So kannst Du die Flugdauer eines Copters berechnen

Flugdauer eines Copters berechnen

Im ersten Moment scheint es relativ einfach und logisch wie man die Flugdauer eines Copters berechnen kann:

  • Ein Copter hat ein gewisses Gewicht und benötigt somit einen gewissen Schub, um schweben oder fliegen zu können.
  • Bei einem Quadro-Copter gibt es vier Motoren, bei einem Hexa-Copter gibt es sechs Motoren und so weiter. Der gesamte benötigte Schub teilt sich also auf mehrere Motoren auf.
  • Jeder Motor benötigt einen gewissen Strom, um mit einem bestimmten Propeller seinen Teil des benötigten Schubs erzeugen zu können. Ein guter Hersteller liefert uns ein Datenblatt, in dem man den Strom-Bedarf ablesen kann.
  • Beim Schweben benötigt der Copter weniger Strom, als bei Vollgas (maximale Geschwindigkeit/Traglast).
  • Diesen Strom-Bedarf (Schweben und Vollgas) eines Motors multiplizieren wir mit der Anzahl der Motoren und erhalten den Gesamtverbrauch des Copters.
  • Dann gibt es den Akku, der die Motoren mit dem benötigten Strom versorgt.
  • Ein Akku hat eine gewisse Kapazität, also eine gewisse Menge Strom, die er liefern kann.
  • Der Akku wird also innerhalb einer gewissen Zeit leer sein und der Copter muss zwangsläufig landen.
  • Teilen wir also die Kapazität des Akkus durch den Verbrauch, können wir errechnen, wie lange wir die Motoren betreiben können.

Damit lässt sich also „prinzipiell“ die Flugdauer des Copters berechnen. Es ist aber nur eine sehr grobe Schätzung. Warum? Ganz einfach! Wir leben in einer nicht idealen Welt, weswegen wir immer mit Verlusten zu tun haben, die wir bei solch einer Berechnung eigentlich nicht vernachlässigen können, geschweige denn sollten.

Zusätzliche Verluste durch Einflussfaktoren

Was bei der simplen Berechnung also noch nicht bedacht ist sind Verluste durch:

  • Temperatur der Umgebung und der einzelnen Komponenten
  • Luftdruck
  • Böen/Wind
  • unterschiedlich gute/schlechte Lager der Motoren
  • schlechte Wicklung (dadurch schlechterer Wirkungsgrad) der Motoren
  • Qualität/Genauigkeit der Propeller
  • ungewuchtete oder schlecht gewuchtete Propeller
  • Ungenauigkeiten (Schieflage) der Motoren/Propeller beim Bau
  • Übergangs-Widerstände durch Stecker oder schlechte Lötstellen
  • Leitfähigkeit bzw. Widerstand der Leitungen
  • Der Flugstil (Schweben oder sportlich mit Vollgas fliegen)
  • Stromverbrauch von Flight-Controller, Empfänger und zusätzlicher Elektronik (z.B. LEDs oder Gimbal)
  • Und so weiter und so fort

Es gibt also noch viele Faktoren, die Einfluss auf die Flugdauer und die Leistung des Copters haben.

Veränderung der Flugzeit durch Nutzung größerer Akkus

Häufig erreicht uns die Frage, ob man die Flugzeit eines Copters durch einen größeren Akku verdoppeln, verdreifachen oder vervielfachen kann. Mal wieder die Antwort: Ja und nein!

Achtung!
Einen LiPo-Akku sollte/darf man nur zu 70-80% entladen. Aus einem Akku mit 5000mAh sollte man also keinesfalls mehr als 4000mAh entnehmen, um den Akku zu schonen bzw. nicht zu beschädigen. Wenn wir ab jetzt von Kapazitäten sprechen, ist nicht die angegebene sondern entnehmbare Kapazität gemeint. Beachte dazu wie immer die Angaben des Herstellers!

Bisher haben wir keinen LiPo-Akku gefunden, bei dem die wirklich entnehmbare Kapazität angegeben war.

Also, grundlegend ist es kein Problem, einen Akku mit höherer Kapazität (also z.B. 4000-5000mAh anstatt 1000mAh) zu nehmen. Höhere Spannung wäre ggf. schlecht, höhere Kapazität macht erst mal nichts. Wir können mit der vier- oder fünffachen Kapazität aber nicht die vier- bis fünffache Flugzeit erreichen. Ganz einfach aus dem Grund, da wir durch den größeren Akku das Gesamtgewicht des Copters erhöhen.

Es ist jetzt also interessant, wie viel Strom die Motoren benötigen, um den Copter beispielsweise schweben zu lassen.

Nehmen wir den Nighthawk 250 Pro Bausatz einfach mal als Beispiel.

Bei Vollgas mit einem 3s LiPo und 5×4.5“ Propellern zieht jeder Motor ca. 10,9A, der Copter also insgesamt ca. 43,6A. Ein Motor erreicht dabei ca. 400g Schub und der Copter somit insgesamt ca. 1600g Schub. Ein 1000mAh Akku würde bei Vollgas also grob geschätzt 0,02 Stunden bzw. 1,2 Minuten halten. Vollgas kann man natürlich nicht durchgehend fliegen. Der Akku würde in diesem Fall zwar nicht lange halten, dafür hätte man aber den meisten Spaß.

Im Schwebeflug zieht jeder Motor ca. 2,0A, also insgesamt ca. 8,0A. Damit würde die Flugzeit mit einem 1000mAh liefernden Akku bei mindestens 7 Minuten liegen. Diese nehmen wir jetzt als Basis für die folgende Überlegung.

Würde man anstatt des 1000mAh einen 4000mAh liefernden Akku nehmen, erhöht sich das Abflug-Gewicht des Copters von ca. 350g auf ca. 600g. Um 600g schweben lassen zu können, benötigt jeder Motor über 4,0A, also insgesamt mindestens 16,0A. Mit der vierfachen Kapazität des Akkus könnte man die Flugzeit beim Schweben also auf ca. das doppelte erhöhen (ungefähr 15 Minuten).

Welches ist jetzt also der optimale Akku?

Den „optimalen“ Akku zu empfehlen ist recht schwer, da „optimal“ je nach individuellen Vorlieben anders ausfallen kann. Soll der Copter möglichst leicht und die Komponenten an ihren äußersten Grenzen betrieben werden? Also möchte man z.B. 3D-Kunstflug betreiben? Oder soll der Copter eine möglichst lange Flugzeit haben? Darauf sollte der Akku (wie auch alle anderen Komponenten) abgestimmt/optimiert sein.

Meine persönliche Vorgehensweise für meinen Flugstil ist, den Akku so klein wie möglich und so groß wie nötig zu wählen. Warum? Ganz einfach:

  • Doppelte Kapazität bringt keine doppelte Flugzeit.
  • Doppelte Kapazität kostet meist mehr als das Doppelte (wenn auch vielleicht nicht viel).
  • Geht eine Zelle eines großen Akkus kaputt, ist ein großer (teurerer) Akku kaputt. Geht eine Zelle eines kleinen Akkus kaputt (wie gesagt, anstatt eines großen Akkus nehme ich lieber zwei kleine), habe ich noch einen weiteren kleinen Akku. Quasi nur „halber“ Verlust.
  • 10 Minuten Flugzeit reichen mir für die meisten Flüge.
  • Landen und Akku tauschen finde ich nicht schlimm.

Bedenke bei der Auswahl des Akkus aber folgendes: der Akku muss den benötigten Strom liefern können! Dadurch ergibt sich gleichzeitig eine gewisse Mindestflugzeit. Der Grund dafür ist, dass ein Akku eine maximale Entladerate hat. Zum Beispiel dauerhaft das 25-, 35- oder 45-fache seiner Kapazität (kurzzeitig je nach Akku auch mehr, oftmals das Doppelte). Schneller darf der Akku nicht dauerhaft entladen werden. Vom Flugstil unabhängig ist dies also die „vorgegebene“ Mindestflugzeit. Um den Akku zu schonen, würde ich ihn aber auch nie dauerhaft mit der angegebenen Entladerate entladen.

Wie wirkt sich das Akku-Gewicht auf das Flugverhalten aus?
Das schauen wir uns im Artikel >> Faustregeln: Schub-Gewicht-Verhältnis an!

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