller kein Problem mehr.

Historie

CP01 bis 03 Waren nur JavaProp Experimente und wurden nie gebaut
CP04 Viel zu dünn und hat sich deswegen im Flug verformt (Bild 7)
CP05 Schlechte Korrelation zu JavaProp aufgrund falsch gewählter Profile (Bild 4 & 7)
CP05K Selber Prop wie CP05 nur mit „Sägezahn Nasenleiste“ (Bild 7)
CP07 War der erste Prop der eine gute Korrelation zu JavaProp hatte und so funktioniert hat wie vorhergesagt. Der Prop hat eine sehr gute Effizienz und wird heute noch von einigen Piloten konkurrenzfähig bei den Rennen eingesetzt. (Bild 5 & 7)
CP07K Basiert auf CP07 und hat die gleichen Profile, sowie Steigungs- und Tiefenverlauf. Nur die Pfeilung/ Krümmung des Blatts wurde modifiziert (Bild 7)
CP07G Basiert auf CP07 und hat die gleichen Profile, sowie Steigungs- und Tiefenverlauf. Nur die Pfeilung/ Krümmung des Blatts wurde modifiziert -> gerade Endleiste (Bild 7 & 8)
CP07Gs Basiert auf CP07G aber die Profiltiefe im Randbogenbereich wurde ausgedünnt und dort Steigung angepasst (Bild 7 & 8)
CP07-42 CP07-42 basiert auf CP07, die Profile wurden auf einer geraden t/4 Linie angeordnet und das Blatt-Auge für ein 42mm Mittelteil verschoben (Heute habe ich leider kein Bild für dich)
CP08 ist ein 7×9″ Starrpropeller, der für den MiniPyro von Kontronik optimiert wurde (Bild 9)
CP09S hat die gleiche Geometrie wie CP07K aber neue Profile. (Bild 7)
CP09W Gleicher Prop wie CP09S aber der Außenbereich hat eine größere Tiefe und einen geraden „Randbogen“ (Bild 7)
CP10 Ein-Blatt-Propeller, der aber nie gebaut wurde, existiert nur virtuell
CP11 CP11 “Dragstar” ist für für schnellere Startrunden optimiert und hat eine ganz neue Geometrie, sowie Profile. (Bild 7)
CP12 Basiert auf CP09W aber als rechtslauf Propeller und mit kleinen Detail-Optimierung im Steigungsverlauf (Bild 6&7)

Dass waren fast alle Zwischenschritte vom CP04 bis zum heutigen CP12 😉 

Bild 7

CP07G vs. CP07Gs:

Bild 8

Und noch der CP08:

Bild 9

Literatur

Auf der Webseite von Martin Hepperle gibt es wirklich sehr viele Informationen zum Thema Propeller. Dort findet man auch JavaProp: http://www.mh-aerotools.de/airfoils/index.htm

 

Erstellt am 15.04.2015 | Zuletzt aktualisiert am 26.01.2018 | Kathegorien: CFD

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