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

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

2 2 G LIEDERUNG 1.Aufgabenstellung 2.Grundlagen 3.Berechnung nach der Strahltheorie 4.Versuch am Prüfstand 5.Simulation mit JavaProp 6.Vergleich und Fazit 7.Literatur/ Quellen

3 3T. Kuentzle, U. Wahl 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 4T. Kuentzle, U. Wahl 2.G RUNDLAGEN StrahltheorieBlattelementtheorie  Eigene Berechnung  JavaProp  Analytisch  Iterativ

5 5T. Kuentzle, U. Wahl 2.1 B ERECHNUNG NACH S TRAHLTHEORIE Idee: Betrachtung eines Stromfadens Unterteilung in 3 Ebenen Idealer Rotor  kreisförmiges Kontinuum Druckdifferenz * Fläche  Schubkraft Vernachlässigung Verluste  Keine Auskunft über Geometrie und Verluste

6 6T. Kuentzle, U. Wahl 2.2 B LATTELEMENTMETHODE 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 7T. Kuentzle, U. Wahl 3. E IGENE B ERECHNUNG NACH S TRAHLTHEORIE

8 8T. Kuentzle, U. Wahl 4.P RÜFSTAND 1-Hebelarm 2-Rotor 3-Waage 4-Spannungsmessung 5-Strommessung 6-Drehzahlmessung 7-Steuerung

9 9T. Kuentzle, U. Wahl 4.E RGEBNIS DER M ESSUNGEN

10 10T. Kuentzle, U. Wahl 5. S IMULATION MIT J AVA F OIL 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 11T. Kuentzle, U. Wahl 5. S IMULATION MIT J AVA P ROP Javabasierte Freeware von Martin Hepperle Berechnung und Auslegung von Propellern mit Hilfe der Blattelementmethode

12 12T. Kuentzle, U. Wahl 5. S IMULATION - P ARAMETRIERUNG + Angabe von Blattzahl B, Durchmesser D

13 13T. Kuentzle, U. Wahl 5. S IMULATION - E RGEBNISSE Ausgabe von:- Drehmoment- Schub - Leistung- Beiwerte

14 14T. Kuentzle, U. Wahl 6. V ERGLEICH – S IMULATION - P RÜFSTAND Ähnlicher Verlauf  rel. Abweichung max. 20 % Ursachen:-JavaProp berücksichtigt keine Querströmung -Blattgeometrie unterscheidet sich von Realität  Gegenseitige Bestätigung

15 15T. Kuentzle, U. Wahl 6. V ERGLEICH - S IMULATION - S TRAHLTHEORIE Starke Abweichung zu Strahltheorie Ursachen:- ST berechnet nur ideal Rotor - ST vernachlässigt alle Verluste

16 16T. Kuentzle, U. Wahl Starke Abweichung zu Strahltheorie Ursachen:- ST berechnet nur ideal Rotor - ST vernachlässigt alle Verluste  Strahltheorie nur in Verbindung mit Propeller- Wirkungsgrad 6. V ERGLEICH - S IMULATION - S TRAHLTHEORIE

17 17T. Kuentzle, U. Wahl 7. F AZIT 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 18T. Kuentzle, U. Wahl 8. L ITERATUR Hepperle, Martin 2008: JavaProp Homepage URL:http://www.mh-aerotools.de/airfoils/javaprop.htm 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 S Patrick Altschuh2012: Einführung in JavaFoil, HsKA 2012 Wolfgang Kümmel 2007: Technische Strömungsmechanik, 3. überarbeitete AuflageTeubner, Wiesbaden, 2007

19 19T. Kuentzle, U. Wahl V IELEN D ANK F ÜR I HRE A UFMERKSAMKEIT N OCH F RAGEN ?

20 20T. Kuentzle, U. Wahl S TRÖMUNGSFELD

21 21T. Kuentzle, U. Wahl 5. S IMULATION - P ARAMETRIERUNG Angabe von Blattzahl B, Durchmesser D Unterteilung in 4 Schnitte mit jeweils Angabe von: Blattwinkel βBlattbreite cBlattdicke t Interpolieren Profilartauswahl


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