eCalc - e Motoren Calculator

  - the most reliable RC Calculator on the Web

xcopterCalc:  Help - Hilfe


How to use this Calculator

Problems - eCalc does not work? Find a Trouble Shooting Guide here...

This Multicoper Calculator supports you in choosing an adequate motor setup for your electric RC Multicopter with fixed pitch Propellers. it is suitable for flat and coax configurations.

Always define the frame size first - then the propulsion with eCalc and use the largest possible propeller diameter.

Calculation with available components:

  1. Enter the all up weight (incl. Camera), number of rotors and  the configuration - read the hints regarding flat vs. coax...
  2. Enter the environmental numbers (Field Elevation, Air Temperatur & Air Pressure (QNH)).
  3. Choose the Battery from the drop  down list and adjust the numbers of cells in serial and parallel.
  4. Choose the ESC from the drop down list.
  5. To find the required KV range use the Prop-KW-Wizard and Search function. Choose the motor manufacturer and type from the drop down list..
  6. Choose the type of propeller with Diameter and Pitch. Use always the largest possible Diameter for your frame for best efficieny. If you are using a folding prop enter the effective diameter including the (twisted) yoke.
  7. Enter your Gear Ratio ( = Propeller Pinion Teeth : Motor Pinion Teeth).
  8. Press the Button [calculate].
  9. Aim for a Hover Throttle (linear) of less than
    - 70% for camera platforms
    - 60% for aerial photygraphy
    - 50% for FPV aerial explorer
    - 45% for FPV Race Copters

Find a more in depth tutorial here... (by Michael Kelly)

# of rotors:
Total number of Rotors and there arrangement respectively configuration:
  - flat: one rotor on each arm
  - coaxial: two identical counter-rotating motors using same prop on
    each arm

Frame Size:
The size of the frame is defined by the distance of the two opposite motors (X) or double the arm length from center to motor (Y). eCalc does a plausability check for the Propeller Tip Clearance between the Propellers (but not to the center hub!) provided the frame is full symetric.

Model Weight (incl. Drive / less Battery / without Drive):
You can chose whether your entry is the
 - All Up Weight (incl. Drive)
 - the empty weight (less Battery) - the battery weight will be added to
    your entry
 - the basic weight  (without Drive) - then the chosen Components
    (Battery, ESC, Motor) weight will be added to your entry. 
Example for a Quad: «without Drive» adds to your weight entry 1xBattery, 4xESC, 4xMotor, +10% (e.g. for Prop).

Accessories:
you may define the weight of additional accessories (e.g. camera, gimbal, light,...) and the corresponding current consumption if supplied by flight battery. Use current drain=0A for accessories supplied by own battery.

FCU Tilt limit:
Most FCU (Flight Control Units) or flight modes do limit the maximum tilt for a better controlability. You can choose the tilt limit of your FCU for a more accurate result of the max. horizontal Speed.

Battery Charge State:
as the battery voltage does decrease over its discharge cycle you can choose the state of your battery at measurement for better comparison:
- full: battery is fully charged and has low charging cycles (use only to evaluate short term motor peak values).
- normal: average battery discharge voltage. All resultas are average values over a discharge cycle.
- low: battery voltage with about 25% remaining capacity (use only to evaluate the motor end of flight values).

Battery max. discharge:
This defines the maximum percentage of the total capacity be used for a flight (=used capacity). This is the base for all flight time related calculations.
Remark: Never ever deep discharge a LiPo Battery - aim for at least 10% remaining capacity after flight.

Battery performance in cold weather:
The internal Resistance of a LiPo battery variies with it's chmerstry temperature. If cold outside temperature leading to chemerstry temperature below 20°C you must expect  degraded performance during operation. Pre-heating the cells to 20...30°C may help to improve the performance in cold weather operation.
Currently eCalc does not consider the adverse affect of cold chemestry.

Choice of ESC:
Remember the ESC is able handle the max. rated current only under these circumstances:
  - with efficient cooling airflow
  - at full throttle (no pulse width modulation active)
We suggest to plan for additional headroom of
  - 20% for inefficient cooling airflow
  - 40% for convective cooling
  - 20% if used in partial load
Remark: These are rules of thumb and must be confirmed by temperature measurements.

Prop-KV-Wizard:
The Prop-KV-Wizard is a helpfull and powerfull tool to
- find the largest propeller for your frame size - the bigger the prop the more
  efficient is the hover performance.
- evaluate the recommended motor KV range as starting point for your
  calculations
For full symetric frames the wizard does assure the propeller tip clearance between props but NOT the center hub clearance as this depends on the frame make.

the right propeller:
the bigger the total disc area (propeller diameter) the more efficient does your copter hover, but the slower gets the control responce.
Propeller with a Pitch to Diameter ratio greater than 0.667 tends to stall with increasing load. A stalling propeller blade might lead to loss of control.
Therefore aim for a Pitch to Diameter ratio of less than 2/3.
Be carefull with a high ratio on your race copter. Even a setup works on one (lighter) copter it might end up in loss of control on another (heavier) copter!

Folding Propeller:
If you are using a yoke wider than standard (see below) just add the difference to the standard yoke to the diameter. Always use the effective propeller diameter (Tip to Tip). Standard Yoke for
- Aeronaut Blades is 42mm/1.65"
- Graupner Blades is 42mm/1.65"
- RFM Blades is 32mm/1.26"
- eflight Blades is 36mm/1.42"

Calculation with custom components:
You can use any Battery, ESC, Motor or Propeller as long as the technical data are available. Choose «custom» in the respective drop down list and enter all the required data in fields right of it. (Important: the parameter for the Battery are required for a single cell)
When using Custom Components only use manufacturer data or own measurements. Do never ever assume parameters or derive parameters from similar motors as inaccurate parameters will lead to inaccurate results.

Evaluate Motor Resistance: Using an ohm meter is a bad idea, as you also will measure the contact resistance! For better results use the Kelvin 4-wire method.

Evaluate no-load current and Kv: run your motor without any prop at full throttle on a 3s or 2s battery (Voltage must be below max allowed Voltage of the manufacturer) and measure the resulting no-load current, voltage and rpm. Calculate now Kv = rpm / Voltage.
Warning: Do run your motor under no-load condition only for a very limited time (<10s) as waste power is high and a motor may overheat!Logger and Watt Meter:
Logger and Watt Meter values du correspond to
Voltage = eCalc Battery Voltage Result
Current = eCalc Motor @ Maximum Current
Wattage = not desplayed in eCalc (multyply the above two values) 
Note: Before using logging device - especially when integrated into the ESC - make a reference measurement with a quality multimeter to calibrate your logger. In some cases we have experienced deviation of 25% or even more to the reality.

Battery Custom data:
As a reminder these input data are for a single cell of your battery pack.

Export Data (for members only when logged in):
The calculated results may be exported to any spreadsheet application (e.g. Excel) that may read CSV files (comma separated).
[Add >>] adds the actually displayed data to the export file.
[Download .csv (x)] downloads the CSV file to your computer. (x) indicates the number of setups in the file.
[<< Clear] deletes all the data in the prepared export file.

Share or Save your Setups (for members only):
If you would like to share or save a designated setup use the [share] button. eCalc generates a parameterized link - either copy [ctrl + c] and paste [ctrl + v] the generated link or click on the link right to the field for further usage. You may save the link in your Browser favorites/bookmarks. By calling this link eCalc will preselect your components for calculation.

Print:
Best results for printing eCalc results on paper are acheved with these printer settings:
FireFox & Safari: Portait
Chrome & Explorer: Landscape

 

Wie setzten Sie den Calculator ein?

Probleme - eCalc funtioniert nicht? Hier finden Sie Problemlösungen....

Dieser Multicopter Calculator unterstützt Sie bei der Wahl eines  elektrischen Antriebs für ihren Multicopter/Drohnen mit Starr-Propeller. Damit können  Konfigurationen mit einem Propeller  (flache) oder zwei Propeller (coacial) pro Arm berechnet werden.

Definieren Sie erst die Rahmengrösse - dann erst den Antrieb mit eCalc mit dem grösst möglichen Propeller-Durchmesser.

Berechnung mit vorhandenen Komponenten:

  1. Geben Sie das totale Fluggewicht (inkl. Kamera) und Anzahl Rotoren und deren Anordnung Ihres Multicopters ein - lesen Sie mehr zum Thema coaxial vs. flacher Konfiguration...
  2. Geben Sie die Rahmenbedingungen (Flugplatzhöhe, Temperatur) ein.
  3. Wählen Sie Ihren Akku aus und geben die entsprechende Konfiguration des Akkus ein (Anzahl Zellen seriell bzw. parallel).
  4. Wählen Sie Ihren Regler bzw. Steller.
  5. Um das optimale KV Intervall zu finden benutzen Sie den Prop-KV-Wizard sund die Such-Funktion. Wählen Sie Ihren Motor aus der Hersteller- und Typenliste aus.
  6. Wählen Sie Ihren Propellertyp aus und geben den Durchmesser und die Steigung/Pitch ein. Nutzen See entsprechend Ihrer Rahmengrösse stehtst den grösst möglichen Durchmesser für besten Wirkungsgrad. Falls Sie einen Klapp-Propeller verwenden geben sie den effektiven Durchmesser inkl. (verschränktem) Mittelstück ein.
  7. Geben Sie Ihr Untersetzungsverhältnis ein ( = Anzahl Propritzelzähne : Anzahl Motorritzelzähne) 
  8. Drücken Sie den Knopf [berechnen]
  9. Wir empfehlen eine Regleröffnung von weniger als
    - 70% für Kamera Plattformen
    - 60% für dynamische Luftaufnahmen
    - 50% für FPV Luftaufnahmen
    - 45% für FPV Race Kopter

Ein bebilderte Anleitung finden Sie hier.... (englisch, von Michael Kelly)

Anz. Rotoren:
Totale Anzahl der Rotoren und deren Anordnung:
  - flach: ein Rotor pro Arm
  - koaxial: zwei identische, gegenläufig drehende Motoren
    (mit gleicher Luftschraube) pro Arm

Rahmengrösse:
Die Rahmengrösse ist definiert durch die Distanz zwischen den gegenüberliegenden Motoren (X) oder die doppelte Armlänge vom Zentrum zum Motor. eCalc überprüft die Propellerfreiheit zwischen den Propellern (aber nicht zur zentralen Plattform!) für voll-symetrische Rahmen.

Modellgewicht (mit Antrieb / ohne Akku / ohne Antrieb):
Sie können Wählen ob ihre Gewichtsangabe dem totalen Abfluggewicht (inkl. Antrieb) enspreicht oder das Abfluggewicht aus Ihrem eingegebenen Leergewicht (ohne Akku) bzw. Rohbaugewicht (ohne Antrieb) und den gewählten Komponenten errechnet werden soll.

Zubehör:
Gewichtsangaben des Zubehörs (z.B. Kamera, Gimbal, Licht,....) und dessen Stromverbrauch - falls vom Flugakku versorgt - können definiert werden.
Geben Sie Stromverbrauch=0A ein, wenn das Zubehör über eine separate Stromversorgung verfügt.

max. FCU Neigung:
Viele Flug Controler (FCU) oder Flug Modi limitieren die maximale Nick-Neigung für eine bessere Stabilität. Da diese einen direkten Einfluss auf die erreichbare max. Gewindigkeit im horitontalflug hat, kann sie nun entsprechend der FCU Limitationen limitiert werden.

Some FCU (Flight Control Units) or flight modes do limit the maximum tilt for a better controlability. You can choose the tilt limit of your FCU inorder for a more accurate result of the max. Speed.

Akku Ladezustand:
Da die von der Batterie abgegebene Spannung über einen Entladezyklus sukzessive abnimmt, wird sie auch je nach Ladezustand einen unterschiedlichen Messungwert liefern. Wählen Sie den ensprechenden Ladezustand um einen Vergleich mit Ihren Messungen zu machen:
- voll: Der Akku ist voll geladen und weist wenige Ladezyklen auf 
  (damit lassen sich kurzzeitige Motoren-Spitzenwerte ermitteln).
- normal: mittlere Akkuspannung. Alle Resultate entsprechen dem Mittelwert über einen Entladezyklus.
- tief: Akkuspannung bei rund 25% Restkapazität (damit lassen sich die Motoren-Werte am ende eines Fluger ermitteln).

Batterie max. Entladung:
Definition wieviel Prozent der gematen Kapazität wärend dem Flug verbraucht wird (= genutzte Kapazität). Alle Flugzeiten basienren auf dier prozentualen Entladung.
Anmerkung: LiPo Akkus sollten nie tiefentladen werden - nach dem Flug sollte mindestens 10% der Kapazität im Akku verbleiben.

Batterie Leistung bei kaltem Wetter:
Der Zellen-Widerstand nimmt bei niedrigen Zell-Chemie-Temperaturen massiv zu. Dies kann bei kalten Aussentemperaturen zu merklichem Leistungseinbruch führen, wenn die Zell-Chemie nicht auf "Betriebstemperatur" gebracht wird. Ein Vorwärmen der Zellen auf 20...30°C vor Gebrauch verbessert die Zellenleistung bei kaltem Wetter.
eCalc berücksichtigt den Effekt kalter Zell-Chemie aktuell nicht.

Regler-Wahl:
Maximale Strom-Angaben auf Reglern sind oft nur unter folgenden Bedingungen zulässig:
  - bei effizientem kühlenden Luftstrom
  - voll durchgeschaltet (keine Puls-Weiten-Modulation aktiv)
Folgende Reserven sind empfehlennswert:
  - 20% bei schlechtem Kühlluftstrom
  - 40% bei konvektiver Kühlung
  - 20% für Teillastbetrieb
Anmerkungen: Dies sind Faustregeln und müssen mit einer Temperatur-Messung verifiziert werden.

Prop-KV-Wizard: (ab Version 6.60, ende Mai)
Der Prop-KV-Wizard ein hilfreiches Werkzeug um
- um die grösste Luftschraube für Ihre Rahmengrösse zu finden - je grösser
  die Luftschraube um so besser ist ihre Schwebe-Leistung.
- ein Motor-KV-Intervall als optimalen Ausgangspunkt für weitere
  Berechnungen zu ermitteln.
Für voll-symetrische Rahmen stellt der Wizard die gegenseitige Propellerfreiheit sicher nicht aber die Freiheit zur zentralen Aufnahme, da diese vom Rahmenfabrikat abhängt.

der richtige Propeller:
Je grösser die Propellerfläche (Propellerdurchmesser) desto effizenter ist das Schweben, desto träger wird jedoch die Regelung
Bei Propellern mit einem Pitch-Durchmesserverhältnis über 0.667 kann der Lufstrom am Propellerblatt abreissen und zu einem Kontrollverlust führen.
Wir empfehlen ein Pitch-Durchmesserverhältnis von unter 2/3.
Vorsicht ist geboten bei Renn-Koptern mit einem höheren Pitch-Durchmesserverhältnis: Ein gut funktionierendes Setup von einem (leichten) Renn-Kopter kann bei einem anderen (schwereren) Kopter zum Kontrollverlust führen!

Klapp-Proppeller:
Sollten Sie ein Mittelstück einsetzten, welches von der Standartbreite abweicht, muss dies durch Anrechnung der Different zum Standart-Propeller-Durchmesser berücksichtigt werden. Verwenden Sie stehts den effektiven Propeller-Durchmesser (Spitze zu Spitze in Zoll). Das Standart-Mittelstück für
- Aeronaut Blätter ist 42mm/1.65"
- Graupner Blätter ist 42mm/1.65"
- RFM Blätter ist 32mm/1.26"
- eflight Blätter ist 36mm/1.42"

Berechnung mit nicht vorgegebenen Komponenten:
Wenn Sie in Besitz der techn. Angaben sind, können Sie mit jedem beliebigen Akku, Steller oder Motor eine Berechnung durchführen. Wählen Sie dafür in der entsprechenden Liste «andere»  aus und geben die nötigen Daten in den rechts davon liegenden Feldern ein.  (Witchtig: Die Battery Daten müssen pro Einzelzelle erfasst werden)
Bei der Verwendung eigener Komponenten sollten Sie ausschliesslich Herstellerdaten oder eigene Messungen verwenden. Gehen Sie nie von Annahmen aus oder leiten Sie die Daten nicht von ähnlichen Komponenten ab, da ungenaue Parameter zu ungenauen Resultaten führt.

Bestimmung des Innenwiderstandes des Motors: Bei Verwendung eines Ohm-Meters werden die oft sehr kleinen Widerstandswerte durch den Übergangswiderstand verfälscht. Nutzen Sie diese Methode.

Bestimmung des Leerlaufstroms und Kv: Betreiben Sie Ihren Motor ohne Propeller mit Vollgas an einer 3s oder 2s Batterie (bitte respektieren Sie die max. Motorspannung des Herstellers). Nun messen Sie den Leerlaufstrom, die Spannung und die Drehzahl. Nun können Sie Kv = Drehzhl / Spannung berechnen.
Achtung: Betreiben Sie Ihren Motor nur kurz im Leerlauf (<10s), da die Verlustleistung (ohne Prop) sehr hoch sein kann und der Motor zur Überhitzung neigt.

Akku-Zellen Eingabedaten:
Die Eingabedaten für den Akku beziehen sich auf eine einzelne Zelle Ihres Akku-Packs.

Logger und Watt-Meter:
Logger und Watt-Meter Werte entsprechen den folgenden Resultaten:
Spannung = eCalc Batterie Spannung
Strom = eCalc Motor @ Maximum Strom
Leistung = nicht angezeigt (entspricht der multiplikation der beiden Werte oben)
Anmerkung:
Wenn sie einen Daten-Logger verwenden - insbesondere im Regler integrierte - machen sie eine Referenzmessung mit einem Multimeter um den Logger zu kalibieren. Unsere Erfahrung zeigt, dass Logger über 25% von einer realen Messung abweichen können.

Daten Exportieren (nur für angemeldete Mitglieder):
Die berechneten Daten können mit Hilfe dieser Funktion in ein beliebiges Programm exportiert werden, welche CSV Dateien (Komma separiert) lesen kann (z.B. Excel).
[Add >>] fügt die aktuell angezeigten Daten zur Export Datei hinzu.
[Download .csv (x)] Die Export Datei wird runtergeladen. (x) zeigt die Anzahl gespeicherten Antriebe in der Export Datei an.
[<< Clear] löscht alle in der Export Datei befindlichen Daten.

Teilen oder Speichern von Antrieben (nur für angemeldete Mitglieder):
Sie können ein Antrieb teilen oder speichern mit Hilfe des Knopf [Teilen]. eCalc erzeugt einen parametrisierten Link. Wählen Sie diesen neuen Link und speichern ihn unter ihren Favoriten/Lesezeichen im Browser ab. Später können Sie Ihren Fovoriten/Lesezeichen erneut aufrufen und eCalc wird die komponenten automatisch zur Berechnung abfüllen.

Drucken:
Zum Drucken Iher eCalc Ergebisse empfehlen wir folgende Druck-Einstellungen in ihrem Browser:
FireFox & Safari: Hochformat
Chrome & Explorer: Querformat


Interpret the Results 

Quick Check Gauges:
Some parameters are additional shown as gauges for a quick overview of the setup.

  • Load: discharge rate of battery
    - green: range of continuous C-rate
    - yellow: range to peak C-rate
    - red: over limit
  • Hover Flight Time: ranges according experience
  • est. Temperature: estimated maximum temperature
    - green: normal range 0…70°C
    - yellow: critical range 70…90°C
    - red: over limit, risk of overheat
  • Electric Power / Current: maximum values in relation to specified motor limit (max. 15s) either in wattage or amps.
    - green: range below 70% of limitation
    - yellow: critical range up to limitation
    - red: over limit, risk for permanent damage
  • Thrust-Weight Ratio: indication for flight performance (the higher the more agile your copter gets) and (indirectly) throttle for hovering
    - green: 1.8 and more resulting in ~ 60% throttle or lower
    - yellow: 1.2 to 1.8 resulting in 60 to 80% throttle – limited maneuverability
    - red: hovering is not possible
  • Specific Thrust: specific thrust of the propeller is an indication of overall hover efficiency
    - green: 6g/W and more considered as good efficiency
    - yellow: 4…6g/W is poor
    - red: below 4g/W is ineffective

Remark:
The Calculator checks various parameters (e.g. max current, power) and will generate  an adequate message. These are NOT errors but advices where you may run into a problem. Blue remarks are advisory, red critical.
The max. physical RPM are not monitored.
Always respect the limits of the manufacturer!

All results are based on the calculated All-up Weight:

Battery:

Load: the actual discharge rate in relation to the capacity.
Voltage: Battery-Voltage under expected max. Current.
Rated Voltage: You find on your Pack.
Energy: of the battery.
Total Capacity: of the Battery
Used Capacity: for the flight used capacity according to the selected max. discharge percentage of the battery. This is the base for any flight time related calculations!
min. Flight Time: expected min Flight Time is based on  maximum Throttle (based on max. discharge % of Battery) and is independent of the weight.
mixed Flight Time: Expected Flight Time based on all-up weight  when moving based on max. discharge % of Battery, base is geometric mean value of current difference from hover to max.)
hover Flight Time: Expected Flight Time based on all-up weight  when hovering only (based on max. discharge % of Battery)
Weight: of Battery-Pack

Motor @ Optimal Efficiency:

Current: current for maximum motor efficiency with varying torque (dyno test).
other data same as  below.

Motor @ Maximum (for each motor!):

max Current: maximum Amp draw.
Voltage: Voltage at the motor
Revolutions: maximum revolutions.
el. Power: electric input power.
mech. Power: mechanical output ower or shaft power.
Power-Weight: Power Weight Ratio for the maximum current case.
Efficiency: Efficiency at max. Amp. Draw
est. Temperature: Estimated Temperature of the Motor Case - subject to the motor cooling. Temperatures over 80°C and higher might damage your motor. Temperature over 100°C are very critical.

Motor @ Hover (for each motor!):

Current: estimated current for hovering. the hover current shuld be be close to the optimal current (see abouve) or sligtly below.
Voltage: motor voltage for hovering.
Revolutions: Propeller revolutions to hover.
Throttle (log): Some ESC aims  for a (pseudo) power or thrust linearity. This Trottle position for hovering represents the stick position to hover in manual mode assuming a logarithmic PWM (Puls Width Modulation) transformation by a power or thrust linear ESC.
Remark: As this logarithmic curve may differ between brands this is a empirical value.
Throttle (linear): Concentional ESC aims for (preudo) RPM linearity. The Trottle position for hovering represents the stick position to hover in manual mode with a linear PWM (Puls Width Modulation) by RPM linear ESCs. That means 60% Throttle represent the PWM controles the FET 60% on / 40% off resulting in a linear voltage/rpm at the motor.
Remark: Do not mistake this value with the PVM Time in μsec shown on some flight control logs.
el. Power: electric input power.
mech. Power: mechanical output power or shaft power.
Power-Weight: Power Weight Ratio for the hover case. 150W/kg is a rule of thumb, very efficient setups bring that down to approx. 80W/kg.
Efficiency: motor efficiency at hovering.
est. Temperature: predicted motor temperature - subject to the motor cooling.
specific Thrust: How many Gramm of Thrust will be produced with one Watt of electric Input Power at the propeller. 

Total Drive:

Drive Weight: weight of all components (with 10% margin, e.g. for propeller weight compensation)
Thrust-Weight: Thrust Weight Ratio - flying below 1.2 is almost impossible.
Current @ Hover: sum of all motors when hovering.
el. Power @ Hover
: electric input power at battery when hovering.
mech. Power @ Hover: mechanical output power or shaft power when hovering.
Efficiency @ Hover: Total Efficiency when hovering.
Current @ max: sum of all motors at full thrust.
el. Power @ max: electric input power at battery at full thrust.
mech. Power @ max: mechanical output power or shaft power at full thrust.
Efficiency @ max: Total Efficiency at full thrust.

Multicopter:

All-up Weight: calculated Flying Weight (Basic Weight + Drive Weight, add. Payload is NOT considered)
add. Payload: maximum additional payload possible to hover with 80% Throttle to garantee maneuverability. (we recommend below 50% throttle for arobatics and below 80% throttle for Photography). 
max. Tilt: Theoretically max. possible Tilt of the copter to maintain level flight (neglecting down force due tilt).
max Speed: Theoretically max. attainable forward speed in flight at max. tilt and max throttle (neglecting copter aerodynamic drag and down force due tilt). With restricted tilt that my result in a climb.
est. rate of climb: estimated maximum achievable rate of climb (neglecting copter aerodynamic drag).
Total Disc Area: The total disc area is the area covered y rotors when looking from the top to the copter. The higher the disc area the more efficient the copter gets.
with Rotor fail: Prediction of the resulting controlability of your multicopter in case of a rotor/engine failure (r = number of rotors):
resistantResistant to single Rotor Failure: your configuration has 6 rotors or more and hovering is possible with less than 80% throttle assuming the opposite engine is not required   for lift (equal to two engine failures on opposit engines, r-2).
Or, your configuration has 5 rotors and hovering is possible with less than 66% throttle on remaining motors (r-1).
conrtolableSingle Rotor Failure is most probable controlable for a immediate emergency landing. However if the asymetry is to big due weight  distribution or wind the copter might still get uncontrolable. Your configuration has 5 rotors or more and hovering is possibible with 66% to 80% throttle on remaining motors (r-1).
uncontrolableA single Rotor Failure is uncontrolable and will lead to a flip-over. your configuration has 4 or less rotors  or hovering needs more than 80% throttle on remaining motors (r-1).
Remark: We remind you this is a prediction only - to be sure regarding resistancy you have do disable one motor and try to safely take off to hover.
It is in the nature of any Quad- or Tre-Copter that a rotor failure will lead to a flip-over.

 

Range Estimator:
The Range Estimator gives you a relative value of the expected range in still air on a level flight of a copter. you may typically expect a range (green) between the two graphs of «No Drag Range» (theoretical maximum without drag) and «Std Drag Range» (Range using a average drag assumption wid Cd=1.3). As this is a rought basic assumption, the range may also be lower than the Standard Drag Range. The far end of the range graph is equal to the max. speed in level flight.
Average Drag Assumption (blue): the center hub is as big as the biggest possible prop will fit to the defined symetric frame size. The arms are 2.5cm/1inch wide and the copter is 10cm/4inch high. If your copter is bigger the real range / top speed (red vertical marker) will be less.


stadard drag = blue area

Motor Characteristics:
The Diagram shows the full thrust parameters with increasing current (Dyno Test) with marked maximum values. The estimated Motor Case Temperature will turn red as soon as it goes over 80°C. Higher Motor Case Temperature can result permanent Damage. 

 

Der Umgang mit den Resultaten

Kurzanalyse:
Einige Parameter werden zusätzlich als Messuhr angezeigt um einen schnellen überblick der Berechnung zu erlangen.

  • Entladerate: Entladerate der Batterie
    - grün: Dauer-Entladerate
    - gelb: Bereich bis max. Entladerate
    - rot: ausserhalb der Limite
  • Flugzeit Schweben: Erfahrungswerte
  • Temperatur (ca.): erwartete Maximal-Temperatur
    - grün: normaler Bereich 0…70°C
    - gelb: Kritischer Bereich 70…90°C
    - rot: ausserhalb der Limite, Überhitzungsrisiko
  • el. Leistung / Strom: Maximal-Wert in Relation zur spezifizierten Motorenlimite (max 15s) in Watt oder Ampere.
    - grün: bis 70% der Limite
    - gelb: Kritischer Bereich 70% bis zur Limite
    - rot: ausserhalb der Limite, Risiko für Beschädigungen
  • Schub-Gewicht (-Verhältnis): Indikator für Flugverhalten (je höher desto agiler)
    - grün: 1.8 und höher (Gasstellung < 60%)
    - gelb: Schweben 1.2 bis 1.8 (Gasstellung 60…80%) – Eingeschränkte Wendigkeit
    - rot: Schweben mit 1.2 und tiefer ist kaum möglich
  • Spez. Schub: Der spezifische Schub am Propeller ist ein Indikator für die Schwebe-Effizienz
    - grün: 6g/W und mehr sind gute Werte
    - gelb: 4…6g/W sind bescheidene Werte
    - rot: unter 4g/W sind unbrauchbar

Anmerkung:
Der Calculator überwacht die max. zulässigen Ströme bzw. Leistung der Komponenten und gibt bei entsprechender Überschreitung eine Warnung an sie. Dies sind KEINE Fehlermeldungen, sondern Warnungen, wo allenfalls Probleme zu erwarten sind. Blau Warnungen sind informativ, rote sind kritisch.
Die max. physikalische Drehzahl wird nicht überwacht.
Bitte beachten Sie immer die Herstellerangaben.

Alle Resultate basieren auf dem errechneten Abfluggewicht:

Batterie:

Belastung: Aktuell Akkubelastung im Verhältnis zu seiner Kapazität.
Spannung: Spannung am Akku  bei errechneter Volllast.
Nennspannung: gemäss Akkubeschriftung
Energie: Gesamtenergie der Batterie
Gesamtkapazität: der Batterie
genutzte Kapazität: die für den Flug nutzbare Kapazität gemäss der gewählten max. Entladung des Akkus. Alle Flugzeiten basieren auf diser entladenen Kapazität.
Flugzeit Vollast: erwartete Flugzeit mit der gewählten x% Entladung beim Fliegen mit Vollgas und unabhängig vom Abfluggewicht.
Ø Flugzeit: erwartete Flugzeit mit der gewählten x% Entladung bei Rundflügen basierend auf dem Abfluggewicht.
Flugzeit Schweben: erwartete Flugzeit mit der gewählten x% Entladung nur durch Schweben basierend auf dem Abfluggewicht (Basis ist der geometrische Mittelwert des Stroms).
Gewicht: des gesamten Akkus

Motor @ Optimaler Wirkungsgrad:

Strom: Strom beim maximalen Wirkungsgrad (Dyno Test mit zunehmender Last).
(restliche Angaben analog unten)

Motor @ Maximum (Angaben pro Motor!):

max Strom: maximal zu erwartender Strom.
Spannung: Spannung am Motor.
Drehzahl: Drehzal des Motors unter Last.
el. Leistung: elektrische Eingangsleistung.
mech. Leistung: mechanische Ausgangsleistung oder Wellenleistung
Leistungs-Gewicht: Verhältnis von Leistung zu Gewicht bei Vollgas.
Wirkungsgrad: Wirkungsgrad des Motors bei max. Belastung
Temperatur (ca.): geschätzte Gehäusetemperatur  - abhängig von der Motorkühlung. Ab 80°C Gehäusetemperatur läuft der Motor an der Leistungslimite. Temperaturen über 100°C sind kritisch und können zu permanenten Schäden führen.

Motor @ Schweben (Angaben pro Motor!):

Strom: erwarteter Strom zum Schweben. Für eine effiziente Auslegung solle dieser möglichst beim optimalen Strom (vgl. oben) oder leicht darunter liegen.
Spannung: Spannung am Motor
Drehzahl: Propeller Drehzahl zum schweben.
Regleröffnung(log): Einige Regler zielen auf eine lineare Leistungs- bzw. Schubentfaltung. Diese Regleröffnung zum Schweben - ist äquivalent zur Schwebe-Gas-Position in Manual Mode mit einer logarithmischen PWM Kurve des Reglers mit Leistungs-/Schublinearität.
Anmerkung: Da die logarithmischen Kurven ja nach Hersteller abweichen können, ist dies ein Erfahrungswert.
Regleröffnung(linear): Konventionelle Regler zielen auf eine lineare Drehzahlentfaltung. Diese Regleröffnung zum Schweben - ist äquivalent zur Schwebe-Gas-Position in Manual Mode mit einer linearen PWM Kurve des Reglers mit Drehzahllinearität. Somit beteutet 60% Regleröffnung, dass die PWM den FET zeitlich 60% ein- bzw 40% ausgeschaltet lässt und damit linear zur anliegenden Motorspannung ist.
Anmerkung: Verwechseln Sie diesen Wert nicht mit der PWM Zeit welche in einigen Flight Control Logs in μsec ausgewiesen wird.
el. Leistung: elektrische Eingangsleistung.
mech. Leistung: mechanische Ausgangsleistung oder Wellenleistung.
Leistungs-Gewicht: Verhältnis von Leistung zu Gewicht beim Schweben. Fausregel: ~150W/kg, sehr effiziente auslegungen bringen diesen Wert bis ca. 80W/kg runter.
Wirkungsgrad: Wirkungsgrad des Motors beim Schweben.
Temperatur (ca.): Vorhersage der Motorentemperatur - abhängig von der Motorkühlung.
spezifischer Schub: Wie viel Gramm Auftrieb kann der Propeller pro Watt Eingangsleistung erzeugen. 

Gesamter Antrieb:

Komponenten: Gewicht aller komponenten mit 10% Zuschlag (z.B. für Luftschraube).
Schub-Gewicht:
Verhältnis von Schub zu Gewicht - fliegen mit weniger als 1.2 ist beinahe unmöglich.
max. Zuladung:
maximal mögliche Zuladung um mit 80% liearer Regleröffnung mit Reserve zum Manöverieren zu schweben (Empfehlung für  Akro <50%, für Foto <80%).
Gesamtstrom @ Schweben
: Gesamtstrom aller Motoren beim Schweben
P(in) @ Schweben: elektrische Eingangsleistung  beim Schweben
P(out) @ Schweben: mechanische Ausgangsleistung  beim Schweben
Wirkungsgrad @ Schweben: Gesamtwirkungsgrad des Antriebs  beim Schweben.
Gesamtstrom @ max: Gesamtstrom aller Motoren bei Vollgas
P(in) @ max: elektrische Eingangsleistung bei Vollgas
P(out) @ max: mechanische Ausgangsleistung bei Vollgas
Wirkungsgrad @ max: Gesamtwirkungsgrad des Antriebs bei Vollgas.

Multikopter:

Abfluggewicht: Fluggewicht (inklusive Komponenten, die max. Zuladung wird NICHT berücksichtigt)
max. Zuladung:
maximal mögliche Zuladung um mit 80% liearer Regleröffnung mit Reserve zum Manöverieren zu schweben (empfohlene maximale (!) Regleröffnung für  Akro <50%, für Foto <80%).
max. Neigung: maximale Neigung des Kopters um noch horizontal zu fliegen (nicht berücksichtigt ist Abtrieb durch die Neigung).
max. Geschwindigkeit: Theoretisch erreichbare Horizontal-Geschwindigkeit bei max. Neigung und Voll-Gas (nicht berücksichtig sind aerodynamischer Widerstand und Abtrieb durch die Neigung). Mit eingeschänkter Neigung führt die zum Steigen.
gesch. Steigleistung: geschätzte maximal erreichbare Steigleistung / Steigrate (nicht berücksichtig sind aerodynamischer Widerstand des Multikopters).
Rotorfläche: die durch alle Rotoren gebildete Grundfläche, wenn senkrecht auf den Kopter geschaut wird. Je höher die Rotorfläche, desto effizienter wird ihr Kopter.
mit Rotorausfall: Vorhersage über die Steuerbarkeit des Multikopters bei Ausfall eines Motors (r = Anzahl Rotoren):
resistantResistent gegen Rotorausfall: der Kopter hat 6 oder mehr Rotoren und das Schweben mit den verbleibenden Motoren ist mit weniger als 80% Gas möglich unter der Annahme, das der gegenüberligende Motor keinen Schubanteil liefert (gleichbedutend mit doppeltem gegenüberliegendem Motorausfall, r-2).
ODER, der Kopter hat 5 Rotoren und Schweben mit den verbleibenden Motoren ist mit 66% Gas oder weniger möglich (r-1).
conrtolableEin Rotorausfall ist mit hoher Warscheinlichkeit kontrollierbar für eine umgehende Notlandung. Bei grosser Asymetrie (Gewichtsverteilung oder Wind) ist dennoch ein Kontrollverlust möglich.
Ihr Kopter hat 5 oder mehr Rotoren und Schweben ist mit den verbleibenden Motoren (r-1) mit 66% bis 80% Gas möglich.
uncontrolableEin Rotorausfall führt zu einem Kontrollverlust.
Ihr Kopter hat 4 oder weniger Rotoren oder zum Schweben mit den Verbleibenden Motoren (r-1) ist mehr als 80% Gas nötig.
Anmerkung: Dies ist nur eine rechnerische Vorhersage - um Gewissheit darüber zu erlangen deaktivieren Sie einen Motor und versuchen sie sicher zu starten bzw. zu schweben.
Es liegt in der Natur eines Quad- bzw. Tre-Copters, dass ein Rotorausfall unweigerlich zum Absturz führt.

Reichweiten Abschätzung:
Die Reichweiten-Abschätzung ist eine relative Berechnung der zu erwartenden Reichweite (grün) ohne Wind im Flug auf konstanter Höhe. Sie können typischerweise eine Reichweite zwischen «Reichweite ohne Luftwiderstand» (theoretisches Maximum) und «Reichweite mit Standard-Luftwiderstand» (Annahme basiert auf einer üblichen Kopterform und Cd=1.3) erzielen. Da die Kopterform start variieren kann, können durch höheren Luftwiderstand auch geringere Werte erzielt werden. Das ende der Reichweiten-Kurve entspricht der max. Horizontal-Gescheindigkeit.
Annahme Standard-Luftwiderstand (blau): Die zentrale Plattform ist gerade so gross, dass auf einem symetrischen Rahmen die maximale Propeller-Grösse angebracht werden kann. Die Arme sind 2.5cm/1inch breit und der Kopter ist 10cm/4inch hoch. Is ihr Multikopter grösser, wird die Reigweite und die Höchstgeschwindigkeit (rote Markierung) tiefer ausfallen.


Standard-Luftwiderstand = blaue Fläche

Motorenkennlinie:
In der Motorgrafik zeigt die Vollgas-Kennlinien mit zunehmendem Strom (Dyno Test). Die maximalwerte sind markiert. Die erwartete Motorgehäusetemperatur springt von grün auf rot, sobald 80°C überschritten wird. Eine Gehäusetemperatur von über 80°C kann den Motor permanent schädigen.


Hints & Tips

Too long wire kills your ESC

...still working on that...
 

 

Auslegehilfen

Tödliche Kabelverlängerung am Regler

...wir arbeiten noch daran..
 

Vortex Ring State (blade stall due downwash)
During a vertical decent any copter may settle into its own downwash. This may lead to a severe flight condition as the propeller blade may start to stall and the produced lift will drop dramatically and the decent rate cannot be reduced anymore. A total loss of control may be the rusult. This phenomenon is called Vortex Ring State (VRS).

How to avoid VRS?

  • The vortex ring state can be completely avoided by descending on flightpaths shallower than 30 degrees (at any speed).
  • At steep angles (e.g. vertical), the vortex ring wake remains below the copter at slow rates of descent.
  • Approach your landing site against the wind - tail wind increases the risk to enter the own downwash.
  • High pitch propellers increase the risk of vortex ring state considerable. (rule of thumb: pitch shall be less than 66% of the prop diameter – the lower the pitch the smaller the risk for VRS)

Recognition and escape VRS
The copter pilot can recognize entering the VRS by a wobbling copter. Immediately start to move in any horizontal direction (e.g. forward) to get out of the vortex ring wake and reduce your rate of descent.

See a demonstration of Vortex Ring State (at 2min 25s) at youtube...
 

 

Wirbelringstadium (Schubverlust durch eigenen Abwind)
Während eines vertikalen Sinkfluges kann jeder Kopter in seinen eigenen Abwind geraten, was zu einem dramatischem Schubverlust führt und der Sinkflug kaum noch gestoppt werden kann. daraus kann ein kompletter Kontrollverlust entstehen. Dieses Phänomen nennt man Wirbelringstaduim oder engl. Vortex Ring State (VRS).

Wie kann man VRS vermeiden?

  • VRS kann komplett vermieden werden, wenn der Sinkwinkel des Kopters geringer als 30° ist.
  • Bei steilen Sinkwinkel und geringen Sinkraten bleibt der gefärliche Wirbelring unter dem Kopter.
  • Fliegen Sie Ihren Landeplatz immer gegen den Wind an - Rückenwind erhöht das Risiko in den eigenen Abwind zu geraten.
  • Luftschrauben mit hohen Steigungen erhöhen das Risiko deines eintrettenden Wirbelringstaduim. (Faustregel: Die Propeller-Steigung sollte geringer als 66% des Durchmessers - je geringer die Steigung desto kleiner wird das Risiko von Wirbelringstaduim.

Erkennen und Entkommen von VRS
Der Kopterpilot erkennt ein bginnendes Wirbelringstadium durch einen schlingernden/wackelnden Kopter. Leiten Sie unverzüglich eine horizontale Bewegung (z.B. forwärts) ein und verringern Sie die vertikale Sinkrate, damit der Kopter aus dem eigenen Abwind herausfliegt.

Eine eindrückliche Demonstation von Vortex Ring State (bei 2min 25s) finden Sie auf youtube...
 

 

Quelle: http://www.copters.com/aero/settling.html
 

hover efficiency - flat vs. coax configuration
most muticopter pilot beleve that a flat setup is about 20-30% more efficent than a coax configuration.
This is true if we do a propeller-based comparison of a given motor-prop combination in flat and coax configuration. BUT this does not compare equal disk area and the better flat efficiency results from the fact the flat configuration has twice the disk area of a coax!
What if we are talking in terms of frame size?
If we compare coax vs. flat on a given frame size the efficiency is much higher with a coax configuration. Why?

  • due blade clearance of a flat is less than coax - therefore the flat must use much smaler props.
  • as coax can use much bigger props. the disk area is about 50% higher than a flat configuration on the same frame size. The higher the disc area the more efficient is hovering.
  • further more bigger and therefore slower tuning props are more efficient.
  • Tre- and Quad-Fames have a much higher rotor area-fill than Hexa or Octo
 

Schwebe-Effizienz - flache vs. coaxiale Auslegung
Die meisten Multikopterpiloten verfallen dem Trugschluss, dass flache Auslegungen rund 20-30% effizienter sind als coaxiale.
Dies trifft nur zu, wenn wir von einer gebenen Motor-Propeller-Kombination ausgehen und diese als flache bzw. coaxiale Anordnung vermessen. Aber dieser Vergleich basiert nicht auf der gleichen Rotorfläche sinder nist vielmehr das Resultat der doppelten Rotorfläche einer flachen Konfiguration!
Aber wie verhält sich das, wenn wir von einer gegebenen Rahmengrösse ausgehen?
Wen wir nun die beiden Auslegungen basierend auf einer bestehenden Rahmengrösse betrachten, ist die coaxiale Auslegung wesentlich effizienter: Warum?

  • Der Propeller-Freiraum ist bei der flachen Auslegung geringer. Es müssen kleinere Propeller gewählt werden.
  • dagegen kann bei einer Coax-Auslegung wesentlich grössere Propeller verwendet werden. Daraus resultiert ca. 50% mehr Rotorfläche!
  • des Weiteren sind grössere und daruch langsamer drehende Propeller effizienzer.
  • Y6 Tre- und X8 Quad-Rahmen haben eine bessere Flächenausnützung als Hexa oder Octo
flat vs. coax rotor area 
same frame size - left coax X8 with large props, right flat Octo with smaller props  (drawing by Robert Lefebvre)

max Propeller size with zero tip clearance for symetric frames:
- for flat Octo: max. Prop Diameter ~ 0.383 x frame size
- for flat Hexa: max. Prop Diameter ~ 0.5 x frame size
- for coax X8: max. Prop Diameter ~ 0.707 x frame size
- for coax Y6: max. Prop Diameter ~ 0.866 x frame size

The size of the frame is defined by the distance of the two opposite motors (X) or double the arm length from center to motor (Y).

Conclusion: on a given frame a optimized Y6 or X8 coax configuration has a better efficiency than a flat hexa/octo configuration due higher total disk area. A coax having even a better redundancy against a single engine failure as the disk area stays unchanged as long as the remaining motor can take-over the full load....
The key to best hover efficiency is low copter weight with maximum disk size.
See the Presentation regarding this topic from Robert Lefebvre.

optimizing coax efficency:
Are you using same props on top and bottom? Then you might optimize your efficiency of your coax copter by ~5%:
As a starting point the lower prop should be (roughly) 1 inch smaller, and 1.5" higher pitched (i.e 14x4.8SF and 13x6.5E as an example).
If that is not possible, the lower prop has to spin faster than the top prop. Otherwise it will just freewheel. And this is also where you loose quite a bit of efficiency dues to more drag when increasing the rpm.

General:

Running en electric Motor below his optimal efficiency current results in a faster increase of wast power than running it over this point.

PConst: The Propeller Constant indicates its degree of  the power absorbed by the prop due aerodnamic resistant. In general the thinner a prop blade is the lower the Prop Const gets. A typical Prop Const is between min. 1.00 and max. 2.00.

 

max Propeller-Grösse für symetrieche Rahmen:
- für flachen Octo: max. Prop Durchmesser ~ 0.383 x Rahmengrösse
- für flachen Hexa: max. Prop Durchmesser ~ 0.5 x Rahmengrösse
- für coaxial X8: max. Prop Durchmesser ~ 0.707 x Rahmengrösse
- für coaxial Y6: max. Prop Durchmesser ~ 0.866 x Rahmengrösse

Die Rahmengrösse ist definiert durch die Distanz zwischen den gegenüberliegenden Motoren (X) oder die doppelte Armlänge vom Zentrum zum Motor.

Fazit: Bei gegebenem Rahmen erreichen optimale Y6 und X8 Auslegungen (Coax) bessere Wirkungsgrade als flachen Konfiguration bedingt durch die höhere Rotorfläche. Sie haben gar die bessere Redundanz, da bei einem Motorausfall die Rotorfläche unverändert bleibt (solange der verbleibente Motor die gesamte Last übernehmen kann)....
Der Schlüsse zu bester Schwebe-Effizienz ist ein geringes Koptergewicht mit maximaler Rotorfläche.
Sehen Sie auch die Präsentation von Robert Lefebvre.

Optimierung der Coax Effizienz:
Verwenden Sie zwei gleiche Propeller? Dann können Sie den Wirkungsgrad Ihres Coax-Antrieb steigern (~5%):
Als Ausgangpunkt verwenden Sie für den unteren Prop ca. 1" weniger Durchmesser dafür ca. 1.5" mehr Steigung (z.B. 14x4.8SF and 13x6.5E as an example).
Sollte das nicht möglich sein, muss der untere Prop eine höhere Drehzahl haben als der obere - sonst dreht er beinahe im leeren. Meist wird in diesem Bereich am meisten Wirkungsgrad vergeben....

Generell:

Der Betrieb eines Elektromotors unter seinem optimalen Wirkungsgrad führt zu einer überproportionalen Zunahme der Verlustleistung.

PConst.: Die Propeller Konstante ist ein Mass für die Leistungsabsorbtion des Propellers durch seinen aerodynamischen Widerstand. Allgemein gesagt: Je dünner ein Propellerblatt ist je kleiner fällt seine Konstante aus. Prop Konst liegt zwischen min. 1.00 und max. 2.00.