Hae snel kan ik vlieqen?

Hae snel kan ik vlieqen?
Tekst & Foto's: Jan Melchior
81} een van ml}n laatste testprojecten viet
het me op dat de fabrlkant een wet erg optlmlstlsche kljk had op de vllegsnelheld van
zl}n ontworpen model. Ook op verschlllende
forums bleek later dat de aangegeven snelhe/d (165km/ h met een 10.500rpm motor
en 12x6 propeller) van dlt model ernst/g In
gebruikt worden waarbij de volgende richtlijnen van pas kunnen komen:
Een maximale trekkracht wordt bereikt met
propellers met een D/P (diameter/pitch)
ratio van <0,5.
Een maximale snelheid wordt bereikt met
een propeller met een D/P van 1,0.
Voor gemiddeld gebruik wordt een propeller
gebruikt met een D/P van 0,6-0,8.
twl}fel werd getrokken. Omdat er ook op het
veld regetmatlg dlscussles zl}n over vermeende vllegsnetheden van vllegtulgmodellen heb
dlt art/kef opgezet, gewoon 'ter lerlng ende
vermaeck'. Maar ook om wat lnzlcht te verschaffen In deze materle, ats }e zelf een motor
moet zoeken, een propeller moet bepalen of
een complete aandrl}ftreln moet ontwerpen
voor een model.
Voor het bepalen van een aandrijving en bijbehorende propeller kan er van een aantal aannames worden uitgegaan. Veel van die getallen
zijn mijn enjof algemeen geldende interpretaties, maar zeker niet absoluut! Het geeft echter
wei de orde van grootte aan, en de werkwijze
om tot de gevraagde resultaten te komen.
De aangegeven berekeningen zijn gerelateerd aan elektro modellen, maar voor
brandstofmotor aangedreven modellen
geldt natuurlijk hetzelfde, aileen gaan we
daar direct uit van het toerental.
Een propeller wordt aangegeven in: diameter x pitch(spoed). Dit zijn inches maar kan
ook in mm aangegeven worden. Voor de
berekeningen hieronder is de meest gebruikte referentie in inches gebruikt.
Vertaald je dit naar de door ons meest gebruikte modellen dan zien deze aandrijvingen
er veelal zo uit:
Een gemiddelde trainer (spanwijdte +/·
140cm) heeft een motor met een toerental van +/-10.000rpm, een D/P van 0,60,8 (11x6; 11x7). De aandrijfaccu heeft
meestal 3 cellen.
Een gevorderden, sportmodel of (semi)
schaal warbird heeft een iets snellere
motor met een toerental van +/·1015.000rpm, een D/P van 0, 7-0,8 (11x7;
12x6; 12x8). De aandrijfaccu heeft meestal 3-5 cellen.
Een Aerobatic/ 3D model gebruikt een motor met een toerental van 7-9.000rpm en
een propeller met een D/P van maximaal
0,5 (14x3, 75; 14x 6; 16x6). De aandrijfaccu heeft meestal 5-6 cellen.
Een speedtoestel of pylonracer heeft
een snelle motor met een toerental van
20-30.000rpm en gebruikt een propeller
met een D/P van 1,0 (4,7x4,7; 5x5; 6x6,
10x10). De aandrijfaccu heeft meestal 3-5
cellen.
Bepalen van de vliegsnelheid.
Afhankelijk van het gewenste vlieggedrag van
een model moet er een specifieke propeller
In een ideale wereld zal een vliegtuigmodel
geen weerstand hebben, zal de luchtverplaat-
sing van de aangedreven propeller gelijk zijn
aan de ideale vliegsnelheid, en blijft het toerental van de propeller bij verschillende belastingen gelijk. Maar zoals al gezegd, dat is in
de ideale wereld!
In werkelijkheid zal er echter altijd verlies
(slip) ontstaan om diverse weerstanden van
het model te overwinnen. Een en ander afhankelijk van de slankheid van het toestel,
de frontale weerstand, verliezen die ontstaan
door turbulentie en het rendement van de
gebruikte propeller. Voor een slank en glad
toestel zonder landingsgestel zal deze slip relatief laag zijn, bijvoorbeeld 10-15%. Bij een
toestel met veel weerst and, bijvoorbeeld met
struts, een vast landingsgestel en een dikke
vleugel kan deze slip wei oplopen tot 30%
of meer.
De Kv van de elektromotor is het typische
toerental per volt en is een vast gegeven voor
een specifieke motor. Het toerental is daarbij lineair evenredig aan de spanning. Maar
deze spanning en dus het toerental is ook
6mgekeerd evenredig aan de belasting, ofwei de diameter en pitch van de propeller. Dit
houdt in dat een motor in nullast een hoge
klemspanning (3, 7-4,2V) zal hebben zodat
deze dus sneller zal lopen. Uitgevoerd met
een propeller met grote pitch of diameter zal
de belasting hoog zijn, en wordt de klemspanning en het toerental hierdoor dus lager. Om
het niet al te moeilijk te maken ga ik in de
voorbeeld berekeningen echter uit van een
gemiddelde belasting die een klemspanning
zal geven van 3,3V per eel.
Met behulp van deze aannames is het nu
vrij eenvoudig om berekeningen te maken
voor een aandrjving. Een motor die ongeveer
10.500rpm moet leveren op een LiPo met 3
cellen zal een Kv hebben van 10.500 I 3 I
3,3V = 1060. Een motor op 5 cellen, met een
Kv van 510 zal een toerental van 5 x 3,3V x
510 8415rpm leveren. Het 'aantal cellen x
3,3V x Kv motor' geeft dus het (gemiddelde)
belaste toerental van de motor.
=
De doorsnede x spoed staat meestal in de rand van de propeller, en wordt vermeld in inches, en vaak ook
in mm.
modalboi:iiii I nr.
I&B - 62
De maximale voortgang per omwenteling van
de propeller wordt de geometric pi tch genoemd en is gelijk aan de aangegeven waarde
op de propeller. In werkelijkheid moet echter
het effect van de slip meeberekend worden
om tot een echte voortgang (effective pitch)
Afhankelijk van de
weerstand van het
model zal er een slip
optreden. De werkeltjke
voortgang (effective
pitch) per omwenteling
is dus de geometric
pitch - de slip.
invalshoek
De instelhoek over een propellerblad wordt kleiner
naar de tip. Door de wijzigende verhoudingen van
omloopsnelheid en voorwaartse snelheid blijft de
invalshoek (AoA) hierdoor redelijk constant over het
gehele bereik van de propeller.
Deze gestroomlijnde
Dogfighter zal vee/
minder slip ondervinden dus een
hogere effectieve
snelheid hebben.
\
''
~
'
1 omwenteling
A Deze klassieke Boeing Stearman
heeft vee/ weerstandscomponenten
zoals struts, een open motor,
dubbele vfeugefs en vast landingsgestel. Er ontstaat dus vee/ slip
waardoor er vee/ vermogen nodig is
en de snefheid beperkt btijft.
De werkelijke vliegsnelheid van een model is
gelijk aan de netto luchtverplaatsing, dus:
n cellen x 3,3 x Kv x 2,54 x 60 x spoedl
100 -slip = nn kmlh.
Voorbeetd berekenlng:
De voortgang van de propeller bij een omwenteling
is de geometric pitch of spoed. Vermenigvu/digd
met het toerental geeft dit de maximale luchtverplaatsing.
te komen die kan worden gebruikt voor het
berekenen van de snelheid. De formules om
de luchtverplaatsing van een propeller te berekenen luiden nu als volgt:
> Maximate luchtverplaatsing = maximale
toerental x 2,54 x 60 minuten x spoed 1
100 = nn kmlh.
> Netto luchtverplaatsing = de 'maximale
luchtverplaatsing ·de slip= nn kmlh.
1) Een trainer met een 11x6 propeller en een
toerental van 10.500rpm heeft volgens
berekening een maximale luchtverplaatsing van: 10.500 x 2,54 x 60 x 6 I 100
= 96km/ h. De werkelijke vliegsnelheid zal
bij dit model met relatief veel weerstand
(dikke vleugeljvierkante rompllandingsgestel): 96-30% = 96-29 = +/ - 67km/ h
bedragen.
2) Een gevorderden toestel met een 12x7
propeller en een toerental van 12.000rpm
heeft een maximale luchtverplaatsing van
12.000 x 2,54 x 60 x 7 I 100 = 128km/ h.
De werkelijke vliegsnelheid zal bij een toestel met gemiddelde weerstand (slanker,
dunnere vleugel, maar met landingsges;e
128-20% = +/- 102km/ h bedragen
3) Een pylonracer met een propeller van 5x5
en een toerental van 25.000 rpm hee,.. een
maximale luchtverplaatsing van: 25.000 x
2,54 x 60 x 5 1 100 = 190km/h
De werkelijke vliegsnelheid voor d t mode
met weinig weerstand (smalle. slanke r
spitse neus, geen of intrekbaar a~ j gs
gesteljdunne vleugel) zou: 190-10% =
+/- 172km/ h kunnen zijn.
Conclusie
Veel van onze dagelijkse vliegtu gr10de e
zoals trainers, gevorderden en sern1sc aa
modellen met vast landingsgestel tuffen d:..~s
rond met een snelheid van +l-70-100km h,
en dat is dus heel wat lager dan somm ge
vliegers enlof fabrikanten voor hun mOde e
durven te beweren.
madalbai1W nr. r&a - 63

Download Report