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.
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
Datentabelle anzeigen
| J | Gemessen (UIUC) | Propforge |
|---|---|---|
| 0.49 | 0.064 | 0.065 |
| 0.51 | 0.058 | 0.060 |
| 0.55 | 0.050 | 0.054 |
| 0.57 | 0.045 | 0.050 |
| 0.60 | 0.039 | 0.044 |
| 0.63 | 0.034 | 0.038 |
| 0.66 | 0.029 | 0.032 |
| 0.69 | 0.024 | 0.026 |
| 0.73 | 0.018 | 0.018 |
| 0.75 | 0.013 | 0.012 |
| 0.79 | 0.007 | 0.004 |
| 0.81 | 0.003 | -0.002 |
| 0.84 | -0.003 | -0.010 |
Datentabelle anzeigen
| J | Gemessen (UIUC) | Propforge |
|---|---|---|
| 0.49 | 0.046 | 0.047 |
| 0.51 | 0.044 | 0.045 |
| 0.55 | 0.040 | 0.042 |
| 0.57 | 0.037 | 0.040 |
| 0.60 | 0.034 | 0.037 |
| 0.63 | 0.031 | 0.034 |
| 0.66 | 0.029 | 0.030 |
| 0.69 | 0.026 | 0.027 |
| 0.73 | 0.022 | 0.022 |
| 0.75 | 0.019 | 0.018 |
| 0.79 | 0.015 | 0.013 |
| 0.81 | 0.012 | 0.008 |
| 0.84 | 0.009 | 0.003 |
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| RPM | Gemessen (UIUC) | Propforge |
|---|---|---|
| 1975 | 0.098 | 0.094 |
| 2292 | 0.100 | 0.098 |
| 2632 | 0.102 | 0.101 |
| 2908 | 0.102 | 0.103 |
| 3211 | 0.103 | 0.105 |
| 3504 | 0.104 | 0.105 |
| 3815 | 0.104 | 0.106 |
| 4144 | 0.105 | 0.107 |
| 4409 | 0.105 | 0.108 |
| 4711 | 0.106 | 0.108 |
| 5011 | 0.107 | 0.108 |
| 5325 | 0.108 | 0.109 |
| 5624 | 0.112 | 0.109 |
| 5938 | 0.113 | 0.109 |
| 6231 | 0.113 | 0.110 |
| 6542 | 0.114 | 0.110 |
Datentabelle anzeigen
| RPM | Gemessen (UIUC) | Propforge |
|---|---|---|
| 1975 | 0.055 | 0.051 |
| 2292 | 0.054 | 0.049 |
| 2632 | 0.054 | 0.049 |
| 2908 | 0.054 | 0.047 |
| 3211 | 0.054 | 0.046 |
| 3504 | 0.054 | 0.046 |
| 3815 | 0.054 | 0.045 |
| 4144 | 0.054 | 0.045 |
| 4409 | 0.053 | 0.044 |
| 4711 | 0.053 | 0.044 |
| 5011 | 0.053 | 0.044 |
| 5325 | 0.053 | 0.044 |
| 5624 | 0.051 | 0.044 |
| 5938 | 0.051 | 0.043 |
| 6231 | 0.051 | 0.043 |
| 6542 | 0.051 | 0.043 |
Alle Propeller
| Propeller | Angenommenes Profil | CT-Fehler (Bias) | CP-Fehler (Bias) | Punkte |
|---|---|---|---|---|
| APC Thin Electric 10×7 | Allgemein RC | 3.9 % (+1 %) | 4.1 % (−1 %) | 109 |
| APC Thin Electric 11×5.5 | Allgemein RC | 10.3 % (+9 %) | 8.3 % (+3 %) | 69 |
| APC Thin Electric 14×12 | Allgemein RC | 7.9 % (−4 %) | 10.5 % (−9 %) | 81 |
| APC Slow Flyer 10×4.7 | Slow Flyer | 16.1 % (−16 %) | 9.9 % (−10 %) | 87 |
| APC Slow Flyer 11×7 | Slow Flyer | 3.9 % (−3 %) | 6.7 % (−4 %) | 84 |
| APC Slow Flyer 9×6 | Slow Flyer | 16.5 % (−17 %) | 15.5 % (−15 %) | 109 |
| APC Sport 11×6 | Allgemein RC | 4.3 % (−2 %) | 10.3 % (−10 %) | 90 |
| Graupner CAM Prop 10×6 | Allgemein RC | 11.2 % (+11 %) | 7.6 % (+3 %) | 95 |
| Graupner Super Nylon 11×8 | Allgemein RC | 16.7 % (+17 %) | 16.7 % (+14 %) | 91 |
| GWS Slow Flyer 10×4.7 | Slow Flyer | 5.1 % (+1 %) | 6.5 % (+2 %) | 46 |
| Kyosho 10×6 | Allgemein RC | 5.6 % (+5 %) | 6.0 % (−3 %) | 107 |
| Master Airscrew 11×7 | Allgemein RC | 3.7 % (+0 %) | 6.1 % (−6 %) | 82 |
| Master Airscrew Scimitar 10×5 | Allgemein RC | 16.6 % (+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.