Validierung

Wie weit kann man den Leistungswerten von Propforge trauen? Wir rechnen Propeller nach, die an der University of Illinois im Windkanal vermessen wurden, und veröffentlichen das Ergebnis – auch dort, wo das Modell versagt.

Fehler Schubbeiwert
9.6 %
Mittelwert · 90. Perzentil 19.5 %
Fehler Leistungsbeiwert
9.2 %
Mittelwert · 90. Perzentil 20.4 %
Fehler Wirkungsgrad
3.6 Pkt.
Mittelwert · 90. Perzentil 8.9 Pkt.
Propeller
13
1143 Messpunkte

Mittlerer absoluter Fehler im normalen Betriebsbereich (gemessener Schub mindestens 30 % des Standschubs). Ziel: innerhalb 15.0 %.

Methode

  • Blattelement-Impulstheorie (QPROP-Formulierung nach Drela) mit Prandtl-Verlusten an Spitze und Nabe, gelöst an 40 Blattstationen.
  • Auftrieb und Widerstand aus einer Tabelle von XFOIL-artigen Polaren (NeuralFoil) über Wölbung, Dicke, Reynoldszahl und Anstellwinkel; Plattenmodell jenseits des Abrisses; Prandtl-Glauert-Kompressibilität.
  • Blattgeometrie (Sehne und Blattwinkel) genau wie von der UIUC gemessen. Die Profile sind nicht veröffentlicht, daher erhält jeder Propeller eine von zwei Profilklassen (allgemeiner RC- oder dünner Slow-Flyer-Propeller), gewählt nach Produkttyp – nichts wird je Propeller angepasst.
  • Die einzige globale Einstellung, der Transitionsparameter n_crit = 7, wurde an der Hälfte der Propeller gewählt; die andere Hälfte diente als Kontrolle.
  • Diese Seite wird von der Testsuite erzeugt. Verschlechtert eine Änderung das Modell über die Schwellen hinaus, schlägt der Build fehl.

Gemessen vs. berechnet

Schubbeiwert bei 5001 U/minGemessen (UIUC)Propforge
0.0000.0200.0400.0600.500.600.700.80JCT
Datentabelle anzeigen
JGemessen (UIUC)Propforge
0.490.0640.065
0.510.0580.060
0.550.0500.054
0.570.0450.050
0.600.0390.044
0.630.0340.038
0.660.0290.032
0.690.0240.026
0.730.0180.018
0.750.0130.012
0.790.0070.004
0.810.003-0.002
0.84-0.003-0.010
Leistungsbeiwert bei 5001 U/minGemessen (UIUC)Propforge
0.0000.0100.0200.0300.0400.500.600.700.80JCP
Datentabelle anzeigen
JGemessen (UIUC)Propforge
0.490.0460.047
0.510.0440.045
0.550.0400.042
0.570.0370.040
0.600.0340.037
0.630.0310.034
0.660.0290.030
0.690.0260.027
0.730.0220.022
0.750.0190.018
0.790.0150.013
0.810.0120.008
0.840.0090.003
Statischer SchubbeiwertGemessen (UIUC)Propforge
0.0000.0250.0500.0750.10020003000400050006000RPMCT
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RPMGemessen (UIUC)Propforge
19750.0980.094
22920.1000.098
26320.1020.101
29080.1020.103
32110.1030.105
35040.1040.105
38150.1040.106
41440.1050.107
44090.1050.108
47110.1060.108
50110.1070.108
53250.1080.109
56240.1120.109
59380.1130.109
62310.1130.110
65420.1140.110
Statischer LeistungsbeiwertGemessen (UIUC)Propforge
0.0000.0200.04020003000400050006000RPMCP
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RPMGemessen (UIUC)Propforge
19750.0550.051
22920.0540.049
26320.0540.049
29080.0540.047
32110.0540.046
35040.0540.046
38150.0540.045
41440.0540.045
44090.0530.044
47110.0530.044
50110.0530.044
53250.0530.044
56240.0510.044
59380.0510.043
62310.0510.043
65420.0510.043

Alle Propeller

PropellerAngenommenes ProfilCT-Fehler (Bias)CP-Fehler (Bias)Punkte
APC Thin Electric 10×7Allgemein RC3.9 % (+1 %)4.1 % (−1 %)109
APC Thin Electric 11×5.5Allgemein RC10.3 % (+9 %)8.3 % (+3 %)69
APC Thin Electric 14×12Allgemein RC7.9 % (−4 %)10.5 % (−9 %)81
APC Slow Flyer 10×4.7Slow Flyer16.1 % (−16 %)9.9 % (−10 %)87
APC Slow Flyer 11×7Slow Flyer3.9 % (−3 %)6.7 % (−4 %)84
APC Slow Flyer 9×6Slow Flyer16.5 % (−17 %)15.5 % (−15 %)109
APC Sport 11×6Allgemein RC4.3 % (−2 %)10.3 % (−10 %)90
Graupner CAM Prop 10×6Allgemein RC11.2 % (+11 %)7.6 % (+3 %)95
Graupner Super Nylon 11×8Allgemein RC16.7 % (+17 %)16.7 % (+14 %)91
GWS Slow Flyer 10×4.7Slow Flyer5.1 % (+1 %)6.5 % (+2 %)46
Kyosho 10×6Allgemein RC5.6 % (+5 %)6.0 % (−3 %)107
Master Airscrew 11×7Allgemein RC3.7 % (+0 %)6.1 % (−6 %)82
Master Airscrew Scimitar 10×5Allgemein RC16.6 % (+17 %)9.6 % (−10 %)93

Mittlerer absoluter Fehler im normalen Betriebsbereich; Bias in Klammern (positiv = Propforge rechnet zu hoch).

Bekannte Grenzen

  • Die statische Leistung wird unterschätzt (Bias −16 %, 90. Perzentil 28.5 %); die Wurzelströmung eines stehenden Propellers ist stark dreidimensional. Die Bänder für die statische Leistung sind entsprechend breiter.
  • Nahe Schub null (hoher Fortschrittsgrad) sind relative Fehler bedeutungslos; der absolute CT-Fehler beträgt dort bis zu 0.025, CP weicht im Mittel um 32.1 % ab. Die App nutzt in diesem Bereich absolute Bänder.
  • Unter Reynoldszahl 40.000 wachsen die Fehler (CT 6.4 %, CP 11.7 %); kleine, langsame Propeller sind der schwierigste Fall.
  • Die unbekannten Profile kommerzieller Propeller begrenzen diesen Vergleich: Bei eigenen Entwürfen ist das Profil exakt bekannt, gedruckte Oberflächen sind aber rauer als gespritzte.
  • Nicht modelliert: Strahlkontraktion, Aerodynamik von Rake/Skew, 3-D-Abrissverzögerung, Blattverformung, Mantelringe, Kavitation und alles, was CFD erfassen würde.

Laufräder und Pumpen

Das Kennlinienmodell für Pumpen wurde noch nicht mit gemessenen Kennlinien verglichen, daher sind die Bänder bewusst breit (±25 % Förderhöhe, ±30 % Leistung). Laufradwerte als erste Orientierung verstehen und die eigene Pumpe messen.

Daten

Windkanaldaten von 13 Propellern (APC, Graupner, Kyosho, Master Airscrew, GWS) aus Band 1 der UIUC Propeller Data Site, mit Quellenangabe verwendet.

Brandt, J.B., Deters, R.W., Ananda, G.K., Dantsker, O.D., Selig, M.S., UIUC Propeller Database, Vols 1–4, University of Illinois at Urbana-Champaign. m-selig.ae.illinois.edu/props/propDB.html. Airfoil polars: NeuralFoil (P. Sharpe, MIT licence), an XFOIL surrogate.