Alles wat je moet weten over propellers - DroneRacers.nl
Home Drone racing nieuws Alles wat je moet weten over propellers
Voor de beginnende piloot is het kiezen van de juiste propeller wellicht het moeilijkste bij het samenstellen van een quadcoptersetup. Door het zeer grote aanbod van diverse fabrikanten bestaat de kans dat een beginnend piloot door de vele bomen het bos niet meer ziet en de verkeerde keuze maakt met alle gevolgen van dien. In dit artikel vertellen wij je alles over de eigenschappen van een propeller en hoe je de juiste propeller kiest voor je quadcopter.
Cijfer- en letterspecificaties
Alle bekende fabrikanten zoals bijvoorbeeld DALProp, HQProp, Gemfan, T-Motor, Racekraft en Azure gebruiken een cijfercombinatie om hun propellers mee aan te duiden. Als voorbeeld nemen we een propeller van het bekende merk DAL, de DAL Cyclone T5040C. De eerste twee cijfers van het getal 5040 geven de propellerdiameter aan en de twee laatste cijfers de pitch van het propellerblad. Deze kenmerken zullen we verderop in dit artikel uitgebreider belichten. HQProps gebruikt weer een een iets andere cijfernotering, bijvoorbeeld de 5x4x3 propeller. Het eerste getal geeft de propellerdiameter aan. Het tweede getal de pitch van het propellerblad en het derde getal het aantal propellerbladen.
CW en CCW
Ook wordt iedere propeller aangeduid met een lettercombinatie, CW of CCW. Op een quadcopter zitten altijd 2 CW propellers en 2 CCW propellers. Deze lettercombinatie geeft de draairichting van een propeller aan. CW staat voor ClockWise, oftewel met de klok mee en CCW voor CounterClockWise, oftewel tegen de klok in. Het is belangrijk dat de juiste propeller op de juiste motorlocatie wordt gemonteerd. Wordt dit omgedraaid, dan zal de quadcopter niet opstijgen en in het slechtste geval zal de quadcopter onverwachte bewegingen maken. Ook bestaat er de mogelijkheid om de propellers op een quadcopter andersom te laten draaien dan de reguliere draairichting, dit heet een "reversed propsetup". Hierover lees je later meer in dit artikel.
Propellerfabrikanten hebben in de loop van tijd diverse propellerontwerpen getest en geproduceerd. Er is een eenvoudige verdeling te maken door naar de propelleruiteinde-vorm te kijken. Hierbij zien we drie verschillende vormen: de ronde puntige tip, de stompe tip (bullnose) en de halfronde stompe tip (hybrid bullnose). Het kenmerk van de (hybrid) bullnose propellers is dat ze over het algemeen meer stuwkracht leveren door het iets grotere bladoppervlak, maar ook meer stroom verbruiken omdat de motor dit extra gewicht en oppervlak door de lucht moet laten draaien.
Propelleruiteinde
De laatste twee jaren zijn fabrikanten zo goed als gestopt met het ontwikkelen van de (hybrid) bullnose propellers en heeft bijna iedere propeller de kenmerkende ronde, puntige tip. Deze propelleruiteinde-vorm biedt de meeste efficiëntie maar tegelijk ook de minste stuwkracht van deze drie ontwerpen. Toch is deze propelleruiteinde-vorm de meest gebruikte mede omdat propellers met dit ontwerp de beste vliegeigenschappen bieden. De propelleruiteindes bepalen namelijk ook voor een groot deel hoe een quadcopter met propwash omgaat. Propwash is het fenomeen waarbij een quadcopter in zijn zelf veroorzaakte luchtturbulentie vliegt en hierdoor vibreert.
De propellerdiameter is één van de belangrijkste kenmerken van een propeller. De diameter bepaalt of een propeller past op een quadcopter en bepaalt voor een deel de stuwkracht. Propellerdiameters worden over het algemeen aangegeven in inches en kunnen varieren van 1 inch tot meer dan 14 inch. Als basis voor een goede propellerkeuze dient een piloot dan ook eerst een keuze te maken voor de juiste diameter. Een te kleine diameter zorgt voor een zeer snel draaiende propeller maar met weinig stuwkracht. Een te grote propellerdiameter zorgt voor een traag optoerende propeller met relatief weinig stuwkracht. Er zijn ruwe richtlijnen voor het kiezen van de juiste propellerdiameter, hierbij moeten we ook kijken naar andere onderdelen, zoals de te gebruiken LiPo. Als uitgangspunt nemen we hier de meest gebruikte serie LiPo, de 4 cels LiPo. In het artikel Alles over LiPo's op DroneRacers.nl kun je alles over LiPo's te weten komen.
150 – 180 mm frames (2800kV motoren): 4 inch propellers
210 – 235 mm frames (2300 – 2700kV motoren): 5 inch propellers
250 – 275 mm frames (1900 – 2300kV motoren): 6 inch propellers
De pitch van een propeller is simpel gezegd de hoek van het propellerblad. De pitch wordt berekend door te meten hoe ver de propeller vooruit gaat in één volledige omwenteling. Een algemene stelregel is dat een propeller met een hogere pitch meer stuwkracht genereert, een hogere topsnelheid biedt en een hoger stroomverbruik genereert. Omgekeerd geldt dit ook voor propellers met een lagere pitch. Een propeller met een lagere pitch reageert in tegenstelling tot propellers met een hogere pitch sneller op toerentalveranderingen door de lagere weerstand (veroorzaakt door de kleinere hoek van het propellerblad). Het gevolg hiervan is dan ook dat propellers met een lagere pitch meer stuwkracht genereren bij lage toerentallen en dus ten opzichte van propellers met een hogere pitch bij lage toerentallen minder stroom verbruiken.
Freestyle- en race-quadcopters
Dit is dan ook de reden dat op freestyle-quadcopters over het algemeen propellers met een lagere pitch worden gebruikt. Bij een freestyle-quadcopter is namelijk voldoende stuwkracht bij lage toerentallen nodig, een zo direct mogelijk reagerende propeller bij lage toerentallen en zoveel mogelijk efficiëntie. Bij een race-quadcopter wordt over het algemeen voor een propeller met een hogere pitch gekozen vanwege de grotere stuwkracht in het geheel en de hogere topsnelheid. Welke propellerpitch je kiest is ook een gevolg van de motoren die je op een quadcopter kiest. Motoren met een laag kV-getal, welke dus minder toerental kunnen realiseren, werken niet goed samen met propellers met een lage pitch. Deze combinatie zorgt er namelijk voor dat de propeller met een lage pitch, welke toch al minder stuwkracht kan genereren door het lage maximale toerental van een dergelijke motor, niet voldoende stuwkracht kan genereren voor goede vliegeigenschappen. Motoren met een hoog kV-getal werken daarintegen ook weer niet goed samen met propellers met een hoge pitch. Wanneer de pitch te hoog is van de propellers zullen de motoren teveel belast worden met de hieropvolgende problemen en een zeer hoog stroomverbruik genereren. Een goede balans vinden is dus de juiste afstemming kiezen tussen motor en propeller.
Als richtlijn kunnen de volgende propellers gekozen worden:
Freestyle-quadcopters: 4 tot 4,7 pitch propellers
Race-quadcopters: 4,7 – 5,5 pitch propellers
Evenals de propellerdiameter is het aantal bladen ook een belangrijk kenmerk van een propeller. Immers bieden meer of minder bladen meer of minder bladoppervak en dus meer of minder stuwkracht. De laatste twee jaren wordt over het algemeen gebruik gemaakt van 3-blads propellers. 3-blads propellers bieden de meeste stuwkracht in combinatie met een acceptabel stroomverbruik en geven aanzienlijk minder mechanische vibraties als 2-blads propellers. Het aantal bladen bepaalt voor een deel ook de zogenoemde "grip", het gevoel hoe goed een propeller aangrijpt in een bocht. Meer bladen bieden meer stuwkracht en dus ook meer grip bij richtingsveranderingen.
2-blads propellers
Bij zeer lichte quadcopters wordt nog wel vaak gekozen voor 2-blads propellers. De reden hiervoor is dat 2-blads propellers ten opzichte van 3-blads propellers een snellere reactie bieden. Stuwkracht is bij dergelijke zeer lichte quadcopters minder belangrijk en dus past een 2-blads propellers qua vliegeigenschappen hier beter bij.
Propellers worden in diverse materialen ontworpen, de meest voorkomende zijn de kunststoffen: polycarbonaat, acrylonitril-butadieen-styreen, kortweg ABS, glass fiber en carbon. Net als bij de propellervorm en het aantal bladen bepaalt de materiaalkeuze voor een deel de eigenschappen van een propeller en zijn duurzaamheid. Omdat een propeller het eerste onderdeel is van een quadcopter dat iets raakt tijdens het vliegen dient de propeller ook zoveel als mogelijk bestand hiertegen te zijn. Polycarbonaat en een mix van polycarbonaat en ABS blijken de meest duurzame propellermaterialen te zijn welke de beste vliegeigenschappen bieden. Te zachte materialen zorgen ervoor dat een propeller gaat "flutteren", vibreren, op een hoog toerental. Te harde materialen zorgen ervoor dat een propeller breekt bij de eerste aanraking met een object. Het enige nadeel van deze duurzame propellermaterialen is dat een propeller licht kan verbuigen, wat je met het oog moeilijk ziet, en vervolgens vibraties veroorzaakt waardoor de vliegeigenschappen aanzienlijk veranderen.
Het gewicht van een propeller wordt bepaald door onder andere, de diameter, het aantal bladen en de gebruikte materialen. Gewicht is eveneens een belangrijke factor voor de vliegeigenschappen van een quadcopter. Het gewicht van de propeller bepaalt namelijk voor een deel, in combinatie met de motor, hoe snel de propeller opspoelt en dus gevoelsmatig reageert. Lichtere propellers geven het bekende "snappy" gevoel en zijn toepasbaar op een bredere range aan motoren omdat de motoren minder zwaar worden belast als met een zwaardere propeller.
Reversed propellersetup
Binnen Betaflight wordt een standaard motorlay-out en dus propellerdraairichting aangehouden. Toch bestaat er de mogelijkheid om deze reguliere propellersetup precies om te draaien, dit noemen we een "reversed propsetup". Normaliter draaien de voorste en achterste twee propellers, wanneer we in de vliegrichting van de quadcopter kijken, tegen elkaars richting in. Dit betekent dat wanneer er gras of ander vuil door de voorste propellers wordt opgepikt dit tegen de First Person View (FPV) camera wordt aangeslingerd. Om dit te voorkomen kun je dus de reversed propeller setup hanteren. Dit heeft als enig nadelig gevolg dat gras of ander vuil dat door de propellers wordt opgepikt tegen het frame en dus de stack wordt aangeslingerd. Nadelige gevolgen voor de vliegeigenschappen door een reversed propeller setup zijn tot op heden nog niet echt aangetoond.
Bij de keuze voor de juiste propeller dien je dus eerst te weten wat je met je quadcopter gaat doen, freestylen of racen. Vervolgens dien je een keuze te maken voor de juiste propellerdiameter, propellerpitch en het aantal bladen. Als een beginnend piloot de voorgaande kenmerken van een propeller goed kan onderscheiden en toepassen, dan is de basis voor een quadcopter met goede vliegeigenschappen gelegd.