Gesamtprojekt: Hexakopter 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 Simulation mit JavaProp Vergleich und Fazit Literatur/ Quellen

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

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

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 Leistungsbedarf Schwebeflug: 𝑷 𝐑𝐨,𝐠𝐞𝐬,𝒊𝒅𝒆𝒂𝒍 =G∗ 𝐺 2∗𝜌∗ 𝐹 𝐸1

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

3. Eigene Berechnung nach Strahltheorie Eigener Hexakopter 3 kg Abfluggewicht  500𝑔 𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 6x 10x5,5“ Propeller

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

4.Ergebnis der Messungen

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

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

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

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

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

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

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

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

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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Strömungsfeld

5. Simulation - Parametrierung Angabe von Blattzahl B , Durchmesser D Unterteilung in 4 Schnitte mit jeweils Angabe von: Blattwinkel β Blattbreite c Blattdicke t Interpolieren Profilartauswahl