Antriebs Kalkulation mit eCalc

Zuletzt geändert: 2. Mai 2020
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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: 

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