Propeller-Wirkungsgrad

[nordy]

Dafür dürfte aber der letzte link dann besser passen, den ich hier nochmal wiederhole
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Ja, das passt schon viel besser.

Diese Kombinationen mögen für Standardboote richtig sein.

AVk hat aber ein sehr leichtes Boot und da ist ein kleinerer Propeller für Topspeed einfach besser.

Ich glaub nämlich nicht, dass er Trustprobleme hat.
Wenn er ständig zu viert oder fünft führe, dann wäre ein 12 x 11 das Richtige für ihn.

Gruss
Peter (Nordy)

[avk]

Hallo Zusammen,

zunächst einmal vielen Dank für eure Tipps und v.a. an nordy für die schier unendliche Formelflut (als Naturwissenschaftler genau der richtige Ansatz für mich im Gegensatz zu den im Internet häufig auffindbaren eher "religiösen" Lösungsansätzen ;-)

Also nach allem was ich bisher las, habe ich mich grundsätzlich mal mit einem Edelstahl-Prop angefreundet. Nordys Rat zu einem kleinen Durchmesser würde ich gerne befolgen, doch scheint es Edelstahl-Props (ebenso wie Alu) für meinen Mercury F40 (kein Bigfoot, leider...) nur in 10.irgendwas x 12 zu geben. Wenn ich eure Ausführungen richtig deute, dann sollte auch ein 10.5 x 12 SS-Prop. einen (wenn auch kleineren als ein 10.0 x 12) Performancegewinn bringen. So ein Rapture ist ja in den USA noch für erschwingliche 200 USD zu haben, was dann nach Zoll, Steuern und Versand auf ca. 230 EUR an der Propellerwelle anwächst. Was meint ihr, ist es den Versuch wert?

Danke&Gruss aus dem frühlingshaften Basel

Armin

[avk]

Ooops, Kommando zurück. Der Rapture ist gecupped und würde dadurch die RPM wieder um 200 vermindern. Dazu käme der wiederum grössere Durchmesser, was also in einer noch geringeren Drehzahl resultieren würde. Seufz.

[nordy]

Hallo Armin,

Also nach allem was ich bisher las, habe ich mich grundsätzlich mal mit einem Edelstahl-Prop angefreundet. Nordys Rat zu einem kleinen Durchmesser würde ich gerne befolgen, doch scheint es Edelstahl-Props (ebenso wie Alu) für meinen Mercury F40 (kein Bigfoot, leider...) nur in 10.irgendwas x 12 zu geben. Wenn ich eure Ausführungen richtig deute, dann sollte auch ein 10.5 x 12 SS-Prop. einen (wenn auch kleineren als ein 10.0 x 12) Performancegewinn bringen. So ein Rapture ist ja in den USA noch für erschwingliche 200 USD zu haben, was dann nach Zoll, Steuern und Versand auf ca. 230 EUR an der Propellerwelle anwächst. Was meint ihr, ist es den Versuch wert?

Ich habe am Wochenende mal mit den Wageningener B-Series-Kennfeldern für den Thrust- und Torque-Koeffizienten und den Wirkungsgraden herumgespielt.
Ich habe die kompletten Kennfelder hier gefunden:

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Die Thrust und Torque-Verläufe sind hier für die verschiedenen Bauformen (mehrere Blattzahlen und Flächenverhältnisse) für Steigungs-/Durchmesserverhälnisse von 0,5 bis 1,4 in Abhängigkeit vom sogenannten Advance-Ratio (= v prop/n prop*D) dargestellt.
Diese Verläufe sind mehr oder weniger linear.
Man kann sie also mit zwei Koeffizienten über die bekannte Geradengleichung darstellen.

Bit diesen Beziehungen und einem linearen Drehmomentverlauf unterhalb n nenn kann man das v max und die zugehörige Drehzahl nach Formeln von:

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ausrechnen.

Ich habe also mit deinen Daten für verschiedene D 's - das ist der entscheidende Parameter, die Steigung bestimmt nur über das Verhältnis S/D die Höhe der Kurven in den Kennfeldern mit - und für die zwei Fahrgewichte mit 52 und 45 km/h Spitze die v max und n ausgerechnet.

Zunächst mal habe ich mit den Koeffizienten 0,65 und 0,4 für Thrust und 0,01 und 0,05 für Torque, die ich fast 1:1 aus dem Kennfeld für die 3-Blatt-Props mit einem Flächenverhälnis von 50% und einem S/D von 1,253 (13" Steigung)entnehmen konnte, für eine Person ein v max von 51,9 km/h und eine Drehzahl von 5370 min-1 errechnen können.

Bei 3 Personen (45km/h) konnte ich 44,8 bei 5200 errechnen, stimmt doch haargenau mit deiner Messung überein.

Ich hatte ja geglaubt, dass ein kleinerer Prop von 10 oder gar 9,75'' höhere v max ergeben würde, weit gefehlt.

Hier die Werte bei einem 10'':

1 Person: 51,1 bei 5600
3 Personen: 44,1 bei 5428

bei 9,75'':

1 Person: 50,4 bei 5750
3 Personen: 43,6 bei 5560

Nun die Werte für 10,5'':

1 Person: 52,2 bei 5294
3 Personen: 45,2 bei 5128

Und bei 11'':

1 Person: 53 bei 4986
3 Personen: 45,7 bei 4836

Das hatte ich so nicht erwartet.

Das liegt an den sehr unterschiedlichen Wirkungsgraden aufgrund der verschiedenen Advance Ratios.
Mit steigendem S/D sinkt das Advance Ratio ab und der Wirkungsgrad wird schlechter.
Ausserm verschiebt sich das Effiziens-Maximum mit steigendem S/D zu höheren Ratios hin.

Also es sieht so aus, als sei der 11" x 13 die beste Wahl.
Du würdest aber nur 1 km/h schneller werden, allerdings bei deutlich abgesenkter Drehzahl, was deiner Geldbörse sehr entgegen kommt.

Was dann auch besser wird, ist die Beschleunigung, der 11-er greift einfach besser, hat dabei weniger Schlupf.

Was jetzt noch fehlt, ist die Einbeziehung des gesamten Kennfeldes mit seinen mehere Hundert Koeffizienten in die Formeln.
Diese musste ich bisher vom Diagramm ablesen (sie hängen ja von S/D ab).

Gruss Nordy

[CresIngo]

Hallo aus dem Süden Österreichs!
Vorweg, mein Biorythmus bescheinigt mir für heute miserable intellektuelle Fähigkeiten, auch alle anderen Werte und Prognosen sind so, dass ich heute weder auf der Piste, in der Loipe oder eisschnelllaufend unterwegs bin, sondern hinter dem PC hocke und mich mit ungefährlicheren Dingen beschäftige. Mit einem geistigen Bauchfleck kann man sich nur blamieren aber nicht ernsthaft verletzen.
Daher Vergeeeebuuung!
Zur Sache:
Was Ihr hier geboten habt, Gratulation Nordy, gehört zum Besten was ich je in einem "Fachforum" ( ich bin sonst sehr viel auf Um Links zu sehen, bitte registrieren unterwegs) gelesen habe.
Bis auf die Kennfeldinterpretationen sind für mich die Rechenergebnisse und Lösungsansätze nachvollziehbar.
Natürlich frage ich mich wie Otto-Normalverbraucher an die Problematik herangeht, der nicht wie Ihr, mit bereits nahezu optimalen B und H/D Werten unterwegs ist.
Meine Ausgangssituation: Zodiac MKII Comp. FR mit 380cm Länge und entdrosseltem Yam 9.9, echt 13-15 PS, meist zu Zweit unterwegs.
Prop. 3 x 9 1/4 x 9
Vmax 17 kn
5500 u/min
Untersetzung 2.08
Dies bedeutet, dass B= 9.3 und H/D=0,97 miserabel sind und trotzdem bin ich ganz gut unterwegs. Maximumspeed genügt mir, fahr ich selten, in die Gleitphase komme ich zu zögerlich, bei höherer Beladung (dei Enkerln werden immer schwerer) muss ich dann oft mit einem Schlenkerer über die eigene Welle herausreiten.
Was soll ich wirklich am Prop verändern um mehr Kraft von unten heraus zu haben. Um auf H/D=1,4 zu kommen brauch ich abenteuerliche Propabmessungen.
Peter ich bitte Dich um einen Lösungsansatz.
Lg. Ingo

[avk]

@Peter: Nochmals vielen lieben Dank für deine Ausführungen! Ich bin begeistert.

Das die errechneten Werte für Drehzahl und Top-Speed so gut zur Realität passen ist fantastisch. Somit scheint man damit ein Tool zu haben, mit dem man realistisch den Propeller optimieren kann.

Meine Beobachtung, dass es praktisch keine Props mit sehr kleinem Durchmesser zu kaufen gibt, könnte nordys Berechnungen in gewisser Weise untermauern.

Nach diesen neuerlichen Erkenntnissen sollte also ein gecuppter 10.5 x 12" beinahe optimal sein - vermutlich deswegen ist die käufliche Auswahl auch so eingeschränkt. Das die Drehzahl sinkt, macht mir nichts aus. Das spart nicht nur Sprit sondern schont den Motor und die Ohren.

Zum Thema Cupping habe ich eine ineressante Literaturstelle gefunden:
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Lohnt sich mal zu lesen.

Gruss, Armin

[avk]

Hi Fans,

ich habe bei Mercury einen Prop-Guide gefunden (der ein oder andere mag die Seiten schon kennen?). Besonders das 4. Kapitel ist mit all seinen Formel und Ausführungen sehr interessant.

Ich habe das ganze mal für euch in ein PDF gequetscht.

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Gruss Armin

[Chester]

Was issen datt für'n Link ????????????????

Reinhard

[avk]

Immer wieder Ärger mit den kostenlosen Webspace-Providern. Sorry! Falls jemand einen Webspace hat und die Datei dort ablegen kann, möge er sich bitte melden. Anderenfalls kann ich das File auch an Interessierte per Email versenden!
Bei mir gehts aber, wenn man den Link kopiert und in einem leeren Browserfenster öffnet. Probiert das mal aus.

[OLKA]

Zitat von avk

Immer wieder Ärger mit den kostenlosen Webspace-Providern. Sorry! Falls jemand einen Webspace hat und die Datei dort ablegen kann, möge er sich bitte melden. Anderenfalls kann ich das File auch an Interessierte per Email versenden!
Bei mir gehts aber, wenn man den Link kopiert und in einem leeren Browserfenster öffnet. Probiert das mal aus.

Jo, funzt.

Der Provider will natürlich, dass seine Werbung oft in Erscheinung tritt. Deswegen hat er wohl externe Verlinkung ausgeschlossen.

[nordy]

@Avk+alle

Nachdem mir die Kennfelder für die Thrust- und Torquekoeffizienten nun als Koeffizienten für einen weiten S/D- und z-Bereich als Zahlengrab vorliegen, bin ich in der Lage, die v max und n max wesentlich genauer auszurechnen.

Die Kennfelder sind ja in freiem Wasser ermittelt, müssen also etwas von den realen Verhältnissen am Boot abweichen, ausserdem schweigen sich die Prop-Hersteller über das Flächenverhältnis aus, ich habe mit 0,5 und für z = 3 gerechnet, was die Verhältnisse recht gut treffen müsste.

Die Koeffizienten müssen im Interesse einer hohen Genauigkeit zunächst an das Boot angepasst werden.
Dazu habe ich sie solange verändert, bis die v max- und Drehzahlangaben von Arnim bei 1- und 3-Personenbetrieb erreicht wurden.
Damit erfüllen die Gleichungen die 4 Randbedingungen perfekt und sind somit genau.

Ferner habe ich die Drehmomentkurve neu eingeben.
Das Leistungsmaximum liegt bei 5500 1/min und die Leistung ist bis 5000 runter konstant, was realistisch ist.
Für den Wake (Nachgang) habe ich einen Wert von 3 % angestzt.

Die Koeffizienten für die anderen S/D-Verhältnisse bekommt man nun, in dem man die relativen Abweichungen aus den Kennfeldern für andere S/D mit AVK's Koeffizienten verrechnet.
Die angepassten Werte nach AVK's Angaben bilden also immer die Basis.

Gegenüber der ersten Berechnung ergeben sich teilweise veränderte Werte, die meine anfänglich geäusserten Vermutungen hinsichtlich des kleineren Durchmessers bestätigen.

Resultate:

1) 10,375 x 13 (Basis aufgrund AVK's Messung)
(AR = Advance Ratio, Bp = Belastungsgrad)
1 Person
v max = 52,1 bei 5390
AR = 1,19
Bp = 4,39

3 Personen
v max = 44,4 bei 5138
AR = 1,06
Bp = 6,24

2) 11 x 13
1 Person
v max = 51,2 bei 5295
AR = 1,12
Bp = 4,51

3 Personen
v max = 44,0 bei 5020
AR = 1,01
Bp = 6,23

3) 11 x 12
1 Person
v max = 49,8 bei 5763
AR = 1,00
Bp = 5,25

3 Personen
v max = 43,3 bei 5459
AR = 0,92
Bp = 7,06

und zuletzt

4) 10 x 13
1 Person
v max = 53,5 bei 5470
AR = 1,25
Bp = 4,16

3 Personen
v max = 45,0
AR = 1,10
Bp = 6,11

Der Prop mit dem kleineren Durchmesser bringt doch die beste Performance.

Das v max steigt bei 1 Person um 1,3, bei 3 Personen um 0,6 km/h an.

Das Bp ist hier am niedrigsten und das AR liegt gut unter dem Wirkungsgradmaximum für S/D = 1,3, siehe:

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Die "Parabeln" sind die Wirkungsgradverläufe.
Die Geraden sind die Thrust- und Torqueverläufe, aus denen sich der Wirkungsgrad ergibt.

Durch Feinabgleich des AR könnte man noch etwas v max herauskitzeln.
Hierzu müsste man die Koeffizienten leicht verändern, also die Propgeometrie noch etwas verändern, vielleicht einen mit einem anderen Flächenverhältnis nehmen ?
Steigung und Durchmesser würde ich aber nicht mehr verändern.

Wie man sieht, ist für ein hohes v max ein S/D von mindestens 1,2-1,4 und ein möglichst kleiner Belastungsgrad erforderlich (Bp < 4,5).

Diese Formel ist wegen ihrer Einfachheit einfach Klasse.

Gruss Nordy

[nordy]

Meine Ausgangssituation: Zodiac MKII Comp. FR mit 380cm Länge und entdrosseltem Yam 9.9, echt 13-15 PS, meist zu Zweit unterwegs.

Hallo Ingo,

hast du den 9,9 F von Yamaha mit einer Nenndrehzahl von 5000 U/min ?

Woher bist du so sicher, dass der Motor nach dem "Entdrosseln" 3-5 PS mehr haben soll ?

Die 5500 erreichst du bei 17 kn und mit 2 Personen ?
Wie schnell bist du allein und welche Drehzahl erzielst du dabei.

Brauche noch diese Informationen, will sehen, was ich dann tun kann.

Gruss Nordy

[avk]

Ich würde vermuten, dass sich bei einer Leistung um die 10 PS durch einen Propellerwechsel nicht viel machen lässt, es sei denn der derzeitige Prop ist agbrundtief falsch bemessen.

[nordy]

@Cresingo

Meine Ausgangssituation: Zodiac MKII Comp. FR mit 380cm Länge und entdrosseltem Yam 9.9, echt 13-15 PS, meist zu Zweit unterwegs.
Prop. 3 x 9 1/4 x 9
Vmax 17 kn
5500 u/min
Untersetzung 2.08
Dies bedeutet, dass B= 9.3 und H/D=0,97 miserabel sind und trotzdem bin ich ganz gut unterwegs. Maximumspeed genügt mir, fahr ich selten, in die Gleitphase komme ich zu zögerlich, bei höherer Beladung (dei Enkerln werden immer schwerer) muss ich dann oft mit einem Schlenkerer über die eigene Welle herausreiten.
Was soll ich wirklich am Prop verändern um mehr Kraft von unten heraus zu haben. Um auf H/D=1,4 zu kommen brauch ich abenteuerliche Propabmessungen.

Du hast höchstens 11 PS, sonst wär dein v max (31,5 bei 2 Personen) besser.

Dafür spricht auch, dass sich bei 14 PS bei 5500 Umdrehungen rechnerisch ein viel zu grosser Propellerschlupf ergeben würde.
So schwer seid ihr zu zweit nun auch wieder nicht, dass ihr bei 31,5 mit 20 % Schlupf durch die Gegend führet.

Wenn deine v max-Angaben mit 31,48 bei 5500 richtig sind, zeigen meine Rechnungen ganz klar, dass deine Propgeometrie nicht stimmt.

Mit einem 3 x 11 x 9,25 wärst du zu zweit um 1,7 km/h bei deutlich abgesenkter Drehzahl schneller.
Hier die Daten:

Basis: 9 x 9,25 - 11 PS - 31,48 km/h bei 5500 min-1

v max = 31,5 bei 5494
Advance Ratio J = 0,82
Belastungsgrad Bp = 7,9
Propellerschlupf s = 13 %

Ich nehme an, dass deine v max und Drehzahl bei 2 Personen ermittelt wurden.

3 x 11 x 9,25

v max = 33,2 bei 4791 (sparst ungemein Sprit)
J = 0,99
Bp = 6,1
s = 14 %

Bei 1 Person und einem geschätzten v max von 35 km/h mit dem 9 x 9,25 ergäben sich folgende Daten:

v max = 38,5 bei 5075
J = 1,084
Bp = 4,5
s = 6 %

Damit könntest du doch sehr gut leben.

So hoch ist der Belastungsgrad (7,9) mit dem 9 x 9,25 und bei 31,48 km/h nun auch wieder nicht.
Diese Werte hängen stark von der Beladung ab.
Werte von unter 5 sind bei unseren Booten eigentlich nur mit einer Person und natürlich, wie dieses Beispiel gezeigt hat, nur mit richtiger Propgeometrie zu erreichen.

Gruss Nordy

[avk]

Das hört sich doch nicht schlecht an für Ingos Boot.

Ich habe jetzt nach dem Durchforsten sämtlicher Prop.-Kataloge, Preislisten und Foren auf der Suche nach einem 10x13 Prop einen Ballistic 10-1/8 x 13 bestellt. Sollte der nichts taugen werde ich ihn dank günstigem US-Import wenigstens +-0 in D wieder los. Aber nach nordys Berechnungen bin ich guter Hoffnung.
Übrigens gibt es auch einen 10 x 13 von Powertech, allerdings ein 4-Flügler und sowieso unbezahlbar...