Messtechnische Bewertung und Interpretation von Setups

**plinse** · 22.December.2021, 16:26

Moin zusammen,
wir hatten ja im bald vergangenen Jahr die Initiative, "etwas Allgemeinwissen aufzuschreiben", die Idee des Wiki wurde bereits im Thread verworfen, ich habe aber gerade ein paar "schöne Messungen", die sich anbieten, mein Vorgehen bei der messtechnischen Bewertung eines Setups vorzustellen, mit der Einladung an alle, Ihre Vorgehensweisen ebenfalls vorzustellen bzw. bei Interesse Fragen zu stellen.
Letztes Wochenende war das RC-Rennbooteteam noch mal für ein paar Stunden am See zum fahren. Ich hatte mir eh vorgenommen, nach der messtechnischen Untersuchung der Fountain 58 von Manfred das gleiche auch mal mit meinem Raptörchen zu machen. Interessanterweise haben sich die Erwartungen sehr schön bestätigt.
Die Boote zeigen ein recht unterschiedliches Niveau, wie ausgereizt die Antriebe im vermessenen Zustand waren und es sind jeweils unterschiedliche Komponenten, die sich als begrenzend darstellen.

Zuerst zum Vorgehen:

elektrisch messe ich mit dem Unilog2 von SM-Modellbau. Vorteil ist, dass es alles kann, was ich haben möchte, es ist aber in keinster Weise gegen Wasser geschützt. Ich habe mir also mal eine kleine Tupper gebastelt, wo Strom-, Drehzahl- und Temperatursensor raus geführt werden, der Logger selbst aber nicht nass werden kann. Damit ist leider der Vorteil der geringen Baugröße dahin. Bei einem Boot, wo ich mir sicher bin, dass es dicht ist, verzichte ich natürlich auf die Tupperdose.
als GPS nutze ich entweder alte Outdorr-GPS-Geräte von Garmin oder von SM-Modellbau den GPS Logger3, für den bezüglich Wasser das gleiche gilt wie für den Unilog.
ausgewertet werden die Daten in einer Tabellenkalkulation wie Excel bzw. da ich Linux nutze im entsprechenden Open Office-Derivat
Gemessen wird kurz ein Lauf mit Vollgas im Leerlauf, für die Auswertung braucht es zusätzlich eine lange, ausbeschleunigte Gerade. Mit Teillastgegurke funktioniert diese Methode nicht.
Wenn das Boot noch nicht vollgasfest ist, muss man eh mit den Stellern und deren Teillastfestigkeit aufpassen, da kann man mal kurz auf die anliegenden Ströme gucken und sich seinen Teil denken, es lohnt sich aber noch kein wirklicher Abgleich, da die Bedingungen nicht reproduzierbar/stabil sind.

Zuerst also die Messung von meinem Raptörchen:

Das Diagramm zeigt links die kV-Bestimmung des Motors im Leerlauf und rechts eine ausbeschleunigte Gerade - Vollgas (wichtig).
Mir war da ein Bock in die Auswertung gerutscht, ich habe das korrigierte Diagramm bereits in der Hinterhand und bin mal gespannt, ob sich das ganze von den Lesern so kritisch angesehen wird, als dass jemand den Bock findet

.

Man kann sich recht gut die Geschwindigkeiten von Booten vorab berechnen. Drehzahl (Last) * Propellersteigung, die Umrechnung von fünfstelligen Drehzahlen und Millimetern in km/h will ich jetzt nicht vorkauen, das setze ich mal als erweiterte Grundschule vorraus

. Mehr soll dies etwas methodisch anregen, aus Messungen mehr Informationen zu ziehen und die Messdaten zu interpretieren. Interessant sind nämlich die Annahmen in einer frühen Berechnung und was sich im Abgleich zur Messung dann bestätigt:

Wie messe ich die Geschwindigkeit? Habe ich einen GPS-Logger und immer zeitsnchron zur Strom-/Drehzahlmessung die dazu gehörige Geschwindigkeit oder nutze ich den Maximalwert aus der ganzen Fahrt, weil das GPS nur den max. Wert als brauchbare Größe angibt? Beim max. Wert liegt natürlich nahe, dass dieser gefahren wird, wenn der Akku noch gut geladen ist, quasi im ersten Drittel/Viertel der Fahrt.
Lastspannung der Batterie: Sind es eher 3,7, 3,8 oder gar 3,9V/Zelle?
Wie stark bricht der Motor in der Drehzahl unter Last ein?
Wie genau kenne ich die Steigung vom Propeller? Hier gibt es echte Fahrkarten. Schön ist ja das gerne genommene Beispiel von Alupropellern, wo der Hersteller 1,9 als Steigung benennt und real sind es gute K-Propeller-Derivate mit eher 1,2-1,3facher Steigung. Eigentlich ein schlechter Witz. Um damit rechnen zu können, braucht man eine gemessene, reale Steigung und keine Fabelzahl vom Hersteller.
Wie hoch ist der Schlupf zwischen Strahlgeschwindigkeit vom Propeller zur Bootsgeschwindigkeit. Katamarane sind effizienter als Monos, hier findet man aber auch die Ungenauigkeit der angenommenen Propellersteigung wieder.

Ich verwende hier mal wieder eine Tabellenkalkulation:

Gemessen werden Strom, Spannung, Drehzahl und Geschwindigkeit. Auf Basis dessen wird zuerst motorseitig abgeglichen, dass bei unter Last gemessener Betriebsspannung auch die Lastdrehzahl stimmt. Als Zwischenwert lässt sich die kV unter Last daraus berechnen, hier 1335kV bzw. 81,9% der Leerlauf-kV.

Dieser Einbruch der kV ist ein Indikator für die Belastung vom Motor.

Will ich ein Setup abschätzen, gehe ich mit Erfahrungswerten rein und rechne meist: 3,7V/Zelle, Zellzahl, Drehzahl ideal, Drehzahleinbruch unter Last um 10-20% und den Schlupf zwischen Strahlgeschwindigkeit und der Bootsgeschwindigkeit. Das ergibt die hochgerechnete Geschwindigkeit.
Geht es um Fahrzeit, sollte man den Motor mit 10% kV-Einbruch annehmen, geht es Richtung SAW, können das gut und gerne 20-25% sein.
Beim Schlupf sind Katamarane effizienter als Monos und können wenige % Unterschied zwischen Strahl- und Bootsgeschwindigkeit erreichen, es sollte schon "dringend" unter 10% liegen, um mit dem Setup zufrieden sein zu können. Monos sollten 20% erreichen oder besser, am Ende gehen viele Fakoren ein.

Hat man ein Ruderblatt aus Alu gefräst mit Wasseraufnahme und zieht diesen "Balken" durch das Wasser oder verwendet man eine Messerklinge als Ruder?
Wie frei darf man das Boot trimmen, damit es noch stabil läuft?
Ist das Unterwasserschiff geschliffen?
...

In diesen Abgleichsfaktor spielt viel rein.

Der Abgleich mit verschiedenen Messgrößen lässt viele Rückschlüsse zu bzw. korrigiert eben diese angenommenen Abgleichsfaktoren.

3,9V/Zelle, der Akku könnte mehr
81,9% Lastdrehzahl, sprich 18,1% Drehzahleinbruch ist kurz vor der Kotzgrenze vom Motor, vor allem, wenn man nicht SAW-like fahren will sondern länger am Stück. Ich lasse das Boot auch aus aus thermischen Gründen während eines Akkus ein paar mal treiben, damit alles durch wärmen kann.
gute 85% umgesetzte Strahlgeschwindigkeit sind für ein ungestuftes Semiscale Mono mit China-Aluruder, Wasseraufnahme im Ruder und 2 Turnfinnen ein guter Wert.

Fazit: Mit den Motoren ist nicht mehr viel zu holen, 4516er Dreiblatt sind für 4074er SSS auch nicht gerade klein und ich kann diese in dem Boot auch nur wegen Twin-Antrieb so fahren. Die Antriebe entlasten sich schließlich gegenseitig. Der Trimm vom Boot scheint keine nennenswerten Tücken zu haben. Die umgesetzte Geschwindigkeit ist gut, die Drehzahl- und Stromkurve sind auf der langen Geraden schön sauber, wenn man das Boot fahren sieht, liegt es auch stabil auf dem Wasser, dabei aber nicht gedrückt. Gedrückt würde es die 85% umgesetzte Geschwindigkeit auch nicht erreichen.

Flaschenhals: Motoren

Halten wir jetzt Manfreds Fountain dagegen:
Leerlauf:

Last:

Wir sehen etwa 10% Drehzahleinbruch, die Motoren bei diesem Setup haben ganz klar noch Luft nach oben.

Dies bestätigt auch der Verlauf der Temperatur. Nach dem Erreichen eines moderaten Temperaturanstiegs hält die Kühlung die Temperatur fast konstant.

Gucken wir auf den Geschwindigkeitsabgleich:

Das Boot ist deutlich größer, beide sind robust gebaut, das Raptörchen aus Glas, die Fountain aus Kohlefaser. Bezogen auf die Festigkeit ist die Fountain leichter aber eben auch kein Leichtbau, dazu hat sie exakt das doppelte an Akkus an Bord, je 12s 5000er pro Antrieb und 250A Steller. Dass die Antreieb mehr als das doppelte umsetzen können, merkt man an der Spannungslage der Zellen.
Dies spiegelt ein Boot mit Reserven im Antrieb wieder, bei dem sich bei dem Wunsch nach mehr Geschwindigkeit größere Propeller anbieten würden und man wohl als erstes auf die Akkus würde Rücksicht nehmen müssen.
Was hier begrenzend wurde, war auch das lackierte Unterwasserschiff ohne Schliff aus optischen Gründen wegen späterem Verkauf des Bootes.
Gute 130km/h sind ein echtes Wort, Alex ist mit so einem Rumpf aber auch 160km/h gefahren, das Boot hatte aber auch keinen Lack am U-Schiff und damit schärfere Kanten.

... Ich komme an die Zeichengrenze, gleich geht es weiter...

**plinse** · 22.December.2021, 16:34

Fortsetzung...

Nimmt man diese Faktoren zusammen, sind "trotzdem" umgesetzte 85% Strahlgeschwindigkeit ein sehr guter Wert, er sollte aber über Schliff vom Unterwasserschiff und über perfektionierte Propeller ausbaubar sein, schließlich läuft das Boot auch ohne Turnfins hervorragend und hat ein gestuftes Unterwasserschiff, welchem ich eine bessere Performance zutraue, als dem ungestuften U-Schiff vom Raptörchen.

Ich bin auch gerade dabei, für meine Fountain 115 alles an Teilen vorzubereiten, in der Vorfreude, auf das Raptörchen eine Schippe drauf zu legen. Manfred hat auch extra eine Lage Glas zusätzlich außen vor die Kohle ins U-Schiff gelegt, damit ich etwas Fleisch zum schleifen habe, Danke dafür

Ich hoffe, dass deutlich wird, in welcher Form Bootstyp, Aufbauzustand, ... in die Interpretation der Daten eingehen.
Durch die gemessenen Werte unter Last - vor allem Drehzahl und Spannung - werden Folgefehler aus nicht ganz passigen Annahmen aus der Betrachtung genommen. Dies schärft die Einschätzung, ob Motoren beispielsweise höher belastet werden als angenommen oder ob man sich Rumpf und Bootstrimm nochmal ansehen sollte, um ggf. über ein gespachteltes U-Schiff oder einen Schliff den Schlupf noch reduzieren zu können.

Vermisst man Boote öfter in dieser Form, entsteht auch eine ziemlich konkrete Erwartung, welche Abgleichsfaktoren an welcher Stelle erreichbar sein sollten und wo es wohl klemmt, wenn dies nicht der Fall ist.

Gerne auch Eure Vorgehensweisen vorstellen, einfach viel fahren und sich die Temperaturentwicklung der Komponenten anzusehen, bringt einen zusammen mit klassischer Bootsabstimmung natürlich auch sehr weit und das ist auch, was ich überwiegend mache.
Messtechnisch gelegentlich dann mal gucken, ob das Ganze sich wie erwartet verhält, mache ich schon alleine aus Spaß an der Freude. Der Abgleich mit Messungen schärft aber auch das Bauchgefühl

VG, Eike

PS.: Euch frohe Weihnachten und bleibt gesund!

**danthem** · 22.December.2021, 18:44

Saubere Arbeit!

Diese Analyse in Verbindung mit dem Fahreindruck am Gewässer sollte reichen, um zu sehen wo evtl. noch Luft nach oben wäre-so man will.
Mit Zahlen unterlegen was das Bauchgefühl/Gehör im Betrieb schon vermuten ließen,ist eine feine,wasserdichte Sache.Ich nutze da die Logs vom Regler und schau mir die Anzahl an "high current events" an;so 2/3 mal reingerutscht empfinde ich als noch vertretbar;klar dann aber auch,viel mehr Prop geht hier nicht;korrekte Motorwahl vorausgesetzt.

Dir auch ein frohes Fest u guten Rutsch