Antriebs Kalkulation mit eCalc

Zuletzt geändert: 2. Mai 2020
Geschätzte Lesezeit: 4 min

Antriebs Kalku­la­tion mit eCalc

Im Hin­terkopf sollte man behal­ten das es sich hier­bei um doch recht grobe Richtwerte han­delt. Abwe­ichun­gen von 10% sind möglich. Es wird auch gemunkelt das eCalk sehr kon­ser­v­a­tiv bei der Berech­nung vorge­ht, und immer Reser­ven einkalkuliert. Schauen wir mal ob wir diese Erfahrun­gen bestäti­gen kön­nen.

Warum starte ich mich Hack­er Motoren? Weil es damit — ger­ade für einen uner­fahre­nen Anfänger — am ein­fach­sten ist! Die Motoren sind schon gut vor­sortiert nach Coptergewicht, was eine erste Auswahl erle­ichtert.

Für die Berech­nung eines Set­up wollen fol­gende Para­me­ter unter einen Hut gebracht und aufeinan­der abges­timmt wer­den:

  • Akku
  • Steller
  • Motor
  • Pro­peller

Im Ergeb­nis möchte man eine akzept­able Flugzeit, und einen möglichst großen Wirkungs­grad, wobei das Eine mit dem Anderen zusam­men hängt.

Es hat ein biss­chen gedauert bis ich mit dem Pro­gramm warm gewor­den bin. Die ver­schiede­nen Para­me­ter bee­in­flussen alle die wichti­gen Aus­gangs­größen. Es braucht ein­fach eine Zeit bis man die Zusam­men­hänge erken­nt. Jet­zt hab ich erst­ma­lig mal ne halb­wegs brauch­bare Rech­nung mit  eCalc  hin­bekom­men:

Rechnung 1

eCalc errech­net  daraus für ein Start­gewicht von 3,88 kg Flugzeit­en zwis­chen 7.1 Minuten (Voll­gas) und 14 Minuten (Schweben) und ne Regleröff­nung von 66% bei nor­maler Ent­ladung.

Flugzeit­en in Minuten (voll­gas / mit­tel / schweben) = 7.1 / 8.5 / 14.3
Regleröff­nung (schweben) = 66%
Leis­tung in Watt (opti­mal / max­i­mum / schweben)  =  207 /  241 / 103
Wirkungs­grad in % (opti­mal / max­i­mum / schweben) = 84.5 / 84.3 / 79.5
Abfluggewicht in Gramm = 1400 + 2486 = 3886
Max­i­male Zuladung in Gramm = 968

Das Gewicht ist zu niedrig ange­set­zt, aber  14 Minuten schweben ist schon ganz stat­tlich. Aber braucht das unser Kam­er­al­if­er wirk­lich? Eine Regleröff­nung von 66% ist auch eher schlecht. Opti­mal sollte die Regleröff­nung beim Schweben — das ist der Moment in dem der Copter abhebt —  bei 30–40% max­i­mal 50% liegen. 60% ist schon gren­zw­er­tig. Schließlich wird der Copter ja vom Bor­drech­n­er sta­bil gehal­ten… das bedeutet das er zum Beispiel auch bei Wind seine Posi­tion hält. Das erfordert Spiel­raum für den Regler, und wir sel­ber wollen ja auch sin­nvoll steuernd ein­greifen kön­nen. Je mehr Zuladeka­paz­ität man haben möchte desto niedriger sollte die Regleröff­nung ange­set­zt sein.

Die gewün­schte Flugzeit ist natür­lich ein wichtiger Para­me­ter. Man sollte sich also über­legen ob man  einen  agilen Flieger baut der eher in der Nähe von Voll­gas betrieben wird, oder einen Cam­er­alifter bei dem es  darauf ankommt  zu schweben, und somit die Flugzeit­en eher in Rich­tung der Schwe­be­flugzeit tendieren.

Also machen wir eine neue Rech­nung.

Rechnung 2

Flugzeit­en in Minuten (voll­gas / mit­tel / schweben) = 4.6 / 5.7 / 10.9
Regleröff­nung (schweben) = 58%
Leis­tung in Watt (opti­mal / max­i­mum / schweben)  =  207 /  306 / 112.6
Wirkungs­grad in % (opti­mal / max­i­mum / schweben) = 84.5 / 83.0 / 80.7
Abfluggewicht in Gramm = 2000 + 2380 = 4380
Max­i­male Zuladung in Gramm = 1652

Damit kom­men wir bei einem Gewicht von 2000g auf eine Regleröff­nung von 58%. Schweben kön­nen wir damit 10,9 Minuten und Voll­gas fliegen 4,6 Minuten. Die durch­schnit­tliche Flugzeit beträgt 5,6 Minuten. Wenn wir das Gewicht des Copters von 2000g auf 1700g reduzieren  kön­nten wir die Regleröff­nung auf 52 % drück­en.

Jet­zt gibt es diesen Motor auch in ein­er Vari­ante für 5s Lipos. Schauen wir uns mal den Unter­schied an.

Rechnung 3

Der größere Lipo schlägt mit 270g Mehrgewicht gegenüber der anderen Rech­nung zu Buche.  Es ergibt sich aber eine leicht bessere Regleröff­nung von 57%. Ins­ge­samt fällt ein leicht verbessert­er Wirkungs­grad auf, bei leicht verbesserten Flugzeit­en (5,1 min, 6,5 min, 12,6 min). Der Motor ist beim Max­i­mum mit 347,1 Watt elek­trisch­er Leis­tung knapp unter­halb des Motor­lim­its  von 350 W. Da ist nicht mehr viel Spiel­raum.

Flugzeit­en in Minuten (voll­gas / mit­tel / schweben) = 5.1 / 6.5 / 12.6
Regleröff­nung (schweben) = 57%
Leis­tung in Watt (opti­mal / max­i­mum / schweben)  =  244 /  347 / 123
Wirkungs­grad in % (opti­mal / max­i­mum / schweben) = 85.6 / 84.5 / 81.3
Abfluggewicht in Gramm = 2000 + 2677 = 4677
Max­i­male Zuladung in Gramm = 1906

Auch hier kön­nten wir die Regleröff­nung durch Gewicht­sre­duk­tion auf 50% trim­men, aber eine Gewicht­sre­duk­tion ist erst­mal eher schwierig da auch die 2kg schon knapp bemessen sind.  Eine Idee wäre jet­zt die Motoren eine Leis­tungsklasse größer zu wählen damit die Regleröff­nung auf  50% ruscht. Mal schauen was dann passiert.

Rechnung 4

Alter­na­tive: Tiger MT3515, Luftschrauben Graup­n­er G‑Sonic.

Die Motoren sind mit 170g pro Stück eine ganze Ecke schw­er­er, brin­gen aber statt 350 Watt 500 Watt. Um das mehr an Leis­tung abrufen zu kön­nen dür­fen die Pro­peller größer gewählt wer­den, und ggfs. auch der Akku um auf einiger­maßen vernün­ftige Flugzeit­en zu kom­men.  Das zusät­zliche Gewicht des Akkus und der Motoren wirkt sich neg­a­tiv auf die Gesamt­bi­lanz aus. Größer ist nicht immer bess­er. Das Abfluggewicht durch­schlägt lock­er  die magis­che 5kg Gren­ze. Mit nem biss­chen fum­meln kommt man aber auf akzept­able Werte:

Flugzeit­en in Minuten (voll­gas / mit­tel / schweben) = 4.2 / 5.5 / 12.2
Regleröff­nung (schweben) = 50%
Leis­tung in Watt (opti­mal / max­i­mum / schweben)  =  269 /  393 / 121
Wirkungs­grad in % (opti­mal / max­i­mum / schweben) = 86,4 / 85,1 / 80,6
Abfluggewicht in Gramm = 2000 + 2864 = 4864
Max­i­male Zuladung in Gramm = 2805

Für einen solchen Copter wer­den in ver­schieden Foren Motoren mit max­i­mal 400kv an 6s, Pro­peller ab 15 Zoll mit wenig Stei­gung (15x4) emp­fohlen. Und dann muss natür­lich das Gewicht opti­miert wer­den. So weit neben diesen Spez­i­fika­tio­nen liegen wir mit unserem Ansatz nicht.

Wir favorisieren Rech­nung 4 weil mit diesem Set­up ein­fach mehr Leis­tungsre­ser­ven zur Ver­fü­gung ste­hen. Wahrschein­lich hab ich noch 1000 Sachen überse­hen aber ich bin hoff­nungsvoll das es damit erst­mal klappt, und genug Poten­tial zum opti­mieren vorhan­den ist.

Amerkungen zum Y6 Layout

Die Kalku­la­tion mit eCalc berück­sichtigt nicht die Beson­der­heit­en des Y6 Lay­outes, bei der jew­eils 2 Antriebe übere­inan­der mon­tiert wer­den. Der obere Antrieb arbeit­et dabei als Vorstufe, und bläßt die Luft in den darunter liegen­den 2. Antrieb der dadurch ent­lastet wird, was  Effizien­zver­luste bis zu 50% zur Folge haben kann. Es gibt Erfahrungswerte das man diese Ver­luste stark reduziert in dem man oben Luftschrauben mit 10 bis 20% gerin­gerem Durchmess­er anbringt.

Siehe auch mul­ti­cpot­er-berech­nun­gen-stromkreis­lauf (ganz unten).

CHECK: Bei der Gele­gen­heit soll­ten wir auch prüfen , ob die Ausleger lang genug sind. Zu kurze Ausleger kön­nen in Verbindung mit großen Pro­pellern zu einem unruhi­gen Flugver­hal­ten führen, da die Pro­peller gegen­seit­ig Tur­bu­len­zen verur­sachen.

TODO: Auf­grund der großen Pro­peller müssen die Lan­de­beine mehr  in Rich­tung Zen­tralplat­te mon­tiert wer­den. Durch den dann schmaleren Stand kann der Copter bei der Lan­dung leichter kip­pen, was nicht gut für die unteren Antriebe ist. Deshalb wer­den wir neue Lan­de­beine kon­stru­ieren, die dieses Prob­lem umge­hen.

eCalc Alternativen

Ps. Ich sehe ger­ade (01.04.2014): eCalc ist jet­zt kostenpflichtig. Schade aber auch ver­ständlich. Ich werde mich den­noch mal auf die Suche nach Alter­na­tiv­en begeben.

Da wir uns ja schon eine ganze Menge Arbeit mit der Aufar­beitung der The­o­rie gemacht haben ist es nur kon­se­quent daraus einen eige­nen vere­in­facht­en UAV-Rech­n­er zu bauen, den ihr dem­nächst oben im Menü find­et.

Ausser­dem gibt es noch:

War der Artikel hilfreich?
1 von 1 fanden den Artikel hilfreich.
Ansichten: 69
Vorheriger Artikel: Berechnung des Stromkreislaufes
Nächster Artikel: Drehrichtung der Propeller und Motoren