Loggen und Auswerten

© Dr. Ralph Okon 22.11.2015

Wenn man sein Modell, seinen Antrieb oder seinen Flugstil zielgerichtet optimiern will, kommt man um das loggen von Daten im Flug nicht herum.
Alles andere ist Kaffeesatzleserei - wobei auch diese mitunter sehr erfolgreich betrieben wird!

Mit dem "unilog" von SM-Modellbau steht ein geeignetes Hilfsmittel zur Verfügung, mit dem man mittels diverser Sensoren Spannung, Strom, Motordrehzahl, Flughöhe und sogar die Fluggeschwidigkeit mitschreiben kann.
Andere Telemetriegestützte Systeme leisten mittlerweile gleiches.
Es wird beim "Unilog" zwar ein Microsoft-Excel-basiertes Auswertetool mitgeliefert, mit dem man arbeiten kann.
"logview" ist für die Aufklärung der bestehenden Zusammenhänge imo jedoch deutlich besser geeignet.
Vor allem ist es einfacher, speziell interessierende Diagrammausschnitte herauszuzoomen und alle Achsen gleichzeitig in eigener Skalierung anzuzeigen.

Der Staudrucksensor misst die "airspeed" auf die gleiche Weise, wie das in der Großfliegerei gemacht wird.
Allerdings ist das System bei den großen mit mehreren Staudruckrohren bestückt um eine höhere Funktionssicherheit zu erreichen.

Eine sehr wichtige Voraussetzung für ein "speedertaugliches" Log ist es, sicherzustellen, dass das Staurohr beim Einschalten des Loggers keine interne Druckdifferenz hat - sprich, sauber genullt ist.
Das geht am besten mittels einer auf das Staurohr locker aufgesteckten Kappe. Der Staudrucksensor muss zudem mit dem Unilog verbunden werden, bevor die Spannungsversorgung angeschlossen wird.
Mindestens vor direktem Wind sollte das Staurohr beim Anschalten des Loggers geschützt sein. (In Lee-Richtung halten.)
Ein Speedlog, welches nicht bei "0" anfängt, ist nicht valide und nur noch bedingt auswertbar.
Vor allem "bessere" Höchstgeschwindigkeiten lassen sich so relativ einfach realisieren.
So sollte ein sauberer Speedgraph aussehen:

Sowohl am Anfang alsauch am Ende zeigt es sauber "0 km/h"!

So schön hohe Maximal-(Sturzflug)-Geschwindigkeiten auch zu lesen sind - die tatsächliche Flugaufgabe ist eine Andere.
Also gilt es, zu fliegen, wie in der Messtrecke. Will heissen, mindestens 200, für Rekordversuche 300m in ziemlich gleichbleibender Höhe.
Oft zeigt der Druckdosengenerierte Höhengraph unsinnige Absolutwerte an. Das hängt mit der Lage der Dose zur Flugrichtung (Auslenkung der Membran durch Beschleunigungskräfte im Abfangbogen) und/oder den Druckverhältnissen im Modell (Kühlungsöffnungen) zusammen. Welche Höhe ich als "0" annehme, ist beim Testen relativ egal! Es ist lediglich sicherzustellen, dass eine Höhendifferenz zwischen Einflug und Ausflug von maximal 30m (resultierend aus der Flugaufgabe, zwischen 35m und 5m Höhe zu fliegen) nicht überschritten wird.
Wenn diese Voraussetzung nicht erfüllt wird, ist das Log ebenfalls nicht valide.

Da die für die Geschwindigkeitsmessung relevante Flugaufgabe eine Strecke von 200m erfordert, kann man man sich leicht Zeiten errechnen, in denen der virtuelle Höhenkorridor nicht verlassen werden darf. Dafür lege ich die im Log niedergelegte Geschwindigkeit am virtuellen Streckenende "Ausflugpylon")zu Grunde.
Nun braucht man eigentlich nur das, was die Software der Messanlage tut, in umgekehrter Reihenfolge zu absolvieren.
Als erstes wird die angezeigte Geschwindigkeit von km/h in m/s umgerechnet. Der Umrechnungsfaktor ist 3,6.

v [km/h] / 3,6 = v [m/s]

Als nächstes wird die Durchflugzeit berechnet.
Die Formel v [m/s]= s [m] / t [sek] ergibt umgestellt nach t:

t [sek] = s [m] / v [m/s]

Da die Streckenlänge 200m beträgt bekommt man nach Einsetzen:

t [sek] = 200m / v [m/s]

Damit steht mir die maximale Durchflugzeit für die weitere Auswertung zur Verfügung.
Für 400km/h errechnen sich auf diese Weise 1,8sec Durchflugzeit, für 450km/h sind es 1,6sec und für 500km/h sind es nur noch 1,44sec.

Als nächstes muss man prüfen, in welchen Zeittakt der Logger die Daten schreibt.
Beim "Unilog 1" sind es maximal 16 Datengruppen/sec; beim "Unilog 2" 20 Datengruppen/sec.
Nun kann man errechnen, wie viele Datengruppen man für die Auswertung heranziehen muss.
Die Formel lautet:

Datengruppenzahl = Durchflugzeit [sec] * Datengruppen/sec

Nun kann man in der Datentabelle des Logs den gewünschten Einflugpunkt aufsuchen.
Ich selbst nutze dazu den Punkt, wo das Höhenlog maximal 30m über der minimal geloggten Höhe im Durchflug liegt - auf die speziellen Tücken der Höhenmessung komme ich später noch ausführlich zurück).
Von dort aus kann man (unelegant) die errechnete Zahl an Geschwindigkeitsdaten notieren. Die addiert man zusammen, teilt diese Zahl durch die Zahl der einbezogenen Messpunkte und erhält die Durchschnittsgeschwindigkeit für die 200m-Strecke.

Oder man exportiert die Datentabelle in excel und markiert dort in der Spalte Geschwindigkeit die nötige Zahl von Geschwindigkeitsdaten, beginnend vom festgelegten Einflugpunkt. Unten rechts gibt "excel" automatisch die Summe der in de markierten Zellen enthaltenen Zahlen an. Nun braucht man diese Zahl nur noch durch die Zahl der markierten Datengruppen zu dividieren, um die Durchschnittsgeschwindigkeit für die 200m Strecke zu herauszubekommen.

Da der Logger ja "airspeed" aufzeichnet, spielt die Frage, ob man mit dem oder gegen den Wind geflogen ist, keine Rolle für die Geschwindigkeit. Will man wissen, was bei einem Weltrekordversuch herauskommen würde, muss man die genutzten Datengruppen um 100m (= Einflugstrecke) bzw. die entsprechende Zahl an Datengruppen nach hinten verlegen.

Zur Bestimmung der messstreckenrelevanten Daten brucht man den Höhengraph, der hier mit eingeblendet ist:

Die Lage des Höhengraphen im Diagramm, ist sehr abhängig von der Lage des Loggers im Modell sowie von der Änderung der Druckverhältnisse im Rumpf.
Insbesondere die Kühlöffnungen bestimmen, wie der Graph aussieht. Ein scheinbares Unterschreiten der 0m Höhe wird häufig angezeigt.
Davon darf man sich aber nicht irre machen lassen!
Man wählt zunächst den interessierenden Abschnitt ( einen Durchflug) grob aus:

Dann folgt die Feinauswahl.
In Bodennähe wurde von ca. 4min 6sek bis 4min 13sek geflogen:

Dann werden die Achsen auf die relevanten Daten gezoomt, um beste Erkennbarkeit zu erreichen:

Hier sind jetzt 2 Dinge relevant:
die minimal aufgezeichnete höhe im Durchflug liegt bei -7m.
Der Höhenkorridor ist 30m hoch (35m-5m). Also liegt der optimale Einflugpunkt bei -7m+30m = + 23m.
mit zirka 340km/h brauche ich für das Durchfliegen der 200m Distanz 2,11sec (Rechenweg siehe oben!)
Damit habe ich den Ausflugpunkt auch definiert.
Hier sind beide graphisch dargestellt:

Jetzt kann man schon den Geschwindigkeitsbereich in der virtuellen Strecke erkennen:

Also erfolgte der Einflug mit 354,5km/h; der Ausflug mit 338km/h.
Entweder verfährt man jetzt mit der Datentabelle wie oben beschrieben, oder man bildet für einen ganz groben Überschlag den Mittelwert von Einflug und Ausflug.
Voraussetzung für die Sinnhaftigkeit der Anwendung dieser Methode ist, dass der Geschwindigkeitsabfall im log augenscheinlich weitgehened linear erfolgt! Für diesen Durchflug ergeben sich also ca. 346km/h Streckengeschwindigkeit.

Wenn man mag, kann man nun den relevanten Abschnitt weiter zoomen:

Auch weitere relevante Daten kann man einblenden. Beispielhaft habe ich hier mal Drehzahl und Leistung dazugenommen:

Nun ist der Logausschnitt sehr aussagekräftig.
Neben der erreichten Geschwindigkeit kann ich ablesen, dass ich für die erreichten 346km/h zwischen 2740W und 2860W aufbringen musste und dass der Propeller dabei zwischen 5285 und 5240rpm gedreht hat.

Die Geschwindigkeit in der WR-Strecke wäre niedriger gewesen - hier wären die 100m - also ca. 1,1sec - Einflugstrecke zusätzlich zu berücksichtigen.
Die blaue Linie kennzeichnet den höhengerechten Einflug in die Einflugstrecke, die roten Linien die folgende Messtsrecke.

Die Durchschnittsgeschwindigkeit würde demnach in der WR-Strecke nur noch ca. (348+330) / 2 = 339km/h betragen. Also 7km/h weniger.
Die benötigte Leistung würde maximal 2850 betragen, die Drehzahl würde am Streckenende auf 5213rpm gesunken sein.
Würde man von einem späteren Eintrittspunkt in den Einflug bzw. die Messtrecke ausgehen (suboptimal geflogen) würden die Geschwindigkeiten natürlcih niedriger liegen.

Hier habe ich mal das gleiche Diagramm so gestaltet, dass die vollen 5sec, die das Modell in einem Höhenkorridor von -7m bis +10m (also nahezu im Horizontalflug) zurückgelegt hat abgebildet sind.
Ausserdem sind alle relevanten Graphen eingeblendet und ihre diversen Y-Achsen wurden auf beste Sichbarkeit der Veränderungen im beobachteten Zeitraum optimiert.

Die Geschwindigkeit fällt dabei ziemlich linear von 351km/h auf 312km/h. Grob kann man somit 331km/h Durchschnittsgeschwindigkeit ansetzen. Das sind 92m/s.
Also war das Modell 5 * 92 = 460m weit horizontal unterwegs. Geschwindigkeit und Propellerdrehzahl sinken dabei konform, die aufgenommene Leistung steigt im gleichen Maße, wie die Drehzahl abnimmt.
Die Akkuspannung sinkt mit der entnommenen Kapazität ab.
So kann man sich imo die Verkettungen der einzelnen Daten im Antriebsstrang recht gut klarmachen.

Auch ein Artefakt im Strom und - wegen P=U*I daraus folgend - auch im Leistungsgraph ist gut zu identifizieren: Der scheinbare Strom- und Leistungspeak bei 4:07,6min.
Man kann ziemlich einfach erkennen, dass weder Akkuspannung (sollte Absinken) noch Drehzahl (sollte auch absinken) sich an gleicher Stelle verändern!
Generell sind nahezu alle Artefakt relativ leicht zu identifizieren, wenn man die Graphen auf ihre Plausibilität prüft.
Da vieles direkt miteinander verknüpft ist, kann sich kaum eine Größe allein ändern.
Auch jegliche sonstige "schlagartige" Veränderungen sollten generell stutzig machen!

 

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