Gesamtprojekt: Hexakopter

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

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  500𝑔 𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 6x 10x5,5“ Propeller

8 4.Prüfstand 1-Hebelarm 2-Rotor 3-Waage 4-Spannungsmessung 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JavaFoil Propeller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: 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 Vielen Dank Für Ihre Aufmerksamkeit
Noch Fragen?

20 Strömungsfeld

21 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