Berechnung Propellerantrieb

[Andreas Winer]

Hallo!

Ich bräuchte eine kleine Hilfestellung bei der Berechnung der Geschwindigkeit meines Bootes.

Der Bootsrumpf hat bei 7kts (3,6m/s) einen Widerstand von 136,3N. Als Antriebsleistung stehen 1kW zur Verfügung. Die Drehzahl des Propellers beträgt 360U/min.

Kennt jemand die Formel um die Geschwindigkeit des Bootes zu berechnen?

LG
Andreas

[hein mk]

Zitat von Andreas Winer

Hallo!

Ich bräuchte eine kleine Hilfestellung bei der Berechnung der Geschwindigkeit meines Bootes.

Der Bootsrumpf hat bei 7kts (3,6m/s) einen Widerstand von 136,3N. Als Antriebsleistung stehen 1kW zur Verfügung. Die Drehzahl des Propellers beträgt 360U/min.

Kennt jemand die Formel um die Geschwindigkeit des Bootes zu berechnen?

LG
Andreas

Moin
360 1/min ? Dampfmaschine?Geschwindigkeit hast du ja schon vorgegeben,was fehlt sind der Durchmesser und die Steigung so wie die Blattzahl des Propellers.
gruss hein
gruss hein

[Brummer]

Hallo Andreas,

du hast sehr genaue Widerstandswerte für den Rumpf aber keine Steigung für den Prop ?
Um mit 360 1/ min 3,6m/s zu fahren braucht dein Prop eine Steigung von mindestens 60cm = ca 24 Zoll ( ohne Schlupf ).
Wenn du uns mehr Daten ( Länge, Gewicht , Antriebsart usw ) gibst,
können wir besser helfen.


Torsten

[simon-2]

was wollt ihr denn an Daten noch mehr haben ? Ausnahmsweise mal ziemlich konkrete und soweit vollständige Angaben, dass man tatsächlich einen Propeller danach auslegen kann (und sogar die mit 1kW erreichbare Geschwindigkeit abschätzen), im Gegensatz zu vielen anderen Threads wo wirklich die Glaskugel gefragt ist, aber Sachen wie die Reifenmarke am Trailers eine Rolle spielen .

ich schau es mir heut Abend mal an.

übrigens- soll das das ein IWR-Boot geben? dann sind 500W pro Person viel kalkuliert, für Sprint geht das vllt noch, für Long Distance eher häftig.

[Brummer]

ein Bild hab ich schon gefunden

http://ww3.cad.de/foren/ubb/uploads/...iner/Rumpf.jpg

[Andreas Winer]

@simon-2. IWR-Boot ist richtig.

Vielleicht kennt jemand eine gute Datenbank/Homepage beider man Propeller je nach Leistungsdaten und Bedarf findet.

Ich habe noch keinen Propeller ausgewählt. Mit JavaProphabe ich bereits herumprobiert jedoch würde ich gerne fertige Propellerblätterkaufen und das nicht selbst machen. Für jede Hilfe wäre ich sehr dankbar.

Länge: 5,5m
Gewicht: 20kg
Antriebsart: Tretantrieb



SG

[Andreas Winer]

Anscheinend kann man das Bild nicht sehen deswegen hier der Link zum JavaProp Screenshot.
https://www.dropbox.com/s/y731znhk43ya557/Screenshot%20JavaProp.jpg

[simon-2]

Moin Andreas,

von wo seid ihr denn? Nicht, dass ich zum Deserteur werde und die Schurken von der Verbindung mich dafür aufs Schafott bringen

zur Sache:
Leider hab ich bisher noch keine Prognose für den Widerstand implementiert, die so langsame Geschwindigkeiten abdeckt , sodass ich erst nochmal ran muss. Jetzt überlege ich, was ich nehmen sollte...
Eine einfache v^3-Krücke, oder habt ihr eine ganze Serie gerechnet/gemessen?
Ein paar von den "gängigen" Prognoseverfahren hatte ich auch schonmal in einer anderen Sprache umgesetzt, sodass ich die mit relativ wenig Aufwand anpassen und nutzen könnte (wollte ich ohnehin nach und nach tun), also wenn ihr zB Holtrop/Mennen o.Ä. gerechnet habt, sag Bescheid, vielleicht ist es eh auf dem Programm (und soll rein )...
gruß
simon

[simon-2]

was ist denn, praktisch gesehen, der maximal mögliche Durchmesser?

hab es jetzt mal mit dem v^3-Ansatz gemacht, und wenn der Prop "beliebig groß" sein darf, dann komme ich auf 21.3"x26.9" bei Flächenverhältnis 0.4 für einen Zweiblatt mit vmax von etwa 3,82m/s (aber der wird wohl zu groß sein?). Selbst mit 5 Blättern noch 19"x26.5" und Ae/A0 0.63, Geschwindigkeit ändert sich quasi nicht.
ich würde daher empfehlen, die Übersetzung zu ändern- wenn ihr es mit den Umdrehungen auf zB auf 600 schafft, reicht zB ein zweiblatt, 17.1"x18.7", Ae/A0=0.57 , oder als fünfblatt schon 16.6"x19.2" (.53), Geschwindigkeit dann 3,815m/s also da ändert sich nicht viel.

den "Motor" hab ich übrigens so modelliert:

ich hoffe, das entspricht ungefähr eurer Vorstellung :-D (naja... noch 1:1, aber siehe unten)

Zur Bezugsquelle/Fertigungsweise: Natürlich etwas speziell, weil sonst selten so niedrigbelastete Propeller verwendet werden... Natürlich kann man einen Bronzepropeller kaufen, die Größe dürfte man im Bereich von Segelyachten etwa wiederfinden, aber an ein 25kg-Boot einen 10kg-Prop zu machen wäre halt eine Sünde. Die Duisburger haben an ihren Booten relativ große, selbstgemachte Propeller aus CFK, das Problem ist wohl, dass die Blätter immer wieder abbrechen (und außer ebenfalls Selbstmachen wüsste ich auch keine Bezugsquelle).
Jemand der mal auf einer IWR als Special Guest war, war ganz überzeugt von ModellFLUGPropellern (auch aus CFK), allerdings war sein Boot leider nicht sehr überzeugend, daher weiß ich auch nicht wieviel der Rat mit den Flugpropellern wert ist. ich würde mal vermuten, Flächenverhältnis hoffnungslos zu klein, kann aber auch völlig danebenliegen, für sowas "abnormales" gibts halt kaum Test- oder Erfahrungswerte.

ich hoffe, das hilft erstmal etwas weiter... ansonsten, wenn ihr was korrigieren wollt oder ausführlichere Widerstandsprognosen gemacht habt, oder günstig an ein Getriebe kommt, womit ihr exakt 467,3 rpm schafft, sag Bescheid, dann lass ich es nochmal mit geänderten Werten durchlaufen...

edit: oh verdammt, jetzt seh ich auf dem Screenshot, dass da noch eine Untersetzung zwischen Motor und Getriebe war, die ich vergessen hab auf 1:1 zu stellen. Bin halt auch müde um die Uhrzeit :-D deswegen passen die Werte vorn und hinten nicht, ich änder das gleich mal
-so, jetzt geändert

[Andreas Winer]

HalloSimon. Vielen Dank für deine Antwort.

Du hast mirauf jeden Fall schon mal weitergeholfen.

[Heiko St.]

Hallo Andreas,

Zitat von Andreas Winer

...

Kennt jemand die Formel um die Geschwindigkeit des Bootes zu berechnen?

...

Ich kenne die Formel nicht. Ich gehe davon aus das Rick schon sehr gut im Berechnen von PPB Propellern ist.

Siehe: http://www.rickwill.bigpondhosting.com/Propeller.htm

auf dieser Seite findest Du die Boote die er bisher gebaut hat und seine Kontaktadresse: http://www.rickwill.bigpondhosting.com/

Gruß Heiko

[novaNico]

Moin,

also ich denke mal, dass man sowas nicht einfach mit einer Formel ausrechnen kann. Zumal man ja den Rumpfwiderstand nicht linear betrachten kann.

360 rpm scheint mir auch etwas gering. Für Long Distance würde ich ja mal von einer Trittfrequenz von ca. 70 - 80 ausgehen. Dabei macht unser Propeller min. 1000 Umdrehungen. Für die Disziplin würde ich von einer Dauerleistung um die 200W pro Person ausgehen. Das wird dann natürlich mit deinen 26Nm eher nichts. Vor allem die 226N Schub sind bisschen überdimensioniert, wenn der Rumpfwiderstand bei 136N liegt.

Bezüglich der Festigkeit der Duisburger Propeller: das die Dinger immer brechen liegt schätzungsweise daran, dass sie die mehr oder weniger aus Harz gießen mit ein paar Fasern drin. Wenn sie den Feservolumenanteil etwas höherschrauben würden, würde die auch halten.

Aus welchem Team bist du denn?


@simon: was ist das für ein Programm welches du da hast? Ist das selber geschrieben?
würde mich brennend interessieren. bin nämlich gerade dabei meine Bachelorarbeit über die Auslegung eines neuen Propellers zu schreiben, bzw. fange jetzt damit an.


Grüße aus Rostock !!

[simon-2]

Moin Nico (?),
ja, das Programm ist selbstgeschrieben- das Projekt ist eigentlich, eine GUI zu machen für diverse (Konsolen-)Tools, die ich schonmal geschrieben hatte, aber letztlich geht es dabei auch viel ums Datenmodell bzw eine "einheitliche Arbeitsumgebung" im Hintergrund, damit die einzelnen Programme "reibungslos" miteinander funktionieren, und man nicht die Ergebnisse aus vielen verschiedenen Programmen und Exceltabellen zusammensuchen und per Hand hin- und herschieben muss...

Über die eine Formel musste ich auch schon schmunzeln- aber was solls
Kann ja mal erklären, was/wie ich (bzw mein Programm) es mache:
Vorab werden Boot und Motor möglichst genau modelliert, das heißt es wird durch Formeln für den kompletten Geschwindigkeitsbereich festgelegt, welchen Widerstand das Boot hat, und für den Motor, welches Drehmoment (-->Leistung) er bei welcher Drehzahl bringen kann.
Weil man außer bei Neubauten natürlich fast nie die genauen Werte zur Verfügung hat, geschieht das über verschiedene Prognosen anhand von Kennwerten. Beim Widerstand kann man bisher zwischen 3 oder 4 Prognosen wählen (das soll mit der Zeit deutlich wachsen- bisher hauptsächlich Savitsky für Gleitboote), wobei die selbst checken, ob und in welchem Geschwindigkeitsbereich sie überhaupt anwendbar sind, und wenn man mehrere verwendet, werden die Ergebnisse automatisch zu einer Kurve zusammengefasst...
Genauso ist der "Motor" eine Schätzung/Vereinfachung, der besteht sogar nur aus Parabelstücken (das ist das im Screenshot). Trotzdem kann man maximale Leistung und Drehzahl angeben und durch Lage und Höhe des maximalen Drehmoments den Motor etwas "formen"- ob er sich eher wie der typische Zweitakter, Viertakter oder Mensch verhält.
Auch die Leistungscharakteristik des Propellers wird definiert, und zwar in Abhängigkeit von Steigung/Durchmesser, Flächenverhältnis und Flügelzahl, die Formel () dafür ist die Polynomdarstellung der Wageningen B-Serie (oder alternativ auch Gawn). Das ist eine extrem umfangreiche Testreihe gewesen, mit über 100 Props, und geniale Holländer haben es tatsächlich geschafft, die Ergebnisse in.. naja, 2 Formeln zusammenzufassen (allerdings ist das abgedruckt ca 20 Zeilen plus anderthalb DinA4-Seiten Koeffizientenmatrix *GG*).

Das eigentlich spannende kommt erst dann und ist zum Einen das "Matching", zum Anderen die Bewertung und Rückkopplung auf die Propellerparameter.
"Matching" heißt bei mir, auszuprobieren, wie der bestimmte Propeller mit dem Motor an dem Boot arbeitet, also
-bei welcher Geschwindigkeit welche Drehzahl+Drehmoment benötigt wird,
-ob der Motor bei der Drehzahl genügend Drehmoment hat, und auch,
-wie hoch der Motor es mit seiner Drehmomentreserve bei einer bestimmten Geschwindigkeit maximal zu drehen schafft heißt im Endeffekt, man kann auch die Schubreserve ermitteln, und damit, wie es um die Beschleunigung steht.
In der Bewertung/Rückkopplung wird dann je nach Kriterium eine Art "Punktzahl" vergeben (zB Endgeschwindigkeit, Viertelmeilenzeit müsste ich wohl nochmal auf 20m umschreiben , Kompromiss aus Endgeschwindigkeit und Beschleunigung,...), anhand der man optimieren kann. Heißt vereinfacht, das Programm schraubt so lang an den Parametern rum, wie es die Punktzahl noch steigern kann. Irgendwann ist es so nah am Maximum, dass alle weiteren Veränderungen ins Leere führen, dann ist die Optimierung erstmal soweit fertig.

Der nächste Schritt wird VLM ("Wirbelgitterverfahren") als detaillierteres Prop-Modell sein, das ist eine Panel-Methode, mit der man Propeller recht detailliert auch anhand ihrer Formgebung beurteilen kann- dazu gehört dann natürlich auch ein "Editor", wo man den Propeller anhand von parametrischen Steigungs-, Chord-, Rake-, und Skewverläufen definieren kann.
"Nächster Schritt", weil ich im Moment leider noch dran hänge, die Props optisch darzustellen. In der Konsole funktioniert es zwar, dh ich kann Dateien wie diese STL oder die VTK "in bunt" erzeugen (hier mit Flächenbelastung),

aber noch muss ich mir die mit ParaView anschauen (und ein "Prop-Editor", wo man den Prop garnicht sieht, wäre irgendwie witzlos)...
Deswegen hakt es da grad noch etwas und es gibt leider auch noch kein "Release" davon.
Überhaupt weiß ich noch nicht, in welcher Form ich das machen sollte- als ich mit dem Studium angefangen hab, war ich noch der Meinung, jeder Programmierer sollte am Besten alle seine Programme openSource zur Verfügung stellen weil kopieren ja eh nichts kostet... inzwischen weiß ich auch, dass Softwareentwicklung ganz schön viel Zeit kostet und auch Programmierer was zu Essen brauchen...
Trotzdem würd ich gern auch irgendwas an die OpenSource-Gemeinde "zurückgeben", daher wird es vielleicht irgendwann mal eine "abgespeckte" OpenSource-Version und eine "vollständige" Kaufversion geben- ich weiß es noch nicht...
Leider muss ich auch noch ein paar CreditPoints erbringen und hab auch noch andere Projekte, sodass ich nur gelegentlich weiterarbeiten kann, also bisher leider das reinste "Privatvergnügen"...

Gruß, Simon

[novaNico]

Hut ab !!