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Alles übers Bootfahren Bootfahren in der Praxis und was zu bedenken ist. |
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#1
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Propeller-Wirkungsgrad
Hallo,
wenn's um bessere Bootperformance geht, befassen wir uns meistens nur mit Motor und Boot, der Prop bleibt fast immer aussen vor. Dabei ist er von erheblicher Bedeutung, denn im günstigsten Fall gehen immer noch 20-25 % der Antriebsleistung bei leichten Gleitern durch ihn verloren. Von welchen Faktoren hängt der Propwirkungsgrad ab ? 1.) Am stärksten vom sogenannten Belastungsgrad 2.) Vom Steigungs/Durchmesserverhältnis H/D des Prop 2.) Von der Flügelzahl 4.) Vom Flächenverhältnis des Prop Den höchsten Wirkungsgrad unter den 2-4-Flüglern hat der 2-Flügler, er erreicht bis zu 80 %, gefolgt von dem 3-Flügler mit 50% Flächenverhältnis, der nur 75 % erreicht. Mit letzterem haben wie es ja meistens zu tun. Die 75 % erreichen wir nur bei entsprecher Auslegung von 1.) und 2.). Generell kann man sagen, der Belastungsgrad sollte so klein wie möglich sein und H/D sollte zwischen 1,3 bis 1,5 liegen. Was ist nun der Belastungsgrad ? Die Formel für ihn lautet: B = n [min-1] / i x (P [PS] /( v [kn] x (1 - N)) ^5)^0,5 n ist die Motordrehzahl i die Getriebeübersetzung P die Motorleistung v die Geschwindigkeit des Bootes N ist der sogenannte Nachstrom, bei unseren Booten etwa 0,04 B ist also umso kleiner, je niedriger der Prop dreht und je kleiner das Verhältnis P/ v ^5 ist, das heisst, je weniger Leistung ich zur Erzielung einer bestimmten Geschwindigkeit einsetzen muss. Kann man glaube ich ganz gut verstehen. Hier ein Rechenbeispiel: Bei meinem Zodiac mit dem getunten 30PS-Johnson ist: P = 40PS i = 2,23 V = 27 sm/h n = 5500 min-1 (Motor dreht mit dem 15 ' Prop bis n nenn) H = 15 '' D = 10 '' B = 5500/2,23 x (40 / (0,97 x 27)^5)^0,5 B = 4,44 H/D = 15/10 = 1,5 Das sind optimale Werte für meinen 3-Flügler mit geschätzten 50 oder 60 % Flächenverhältnis. Der Wirkungsgrad dürfte bei 75 % liegen. Eine weitere Reduzierung des Belastungsgrades über eine grössere Steigung, würde keinen besseren Wirkungsgrad bringen, nur käme es zu einem Leistungsverlust beim Motor, der nur noch bis bei 4900 mi-1 drehte. Anders sähe es z.B. aus, wenn der Prop ein 13 '' gewesen wär. Der Belastungsgrad wäre dann : B = 6300 / 2,23 x (36 / (0,97x25,4)^5) ^0,5 = 6,0 H/B = 13/10 = 1,3 Der Wirkungsgrad läge nur bei etwa 72 %. Der 15 "- Prop würde den Wirkungsgrad auf die schon erwähnten 75 % anheben. Übrigens die Formel für den Belastungsgrad zeigt auch, wie hoch die Verluste beim Anfahren sind. Beispiel: n = 4000 min-1 v = 10 sm/h P = 30 kW B = 4000/2,23 x (30/ 0,97x10)^5)^0,5 = 33,5 Der Wirkungsgrad dürfte nur bei knapp 50% liegen. Wir alle wissen ja, wie stark der Prop beim Vollgasbeschleunigen aus geringen Geschwindigkeiten schlüpft. So, nun rechnet man schön. Gruss Nordy |
#2
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Zitat:
Hier meine DAten wie gewünscht. Marschfahrt mit 2 Leuten an Board. voller Tank und Zubehör n 4100 i 2,33 P 66,2 v 40kmh N ist der sogenannte Nachstrom, bei unseren Booten etwa 0,04 ???? Prop hab ich einen 3fl. mit 13,25 x 19" Gruß Rotti
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LG Mathias . ... Zugfahrzeug LMC Cruiser 674G Liberty auf Fiat Ducato 2,3 Um Links zu sehen, bitte registrieren
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#3
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Moin Rotti,
meine Rechnung ergibt für B den nicht schlechten Wert 7,3 und für H/D den Wert 1,4. H/D ist optimal, B könnte noch etwas kleiner sein, erreichbar durch eine gleichermassen grössere Steigung und Durchmesser (H/D bleibt gleich). Man müsste die Rechnung natürlich noch für v max durchführen. Wie sind denn da deine Werte ? Kennst du eigentlich das Flächenverhältnis deines Props ? Gruss Nordy |
#4
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Servus Nordy!
Danke für die REchnung. Leider kenn ich nicht mein Propeller - Flächenverhältnis. Vmax geht mein Boot 59,8kmh bei einer Drehzahl so um die 5700 - 5800 rpm. Bin schon gespannt was du dazu sagst. Theoretisch kenn ich mich da nicht so aus, den Prop habe einfach durch Test`s gefunden. Noch besser meiner Meinung nach wäre der 12 5/8 x 21" Yamaha vom Martin STM gewesen der ihn mir mal borgte. Noch bessere Beschleunigung von unten raus, exaxte 40kmh bei knapp 4000rpm. Vmax auch so um die 59-60kmh. Auf alle Fälle hatte dieser Prop die beste Performance. Aber irgendwo muss man mal ein wenig zurücktreten und sparen und kann sich nicht immer wieder was neues dazu kaufen, zumal dieses Jahr ja einiges bei mir in die Bootskasse geflossen ist. Mal sehen, vielleicht sehe ich mich n. Jahr nach einen anderem Prop um (Steel) . Ich meine Edelstahl auf mein Edlrib mit den Edelklampen :zerschepp :zerschepp Gruß Rotti
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#5
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Hallo,
Glückwunsch, der Belastungsgrad bei v max beträgt 4,4 (bei 90PS). Das ergibt bei dem H/D von 1,4 einen Wirkungsgrad von genau 75 %, das Optimum nach den Wageninger B-Screws-Kennfeldern (Flächenverhältnis = 50%). Bei einem Flächenverhältnis von 80 % - glaube nicht, dass es auf deinen Prop zutrifft - wären es noch 70 %. Beim 2-Flügel-Prop wären es aber 80 %, ist aber aus Komfortgründen wohl nicht fahrbar. Der Wirkungsgrad bei der Marschfahrt beträgt aber nur 70 % (Flächenverhältnis =50+80 %). Erhöht da geringfügig den Verbrauch. Wärst du nicht mit einer 20-er Steigung noch optimaler dran ? Der Motor überdreht ja zur Zeit etwas, damit lägst du genau auf " Punkt" (5500) und der Belastungsgrad wäre auch noch etwas kleiner, was den Verbrauch bei 40 km/h zweimal verringern würde: Einmal über die geringere Motordrehzahl (geringere Nulllastleistung) und zum andern über einen noch besseren Propwirkungsgrad. Der mit der 21-er Steigung hat ein H/B von 1,66, der Wert ist leider nicht mehr auf den Diagrammen drauf, sodass ich nichts dazu sagen kann, wie sich der Wirkungsgrad damit verändert. Fazit: Du hast auf Anhieb einen sehr guten Prop gefunden, dessen sehr gute Performance sich auch durch die Theorie erhärten lässt. Gruss Nordy |
#6
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Hi Nordy!
Jetzt kannst du mich als Ventilator einbauen bei dem Lob was ich von dir bekommen habe. Ich schlage einen Salto nach dem anderen, so freut mich das. GEnau wie du sagst, ich habe auch schon überlegt eine 2o iger Steigung zu montieren. Das alles was du schreibst und ich getestet habe ist ähnlich wie in der Modellfliegerei. Danke Nordy - Gruß Mathias
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#7
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Hallo Rotti,
Zitat:
Der Prop liegt doch in einer Strömung mit einer Geschwindigkeit, die ohne Frage kleiner als die Bootsgeschwindigkeit ist. Denn nur direkt an der Bootshaut hat das Wasser die Geschwindigkeit des Bootes, weit genug davon entfernt hat es den Wert Null. Bei Verdrängern liegt die Anströmgeschwindigkeit des Props je nach Kiellänge und Gewicht zwischen 75 und 85 % der Bootsgeschwindigkeit. Bei Gleitern liegt der Wert je nach Gewicht zwischen 92 und 96 %. Je leichter das Boot ist umso mehr nähern sich die Geschwindigkeiten an. Die Formel lautet: V Anström = v Boot x (1 - N) Im Mittel wäre bei unseren Booten N = 0,04, also V Anström ungefähr 0,96 v Boot Gruss Nordy |
#8
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Hallo Freunde des Propellers,
scheint mir an der Zeit diesen alten Fred mal wieder hervorzuholen, natürlich mit der ewigen Frage: Welcher Propeller ist der Beste - für meine Boot/Motor Kombination? Fakten: An meinem Zodiac Futura Mark III hängt ein 40 PS Mercury 4-Takter mit dem original-Propeller Mercury Black Max 48-73136A40 13P, Pitch 13 und Durchmesser 10 3/8, Aluminium lackiert. Folgende Performance erreiche ich momentan wenn ich alleine fahre: RPM = 5350 (v-max) km/h = 52 daraus errechne ich mit nordys Formel ein B von 4,5 - scheint also soweit ein guter Wert. Fahren wir aber mit mehr Gewicht, sprich drei Personen plus Ballast, komme ich auf folgende Werte: RPM = 5200 (v-max) km/h = 45 ergibt ein B von 6,2 Der Motor sollte laut Handbuch optimalerweise etwa mit 5800 drehen. Kann ich nun die Performance im Hinblick auf Beschleunigung oder V-Max noch steigern? Viel scheint da ja nicht mehr drin zu sein, oder was meint ihr bringt hier ein hochgezüchteter und damit auch entsprechend teurer Edelstahl Propeller noch etwas? Gruss Armin |
#9
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Hallo Armin,
um das bestmögliche v max zu erzielen, müssen drei Voraussetzungen erfüllt sein: Der Motor muss maximale Leistung abgeben, das ist bei dir bei 5800 min-1 der Fall. Der Fahrwiderstand sollte möglichst gering sein. Der Prop-Wirkungsgrad sollte mindestens 75 % betragen, was bei Belastungsgraden von um die 4 und H/d < 1,3 der Fall ist. Ursachen für das kleinere V max mit 3 Personen sind bei dir: 1.) Die durch das höhere Gewicht wesentlich grössere Bootreibung 2.) Der Propwirkungsgrad ist deutlich schlechter geworden, weil du die fast gleiche Leistung für eine deutlich kleinere Geschwindigkeit aufbringen musst. Das erkennst du auch daran, dass der Prop jetzt wesentlich mehr schlüpft. Wenn der Schlupf gleich geblieben wär, hätte der Motor im Verhältnis 45/52 niedriger also bei 4630 drehen müssen. Hast du beim Belastungsgrad auch 40 - x eingesetzt ? Wenn du weiterhin mit 40 PS gerechnest hast, wird der Wert in Wirklichkeit noch höher also schlechter als 6,2 sein. 3.) Der Motor gibt aufgrund der abgefallenen Drehzahl noch weniger Leistung ab. Wie kannst du das v max verbessern ? Du kannst wohl kaum erreichen, dass der Prop bei 3 Personen nicht wesentlich stärker als bei dir alleine durchdreht. Der grössere Schlupf und Nachgang stellt sich automatisch als Folge der höheren Bootslast und -reibung ein. Die Propgeometrie stimmt aber nicht. Schon für Alleinefahrt ist die Steigung einfach zu gross. Ausserdem könnte der Durchmesser etwas kleiner sein. Idealerweise sollte der Motor hier auf den Punkt oder etwas drüber hinaus drehen. Ich würde einen 10 x 12 ausprobieren. Das Boot müsste mit dir alleine so noch 2-3 km/h schneller werden. Kann sein, dass du den guten Belastungsgrad von deinem alten Prop halten kannst. Die v max-Einbusse bei 3 Personen wird sicherlich auch kleiner werden. Viel Erfolg. Gruss Nordy |
#10
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Vielen Dank für die Analyse, nordy!
Ich habe eben mal durch einen Michigan-Katalog geblättert, dort gibt es z.B. einen passenden 10.5 x 12 Ballistic Propeller - wie wäre es damit? Sind eigentlich solch "ausgefallenen" Propellerformen besser als der herkömmliche Alu-Prop. oder wirft man sein Geld so mehr oder weniger nur zum Fenster raus? Aber die Aussicht, das man bei mir noch 2-3 km/h herausholen könnte ist auf jeden Fall schonmal schön! |
#11
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Zitat:
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#12
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Zitat:
In dem USA Propfinder finde ich aber was anderes, siehe hier die US-Empfehlung für D/40 PS 4-Takt Bigfoot Mercury (wenn ich hier richtig gewählt habe): Um Links zu sehen, bitte registrieren Vielleicht kannst Du mit mehr Durchmesser und weniger Pitch die benötigte Drehzahl von 5600-5800 erreichen und trotzdem gute 50kmh mit 2 Personen anBord fahren? Dafür gewinnst Du aber von unter heraus sicher an Beschleunigung. Denke das dies auch eine Überlegung wert sein könnte, insbesondere wo Du mit dem 13' Pitch die benötigte Drehzahl nicht erreichst. Sehr günstige SOLAS Props (Australien) bekommst Du über Um Links zu sehen, bitte registrieren Aber vielleicht habe ich auch einen falschen Mercury Outboarder jetzt gewählt. Dann bitte bei PropFinder den richtigen Motor eingeben und neu suchen. Bei den japanischen Versionen sind auch Abmessungen um die 10 x 12' Pitch möglich, das hängt aber von der Verzahnung ab (13er?), die passen muß. Vielleicht diese hier: Um Links zu sehen, bitte registrieren Geändert von DieterM (10.02.2006 um 13:10 Uhr) |
#13
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Zitat:
die von dir angesprochenen Herstellerempfehlungen (14x11) gelten für den Bigfoot, der wesentlich mehr Hubraum hat (995 / 747 ccm) und auch viel kürzer übersetzt ist (2,33 / 2,0). Bei 5500 Umdrehungen würde das Boot gerade mal 38 km/h schnell sein. Das ist eine High-Trust-Motor/Prop-Kombination, von unten heraus - wie du sagst -mit dem Bigfoot sicher excellent aber leider mit low Speed. AVK würde mit dem 14 x 11 deutlich an v max verlieren, bei 5500 wären es theoretisch gerade mal 45 km/h. Wegen des grossen Durchmessers würde er die 5500 auch garnicht erreichen und dadurch weiter an v max einbüssen. Ferner ist der Propwirkungsgrad bei 11/14=0,79 ziemlich schlecht. Ich halte 10 x 12 oder vielleicht 9,75 x 12 für ihn optimal. Viele Grüsse in den verschneiten Süden Peter (Nordy) |
#14
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Servus Peter,
richtig, dann bin ich doch vom falschen Motor ausgegangen. Es müßte doch der Mercury mit Basis Yamaha sein, oder? Der hat dann 13 Zähne am Propschaft. Dafür dürfte aber der letzte link dann besser passen, den ich hier nochmal wiederhole Um Links zu sehen, bitte registrieren Das mit dem Propwinkel muß ich mir einfach nochmal richtig anschauen. Ja, hier schneit es wie seit Langem nicht mehr. Bin auch deswegen heute nicht unterwegs gewesen obgleich mein GW sich bei solchen Wetter- und Straßenlagen erst richtig in seinem Element fühlt. Bei uns ca. 50 km nördlich München liegen seit Mitte DEZ Schnee und der Winter beißt. Habe gestern und heute ums Haus und runter bis einschl. vor den Garagen geschippt, jeweils gut 1-2 Std., echter Konditionssport! Jetzt heute Abend liegen schon wieder 20-30 cm Neuschnee und vorhin war sogar Blitz und Donner mit dabei, also Schneegewitter. Nachdem es in der Nacht durchschneien soll, wird das Morgen wieder echter Frühsport!!! Aber ... unser Giebeldach ist für ca. 250 kg Schneelast per Quadratmeter ausgelegt, somit haben wir keine Bedenken, falls es noch länger schneien sollte! Probleme haben große Flachdächer bei Industrie und Handel, wo wegen der Baukosten nur diese häßlichen Flachdächer verbaut werden. |
#15
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Jetzt wärm ich den mal auf.
Hab nämlich zu viel Schlupf mehr als 20% und jetzt durch das lesen versuch ich es ev mit einem grösseren Propeller. Meine Werte sind zwei Personen ... 3x13,2x19 Vmax zu zweit so 64 kmh bei 5800 RPM Ratio 2,0 der Schlupf ist gewaltig, aber die Beschleunigung des Bootes enorm . Nenndrehzahl 4500 bis 5500 Zuerst dachte ich, ich brauch einen 21er, doch nach dem durchlesen, werde ich prüfen, ob ich einen 14x 19 montieren kann. Ob sich das ausgeht. Dann müsste Drehzahl und Schlupf runtergehen.
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Ich bin jetzt in einem Alter, in dem dir der Körper am nächsten Tag ganz leise ins Ohr flüstert: mach das nie, nie wieder. Liebe Grüsse Andreas |
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