Thermiksegler
mit kleinem Torquemax
LRK350-12-24w-0.85mm
Vollast
und Teillast Effizienz
Da wir den schönen und und
sehr leichten DataLogger
haben, der "direkten Draht" zum SPEEDY-BL Controller hat, war es einfach
einige Steigflüge mit einem leichten 2.5m Thermiksegler
zu machen. Der "direkte Draht" besteht aus 5 Signalleitungen
die direkt aus dem SPEEDY-BL über den unteren Stecker die
Information bereitstellt. Die Drehzahl wird als die 3-Phasen
Felddrehung gemessen, somit liegt die Frequenz bei dem LRK350-12
7 mal höher und somit 7 mal genauer, als die Luftschraubendrehung
selbst.
Gemessen wurden mit einer Genauigkeit
von 14 bit:
Da mein gestecktes Ziel ist,
die Flugdauer zu maximieren, habe ich auch Untersuchungen bei
Motor-Teillast angestellt. Diese Meßflüge wurden auf
einer Wiese spät abends durchgeführt, um möglichst
Thermik auszuschließen oder mindestens zu erkennen. Die
Steig-Meßflüge wurden ganz normal am Tage durchgeführt.
Das Modell ist schon seit Jahren mit einem Vario ausgestattet,
das es ermöglicht, die Steig- und Sinkflüge präzise
zu steuern.
Thermiksegler 2.5m von
1998, heute mit Wölbklappen
Der kleine LRK350-12-24w-0.85
mit SPEEDY-BL
Steigflüge
am 3.10.2001
Der Thermiksegler wiegt 1.7kg
mit 8 Zellen N1700SCR. Es wurden Aeronaut Luftschrauben
17x9, 15x8, 14x7 untersucht. Am 3.10.2001 um 12 Uhr war
natürlich auch Wind und Thermik im Spiel, aber da wollte
ich nur die Steigleistungen beurteilen. dafür war das Wetter
OK. Zuerst der Strom und Spannung bei 8 Zellen.
Dieser Flug war noch nicht optimal,
mein Eintrag im Logbuch sagt:
8x1700 17x9 Aeronaut, LRK350-12-24w-0.85, sehr windig, bewölkt,
kaum heil runtergekommen, soll nur genommen werden, um die Leistung
und Drehung der LS, nicht die Steigung, zu berechnen. Schwerpunkt
ganz vorne.
Also widmen wir uns gleich den
zweiten Flug um 13
Uhr:
8x1700, 17x9
Aeronaut, noch immer windig,
aber man kann schon besser die Steigleistungen und die Effizienz
berechnen, Akku 1cm nach hinten.
Aus dem Bild des Fluges sieht
man, daß ich mit der 17"x9" 5 m/s Steigleistung
erreiche. Da ich den Strom und die Spannung, sowie auch die gewonnene
Höhe habe, ist die Berechnung des Eta über alles möglich.
Die ersten drei Steigflüge wurden in Vollast bei 190-230 W
geflogen, der vierte in Teillast mit ca. 110 W.
1.Steigen = 5.08m/s Eta=46.6%
2.Steigen = 5.0m/s Eta=49.3%
3.Steigen = 4.5m/s Eta=45.4%
4.Steigen = 2.51m/s Eta=48.6% Teillast
5.Steigen = 4.7m/s Eta=50.2%
6.Steigen = 4.0m/s Eta=46.6%
7.Steigen = 4.0m/s Eta=53.3%
8.Steigen = 4.0m/s Eta=53.3%
Ergebnis:
1. Auf bei 5 m/s Steigen
ist ein hohes Eta möglich.
2. Überraschenderweise ist das Eta in 50% Teillast auch
sehr hoch. Das bedeutet, daß der SPEEDY-BL Freilauf sehr
gut funktioniert.
3. Die 17x9 ist doch zu scharf für diesen kleinen Segler.
Effizienzfrage:
bei welchen Strom erreicht man
die beste Energieausbeute bei Motor Ri=48 mOhm und realistischen
Zellen Ri=6 mOhm. Hier sieht man auch, daß es wenig
Sinn hat, die Motor Ri sehr klein zu machen, wenn die 8 Zellen
dann auch so um 50 mOhm haben (nur aus der Sicht der Energieausbeute,
wenn Ri klein, dann ist meistens der Leerlaufstrom groß).
Effizienz des Akkus und
Motors bei unterschiedlichen Strömen
Aus dem Bild kann man leicht
erkennen, daß eine kleinere Luftschraube ran soll. Sie
kommt auch an die Reihe. Den Motor habe ich auch für die
15"x8" entworfen.
In
diesem Flug sieht
man, daß es ziemlicher Absaufer herrschte und anstatt Sinkleistungen
von 0.49 m/s vorzufinden, sehen wir Sinken zwischen 0.6
bis 0.73 m/s. Nichtsdestotrotz kann man auch diesen Flug
verwerten. Das Flugbuch sagt:
15x8 und 8x3000
NiMH,
Die Steigleistungen sind jetzt:
1.Steigen = 3.66m/s Eta=57.9%
2.Steigen = 2.9m/s Eta=53.0%
3.Steigen = 2.54m/s Eta=51.8%0
Die Etas mit dieser 15x8 LS liegen
deutlich über die Etas mit der LS 17x9. Das war zu erwarten,
da der Motorstrom jetzt um die 13-14 A liegt und auch die
LS weniger Leistung umsetzen muss (um so weniger Leistung, desto
wirkungsvoller arbeitet die LS).
LRK350-12-24: Motorstrom
und Akkuspannung mit 17x9 und 15x8
Sunset-Flug
In diesem 55 Minutigen Flug aus einem 8 Zellen alten Akku (N1700SCR)
kann man schon erkennen, was in so einem LRK-Motor steckt. Hier
störte kein Wind die Messung. Zur Kontrolle wurde auch die
Summe des Stromes (Das Integral) aus der Messung berechnet: 1650mAh.
Das stimmt mit der Entladung des Akkus ganz gut.
Die Berechnung der Effizienz
geschieht, wie immer, über alles, d.h.
Eta=Ep/E=gewonnene
Potential Energie / bezogenen elektrische Energie
Ep=m*g*h in
Joule
E=U*I in
Joule
Zuerst wurden 3 Steigflüge
in Vollast ausgeführt:
Die Effizienz Eta in %, Steigleistung
und elektrische Leistung:
1.Steigflug 47.0% 3.57m/s 140W
2.Steigflug 52.8% 3.48m/s 130W
3.Steigflug 52.4% 3.41m/s 125W
Teillast-Flüge
dann 4 Steigflüge in Teillast
(so langsam wie nur möglich, die Steigrate wurde "live"
in Variometer gehört!)
Die Effizienz Eta in % und elektrische
Leistung:
4.Steig 50.8% Teillast 40W
5.Steig 56.9% Teillast 50W,37W,28W
6.Steig 52.7% Teillast 30W
7.Steig 47.6% Teillast 20W
Die Effizienz bei der Teillast
ist genau so gut wie bei Vollast (in Rahmen der Meßgenauigkeit)
Sogar mit
20W in Teillast bezogen aus dem Akku ist Steigen möglich.
Der Leerlaufstrom scheint sehr zurückgegangen zu sein. Auch
die PWM (Puls-Weiten-Modulation) des Controllers scheint sehr
wenig Energie zu vernichten!
Wenn man die Motorleistungen
und die Steigleistung in einem Graph darstellt, dann bekommt
man eine Linie, die 0 m/s bei der Schwebeleistung erreicht.
Bei Leistung 0 W sollte die Sinkleistung erreicht sein.
Diese wurde auch erreicht, was beweist, daß nirgendwo Leistung
im Motor als "Offset" verbraten wurde.
Erhöhung
der Spannung
Da der LRK-Motor um 130 g weniger
wiegt, als der vorher verwendete Johson HC683 mit dem 2.8:1 Getriebe,
war es durchaus denkbar die Zellenzahl von 8 auf 10 zu erhöhen.
Das Gewicht des Modell kam dann auf 1.8 kg. Natürlich
hat der Akku dann 25% mehr Energie! Bei der gleichen LS 15"x8"
wurden wieder über 220 W umgesetzt und die Steigleistung
stieg von 3.5 auf ca 4.5 m/s. Eine Aufnahme eines Fluges
ist hier.
Insgesamt
ein toller Tausch. Bei gleichen Seglergewicht stieg die Flugzeit
von 30 Minuten bei dem Kommutatormotor mit Getriebe, auf 55 Minuten
mit dem 150 g leichten, aber leistungsfähigen LRK350-12-24w.
Ein derart hohes Eta um 48-50%
kommt auf einige Aspekte zurück:
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