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 Betreff des Beitrags: Antriebsauslegung und Profildicke
#1Ungelesener BeitragVerfasst: 18.09.2013 08:44 
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Da nicht alle das Nachbarforum lesen, möchte ich hier eine für mich sehr bedeutende Frage aufwerfen, und ich hoffe doch auf eine Antwort.

Ausgangspunkt ist die Frage, wieviel Leistung man eigentlich benötigt um das F2b Programm gut fliegen zu können, dies alles vor dem Hintergrund, daß ich dort ganz unterschiedliche Aussage bekommen habe, und auch meine eigene Erfahrung, die belegt, daß man mit sehr geringen Leistungen auskommen kann (KUKI 800 Gramm ->280 Watt -> 130 KmH). Ich habe nun getüftelt und gerechnet und glaub zu wissen wir das zusammenhängt. Mit ein wenig Blätterei findet man heraus, daß die Leistung Horizontalflug (fast) nur zur Überwindung des Stirnwiderstandes benötigt wird. Der Zusammenhang ist streng linear, da heisst eine Verdoppelung der Stirnfläche erfordert in erster Näherung die doppelte Leistung.

Nun werden die Fesselflieger mit dicken Profilen ausgestattet (bis zu 20%). Den Grund glaube ich inzwischen zu kennen: Man will im Geradeausflug langsam fliegen und in den Aufwärtspassagen diese geringere Geschwindigkeit über den Leistungsüberschuß einhalten. Da die Drehzahl eines Verbrenners nur in geringem Maße variiert werden kann, und genügend Leistung zur Verfügung steht, bietet es sich an, den Vogel mit einer dicken Fläche abzubremsen.

Dies jedoch kollidiert mit der Forderung nach Energieeffizienz, die im Elektroflug sehr entscheidend ist. Deshalb würde ich im Eletrokunstflug erheblich dünnere Profile einsetzen wollen, da die Geschwindigkeitsregelung anders geschieht.

Und hier komme ich zu meiner Frage: Gibt es außer der "Abbremsung" noch andere Gründe, die den Einsatz dicker Profile beim Kunstflug zwingend erforderlich machen?

Ich gebe zu bedenken, daß manntragende Kunstflugzeuge und auch RC Kunstflugzeuge ebenfalls mit erheblich dünneren Profilen unterwegs sind (10-12% in der Regel).

Die Frage ist nicht ohne Brisanz. Sagt sie doch aus, daß ein gutes Verbrennermodell nicht ohne Weiteres zu einem guten Elektromodell umgebaut werden kann. Und das wiederum wäre eine mögliche Erklärung dafür, daß viele der Elektroversuche nicht befriedigend ausgegangen sind.

Es gibt auch sehr praktische Erwägungen, warum es sich lohnt dieser Frage nachzugehen: Alleine in den letzten 2 Monaten wurde mir von 3 (!) abgefackelten Castle Reglern berichtet, das ist zuviel um als "passiert halt" abgetan zu werden. Ich sehe die Ursache in einer permanenten Überlastung des Antriebes und der sich daraus entwickelnden großen Hitze. Einen entscheidenden Unterschied zum RC Kunstflug gibt es beim Fesselfug nämlich doch: Selbt in den Ruhephasen wird vom Motor die Grundlast eingefordert, das heißt, es gibt keine wirkliche Erholungsphase für den Antrieb, und das über mindestens 5 Minuten.

PeterKa


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#2Ungelesener BeitragVerfasst: 18.09.2013 17:11 
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Hallo PeterKa,

ich versuchen mal eine Antwort darauf.

Die Motorisierung eines Modells richtet sich weniger nach der Profildicke als nach dem Gesamtgewicht (für den Steigflug).
Der Motor und der Regler müssen ja den Maximal-Bedarf schadlos liefern können.

Aus unterschiedlichen Diskussionen habe ich noch mitgenommen, dass ein dickeres Profil mit runder Nase zu einen besseren Flugverhalten führt, da der Staupunkt schön wandern kann und Strömungsabrisse so vermieden werden.
Das Modell liegt statter in der Luft und hat bessere Langsamflugeigenschaften.

Bei meinem umgebauten Modell sehe ich via Castle-Regler einen deutlichen Unterschied zwischen Geradeausflug und Steig-/Kunstflug. Und ich liege immer deutlich unter dem erlaubten Maximalstrom.

Martin


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#3Ungelesener BeitragVerfasst: 18.09.2013 19:02 
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Hmmm, die Sache mit der runden Nase ist sicher richtig, mit den anderen Aussagen gehe ich nur bedingt konform, weil meine Rechnungen zu etwas anderen Ergebnissen führen. Das "Satter in der Luft liegen" ist eine direkte Folge des höheren Widerstandes der überwunden werden muß. Da dieser Widerstand im SP angreift wird dadurch ein stabilisierendes Moment (Abstand Propeller-SP) wirksam, insofern ist diese Beobachtung richtig. Strömungsabrisse beim Fesselflug habe ich bisher noch nicht beobachtet (außer im Gleitflug), weil die Grundgeschwindigkeit kaum unterschritten werden kann und deshalb ein kritischer Re-Zahlenbereich gar nicht erreicht wird, ich weiß aber nicht, wie es in den Spezialfiguren aussieht, daher meine Unsicherheit.

Meine Frage geht daher eher in die Richtung, ob eine dünnere Fläche (außer dem satter in der Luft liegen) bestimmte Flugfiguren erschwert oder unmöglich macht. Mein neuer F2B Flieger (anderes Forum) hat eine 40 mm dicke Fläche, und ich tendiere dazu, den nächsten noch dünner zu machen.

PeterKa


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#4Ungelesener BeitragVerfasst: 18.09.2013 22:40 
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Hallo PeterKa,

gegen ein dünneres Profil spricht eigentlich nichts. Aus der manntragenden Luftfahrt weiß ich aber, dass dünnere Profile z.B. eher auf Regentropfen reagieren - sie sind halt nicht so gutmütig.

Merkwürdigerweise hat man bei modernen Segelflugzeugen (=dünnes Profil) eine Zeit lang Turbolatoren im Bereich vor den Rudern angebracht, um die Wirksamkeit zu verbessern.

Aber macht der Stirnwiderstand wirklich so viel aus, wenn man dünne mit dicken Profilen vergleicht. Ich kann mir vorstellen, dass man mit einem dünneren Profil vielleicht zu einer kleineren und leichteren Batterie kommt, aber Regler und Motor müssen sich doch nach wie vor nach der Maximalleistung richten, oder nicht?

Grüsse
Martin


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#5Ungelesener BeitragVerfasst: 19.09.2013 07:48 
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Hallo Martin,

Ich möchte hier keine physikalischen Formeln herbeten. Es ist so, daß Masse (also das Gewicht) zur Beschleunigung Energie benötigt. Bei gleichförmiger Bewegung spielt die Masse überhaupt keine Rolle für den Energiebedarf. Hierfür muß nur die Energie aufgebraucht werden, die durch den Luftwiderstand verzehrt wird. Beim Fesselflug ist es etwas komplizierter, wegen der Kreisbeschleunigung die permanent wirkt. Der Widerstand berechnet sich aus dem cw Wert multipliziert mit der Stirnfläche. Der cw Wert beschreibt, wie durch geschickte aerodynamische Auslegung der Gesamtwiderstand reduziert werden kann. Der Einfluß ist hier aber relativ gering, ein aerodynamisch sehr schlechtes Modell wird einen cw Wert haben der doppelt so groß ist, wie der eines sehr guten Modells. Aber die Stirnfläche ist das eigentliche Maß der Dinge.. Nicht umsonst sind Rennautos flach wie Flundern....

Der Energiebedarf im Fesselflug setzt sich aus 2 Komponenten zusammen: Geradeausflug und Steigflug. Beide Anteile lassen sich exakt berechnen. Der Anteil für den Geradeausflug ist in erster Näherung nur von der Stirnfläche, und der zusätzliche Anteil für den Steigflug nur von der Masse abhängig. Bei für uns relevanten Geschwindigkeiten ist das Verhältnis ca 1:1,6. Das heißt ich benötige einen Leistungsüberschuß von ca 60% gegenüber der Grundleistung um im Steigflug genügend Reserven zu haben.

Beim KUKI kam ich so auf einen Grundbedarf von 190 Watt, bei meinem neuen Kunstflieger (40 mm dick) auf 290. Würde ich bei dem Kunstflieger die Dicke auf 30 mm reduzieren, würde sich der Grundbedarf auf ca 230 Watt reduzieren.

Es handelt sich also nicht um Nebenkriegsschauplätze, denn der Energiebedarf entscheidet darüber, wie schwer der Antrieb sein wird.

Ich will ein Beispiel nennen: Es gibt den EYAS.. Der hat eine extrem dicke Fläche (ca. 50 mm) . Versuche ergaben, daß er mit 3 Zellen nicht schnell genug fliegt (Ich kann nur wiedergeben was mir berichtet wurde). Mein KUKI ist 100 Gramm schwerer und gleich groß, und fliegt mit 3 Zellen 130 kmH (bei ca 300 Watt Leistung). Er hat eine Flächendicke von 30 mm. das ist der einzige wirkliche Unterschied. Als ich ihn vorstellte und erklärte daß er mit einem 1400er 3S Akku ausgerüstet ist wurde ich ausgelacht...

Ich weiß noch von anderen Beispielen.

Ich will dicke Flächen nicht verteufeln. Sie haben einige angenehme Eigenschaften und zur Einstellung einer gleichmäßigen Geschwindigkeit Geradeaus->Steigflug sind sie bei Verbrennern das Mittel der Wahl. Aber bei Elektromodellen stellt sich mir das total anders dar, da die Kosten mit dem Energiebedarf fast exponentiell ansteigen. Und wie kann man einen Einsteiger motivieren, wenn bereits für ein kleines Kunstflugmodell über 250 Euro für Motor Akku und Steller hinzublättern sind.

Deshalb suche ich nach Möglichkeiten mit einfachsten Komponenten schönen Kunstflug zu machen. Und deshalb will ich wissen ob es Effekte gibt die ich übersehen habe.


PeterKa


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#6Ungelesener BeitragVerfasst: 19.09.2013 09:57 
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Hallo Peter !

Ich habe den Kuki und den Eyas mit dem gleichem Motor geflogen(Verbrenner).
Geschwindigkeitsmäßig war der Eyas minimal langsamer (5km/h) , geht aber deutlich weicher in die Figuren und wieder raus. Der Kuki geht direkter, ist insgesamt etwas wendiger, aber man muss viel genauer fliegen. Von da her denke ich, dass man auch da einen Kompromiss zwischen Energiebedarf und Flugverhalten finden muss.

Die Elektroumbauten fliegen , denke ich , auch deshalb nicht so ohne weiteres richtig gut, weil der gesamte mechanische aufbau für Verbrenner ausgelegt ist und die Fuhre einfach zu schwer wird.

Ich würde eher so herangehen : Du versuchst ja , einen Constant Speed Antrieb zu bauen, der so stabil die Drehzahl hält, wie es bei Verbrennern gar nicht möglich ist. Also vergiss die Verbrenner und überlege dir, was aerodynamisch Sinn als Kunstflugzeug ergibt. Das wäre für mich ein symmetrisches Profil was bei hohen Anstellwinkeln wenig Wiederstand erzeugt.
Wenn man sich mal die Pylon-Flieger ansieht, die ja auch echt schnell um die ecke müssen, wäre ein dickes Profil mit hoch gestrecktem Flügel wahrscheinlich gar nicht so schlecht. Dann hast du einen schönen Radius an der Nase und der Gesamtwiderstand bleibt durch die geringe Flächentiefe noch erträglich, da ja die reelle Flügeldicke, dünner ist .

So, war ein kleines Brainstorming ohne anspruch auf Perfektion :)

Grüße, Basti


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#7Ungelesener BeitragVerfasst: 19.09.2013 11:15 
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Hallo Peter,

auf dem Wettbewerb in Bodman fliegt Albrecht Reichle immer einen Flieger aus Depron und der hat, wenn ich mich recht erinnere ein dünnes Profil.
Er könnte dir vielleicht zusätzliche Daten liefern.
Ob er auch im Forum erreichbar ist? Ich weiß es nicht.

Martin


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#8Ungelesener BeitragVerfasst: 19.09.2013 11:50 
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Ich danke euch. Daß es auf einen Kompromiss herauslaufen muss ist ja sonnenklar. Ich denke mit einem Speederprofil werde ich beim Kunstflug keine Lorbeeren ernten. Mir ist nur wichtig festzustellen: Ich kann die Fläche dünner machen, wenn ich in Kauf nehme daß mir der Flieger nicht mehr ganz so viel verzeiht. Wenn das wirklich alles ist, habe ich meine Konstruktionsgrundlagen praktisch zusammen, obwohl ich mich über eine Reaktion eines erfahrenen F2B Wettbewerbspiloten doch sehr gefreut hätte.

@ Rennsemmel: Dein Eyas fleigt aber auch brutal übermotorisiert.. das muß hier mal klargestellt werden... er ist so stark übermotorisiert daß er immer wenn ich ihn steuere der Auspuff wegfliegt.. oder hab ich da was falsch in Erinnerung ?? *grins*

PeterKa


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#9Ungelesener BeitragVerfasst: 19.09.2013 13:11 
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Jepp, zu viel Leistung, zu wenig Locktite :)

Grüße !


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#10Ungelesener BeitragVerfasst: 19.09.2013 13:19 
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Hallo Peter,

ich hake noch mal nach. Eine/Meine wichtige Leistunggröße ist der Standschub.
Der Standschub ist nach meiner Meinung nur abhängig vom Propellerdurchmesser und der gewünschten Drehzahl. Die dafür erforderliche Leistung ist eigentlich immer größer als die Normalflugleistung; nur bei harten Manövern kann sie höher als der Standschub sein, da hier weitere Kräfte den Propeller bremsen (wenn ich das richtig verstanden habe).
Also richte ich mich nach dem Standschub für die Antriebsauslegung.
Bin ich auf dem Holzweg?

Martin


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#11Ungelesener BeitragVerfasst: 19.09.2013 13:47 
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Ja Martin das ist ein Holzweg.

Denn: Der Standschub sagt nichts darüber aus, mit welcher Geschwindigkeit die Luft nach hinten geworfen wird. Also man kann einen 2 Meter Propeller montieren, diesen sanft rotieren lassen und wird dann einen Standschub von einigen Kilos messen. Das war ein krasses Beispiel um die Unbrauchbarkeit des Standschubes alleine zu demonstrieren. Nicht daß die Meßgröße unbrauchbar wäre... nur ist sie nicht hinreichend. Du mußt immer auch die Strahlgeschwindigkeit messen, den sie muß immer gleich oder größer als die Modellgeschwindigkeit sein.

Ich gehe anders herum: Ich weiß die Steigung und die Drehzahl (= Strahlgeschwindigkerit = Modellgeschwindigkeit). Den Leistungsbedarf kann ich über Näherungsformeln abschätzen, und das Datenblatt des Motors sagt mir dann wie groß der Propeller sein muß um die gewünschte Leistung erbringen zu können.. voila..

PeterKa


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#12Ungelesener BeitragVerfasst: 19.09.2013 16:52 
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Hallo Peter,

da hast ja recht! Und eigentlich bin ich auch auf deinem Weg und arbeite in etwa auch so.
Man muß bei dem Thema wirklich aufpassen was man wie schreibt.

Trotzdem ist doch auch die von dir ermittelte Startleistung höher als die Flugleistung. Also richtest du dich ebenfalls nach der Startleistung - egal wie dick das Flügelprofil ist.
Durch das dünnere Profil benötigst du dann zwar weniger Batteriekapazität, aber immer noch denselben Motor wie mit dicken Profil - richtig?

D.h. du versuchst mit kleineren Batterien zurecht zu kommen.

Martin


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#13Ungelesener BeitragVerfasst: 19.09.2013 18:22 
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Mein Bestreben geht weiter als nur Akkus zu sparen. Man kann es folgendermaßen formulieren: Wenn ich 6 Minuten mit der Sollgeschwindigkeit im Kreis geflogen bin, dann sollen nach der Landung alle Komponenten gerade mal gut handwarm sein. Und zwar deshalb:

1.) Der Motor enthält Magnete die (außer in ganz teuren Motoren) bei 85 Grad Celsius (Curiepunkt genannt) die Magnetisierung vollständig und irreversibel verlieren. Nun geschieht das nicht schlagartig sondern bereits ab 50 Grad nimmt die Magnetisierung kontinuierlich ab und mit der Zeit geht auch bei niedrigeren Temperaturen einiges an "Kraft" unwiderbringlich verloren. Da wir vorhaben unsere Motoren längere Zeit zu fliegen, sollten wir anstreben die Temperatur unter 50 Grad zu halten.
2.) Der Steller enthält Halbleiter, die Temperaturen von etwa 120-140 Grad aushalten. Gemeint ist damit die Kerntemperatur der Mosfets, nicht die Temperatur am Kühlkörper. Die Kerntemperatur ist gut und gerne doppelt so hoch, wie die am Kühlkörper gemessene. Also wenn der Steller 60 Grad warm ist, sind die Mosfets an der Grenzsschicht bereits jenseits der 120 Grad. Entsprechend kurz ist die Lebendauer und entsprechend oft fackelt so ein Steller ab, besonders wenn er im Teillastbereich betrieben wird.
3.) Der Akku verliert rapide an Kapazität, wenn er zu warm wird und beginnt sich auf Grund chemischer Prozesse langsam aufzublähen, ein sicheres Zeichen dafür, daß er nicht mehr allzulange halten wird.

Mich treibt also eher ein sicherer Betrieb um, als den Antrieb an den Grenzen zu betreiben.

Ich möchte mal die Regeln beim Bau in Erinnerung bringen: Wenn ein T-Träger rechnerisch 100 Tonnen trägt, darf er in Realität nur bis 50 Tonnen belastet werden. So funktionieren die Zulassungsverfahren.

Und in etwa so versuche ich meine Antriebe auszulegen.

Für den Motor bedeutet das: Lieber etwas größer als nötig, das ist immer besser als zusätzliches Gewicht anzubringen. Für den Steller wähle ich grundsätzlich eine Dimension die den doppelten Grundlaststrom ohne zusätzliche Kühlung laut Herstellerangabe bewältigt.

Und den Akku ? Das ist total einfach. Ich muß die Runden drehen mit Grundlast, und zwar etwa 5 Minuten lang. Dann soll der Akku noch 20% Restkapazität haben. Also muß ich mit maximal 10C fliegen (das ergibt 6 Minuten) Da ich die meiste Zeit mit Grundlast fliege, bin ich hiermit auf der sicheren Seite. Für einen Akku mit 2200 AH heisst das, der Strom für Geradeausflug muß zwischen 20 und 22 Ampere liegen. Dann bleibt er kalt und die Welt ist in Ordnung und die maximale Flugdauer mit ca. 6 Minuten auch.

So ist meine Denke. Und deshalb ziehe ich alle Register um das Modell leicht und widerstandsarm zu machen, wobei widerstandsarm wichtiger ist als das Gewicht, denn 80% der Zeit fliegen wir geradeaus und dafür spielt das Gewicht keine (große) Rolle, auch wenn das die Mehrheit wohl nicht so recht glauben will.

PeterKa


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#14Ungelesener BeitragVerfasst: 19.09.2013 18:49 
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Hallo Peter,

ich hatte gerade noch einen Gedanken zu dünneren Profilen:

Ich denke mir, dass die Profildicke vielleicht einen entscheidenden Faktor bei der Frage spielt, was bestimmt den Propellerdurchmesser.
Bislang ist das die einzige Grösse, die ich diskussionslos von Verbrenner-Modellen übernommen habe. Und ich weiß nicht wie der Propellerdurchmesser für ein Modell sinnvoll bestimmt wird.

Wenn dünnere Profile mit einem kleinern Propellerdurchmessern auskommen würden, dann können wir wirklich auch kleinere Motoren auswählen - falls es hier wirklich einen Zusammenhang zwischen Stirnfläche und Propellerdurchmesser gibt.

Wir sparen dann deutlich Gewicht (also doch!), weil eine kleinere Batterie durch den geringeren Leistungsbedarf gewichtsmäßig viel stärker "reinhaut" als ein etwas kleinerer Motor.

Wenn wir soweit sind, dann sparen wir auch einen Haufen Geld.
Achtung: Der Schwerpunkt muß noch stimmen.

Bis dahin haben wir noch vieeel zu tun!

Martin


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 Betreff des Beitrags: Re: Antriebsauslegung und Profildicke
#15Ungelesener BeitragVerfasst: 19.09.2013 19:31 
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So ist der Weg... Nun wäre zu beweisen dass er stimmt, und deshalb muss ich jetzt ein paar Leisten kleben ;-)

Der Propellerdurchmesser ist überaus entscheidend. Die Leistung die ein Propeller erbringt geht nämlich mit der dritten Potenz des Durchmessers... was weitgehend unbekannt ist. Und wenn man die Drehzahl konstant hält merkt man nicht so ohne weiteres, daß man mit zu hohem Überschuß unterwegs ist, außer wenn die Leistungsaufnahme unrealistisch hoch ist.

Das ist genau der Grund, warum ich eine so große Anzahl von Meßflügen gemacht hatte. Zum Provergleich: Ich fliege den KUKI E mit 9*6 E Prop, da kannste mit Verbrenner keinen von der Roste mit ziehen.. also das ist schon etwas diffizil.

PeterKa


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