Как выбрать двигатель для авиамодели
Как выбрать двигатель для авиамодели
Подписываемся на VK
Ежедневные новости, видео и приколы.
YouTube канал
Подбор двигателя
Меню сайта
Магазин
TOP статьи
Оборудование
Плосколеты
Создание авиамоделей
Часто у новичков возникает вопрос – а какой электродвигатель мне поставить на авиамодель?
Первое на что с чего надо начинать – это с размаха крыла авиамодели.
На небольших радиоуправляемых авиамоделях (от 60 до 90 см) я предпочитаю использовать 2 S LiPo батареи.
Так делаю потому, что у небольших самолетов главное это сделать авиамодель наиболее легкой. А 2 S LiPo батареи на треть легче 3 S LiPo той же емкости.
Под 2 S LiPo необходимо подобрать электродвигатель. Обычно использую с 1300-1600 об/вольт.
Менее оборотистые для 3 D самолетов и более оборотистые для полукопий истребителей.
При выборе мотора смотрим на желательное нам значение об/вольт и подбираем электровигатель для авиамодели с тягой в 1.2-1.5 раза больше веса для полукопий истребителей и 1.5-2 раза больше веса для 3 D авиамоделей.
Исключение из этого правила составляют авиамодели с толкающим винтом, например пушеры сделанные по технологии Плоская контурная полукопия с толкающим винтом.
Для толкающего винта нет необходимости в большом винте, так как винт не обдувает крыло а только создает толкающий поток, то можно (и желательно) ставить винты меньшего размера.
Размах у таких авиамоделей не велик, а вот площадь крыла (в которой выступает практически весь контур авиамодель) достаточна.
Рулевые поверхности «омываются» только набегающим потоком воздуха и начинают работать на достаточно высоких скоростях.
Для авиамоделей околометрового размаха – от 95см до 1.5 метра я предпочитаю использовать 3 S LiPo батареи.
Моторы для 3 D авиамоделей берутся с оборотами 900, для пилотажных авиамоделей 1000, модели истребителей комплектуются моторами до 1200 об/вольт.
На толкающий винт 1500-2500 в зависимости от задач авиамодели.
Мотор в пике своем может откушать 23А – регулятор минимум на 30А!
Так же необходимо проверить (прочесть аннотацию или инструкцию к регулятору), что выбранный регулятор поддерживает ту батарею с которой собираетесь летать. 3 S LiPo обычно держат все регуляторы, а вот с 2 S или 4 S могут возникнуть проблемы.
Полетный вес авиамодели считается из веса самой авиамодель + вся электроника +5-10% на ремонт в случае неудачных посадок.
Давайте прикинем на реальном примере – авиамодель биплан по статье Видеоинструкции изготовления авиамоделей.
Вот такая авиамодель:
Вес ее без всей электроники составляет 420 грамм.
Добавляем 4 сервы по 9 грамм = 36 гр.
Регулятор ориентировочно 30 гр.
Батарея 3 S 1300-1500 20 C = 175гр.
+ вес двигателя и крепления, скажем 60 грамм.
Полетный вес авиамодели составляет 721 грамм. Накинем 72 грамма на ремонт и получим 793. Это тот вес который не стоит превышать. + 10% веса авиамодели достигают в конце сезона если их активно шмякать об землю в каждом вылете 🙂
Так как для 3 D такая авиамодель тяжеловата, то будем считать этот биплан полукопией.
Умножаем 721 на 1.5, получаем 1081 грамм тяги с двигателя максимально.
Двигатель с максимальной тягой больше этого значения брать не стоит, даже приближенный к этому значению будет большеват и брать его можно только «на вырост», те текущая авиамодель будет временным тренером.
Идем на hobbycity.com в раздел двигатели и смотрим, что есть.
Max Eff: 12A
Max Load: 14A
Kv: 1050
Weight: 57.9gr
Pull: 400
900gr
Prop: 10×5 or 10×6
Voltage: 6
Винты к мотору берем 10х4.7 SF и 10х6.
Регулятор любой на 20-25А
Тяги в 900 грамм при полетном весе в 720-790 грамм – хватит на любой пилотаж! На полном газу авиамодель будет уходить в небо свечкой, летать в горизонте придется на средних оборотах.
Operating Current (Amps) 6-21 А
Peak Amps (15sec) 25 А
Регулятор к такому двигателю берем минимум на 30А. Винты так же 10х4.7 SF и 10х6.
Винтомоторная группа. Практические советы и расчеты
В глобальной сети, на различных тематических форумах, часто просят посоветовать мотор на конкретный самолет. Но всегда спрашивать не будешь, придется разобраться самому, да и стоит ли доверять ответившему тебе «гуру»?
Так с чего же начать свои поиски мотора? Сначала, надо задать себе лишь один вопрос: какие мне нужно получить характеристики от самолета, буду ли я отрабатывать на этой модели элементы 3D, или мне нужно уверенное выполнение только классического пилотажа?
Итак, решение принято, а что теперь?
Существует метод расчета (основанный на рекомендациях различных фирм-производителей модельной техники), в котором автор этой статьи не усомнился ни разу, и до сих пор пользуется им:
— мотор для модели, предназначенной для выполнения классического пилотажа, подбирается из расчета 300Ватт на килограмм веса (рекомендованный полетный вес, как правило, указывается производителем в описании модели)
— мотор для 3D-акробата подбирается из расчета 400-450Ватт на килограмм полетного веса.
«Да гранаты у него не той системы»
Белое солнце пустыни.
Важный момент: не будет лишним проверить указанную производителем мощность двигателя. Бывает так, что некоторые фирмы указывают максимальную мощность, при условии использования аккумуляторов с более высоким напряжением.
Производителем дано описание мотора:
Максимально допустимый ток: 50А
Максимальная мощность двигателя: 740Ватт
Итак, максимальная мощность 740Ватт. А если вы планируете использовать аккумулятор 3S? Вот давайте и посчитаем: 11.1V(напряжение аккумулятора)х50А(максимальный ток мотора)=550 Ватт. Теперь становится понятно, что в описании производителем указана мощность двигателя, с учетом использования четырехбаночного аккумулятора: 14.8Vх50A=740 Ватт.
— Шурик, твой аппарат тебя погубит.
«Иван Васильевич меняет профессию»
Пропеллер- это просто!
Основные параметры воздушного винта, которые мы учитываем при подборе мотоустановки – это его диаметр и шаг. Эти параметры зависят в основном от размера самолета, его типа и назначения.
Для копийной модели винт (винты) должны быть соразмерны общему масштабу модели, и иметь требуемое количество лопастей. Для спортивных и тренировочных самолетов – размеры выбираются исходя из необходимых тяговых характеристик, скорости потока от винта и площади обдува этим потоком рулевых плоскостей. Т.к. основную массу некопийных любительских самолетов можно по типу мотоустановки отнести к пилотажным (исключая модели для боя и мотопланеры), стоит подробнее остановиться на этом типе и специфике подбора размеров винта для них.
Размах крыла- Диаметр воздушного винта (в дюймах)
Для простоты можно воспользоваться и этой нехитрой табличкой – для начала она вполне сгодиться. Следует так же учитывать, что как правило, более скоростные модели, полукопии и тренеры используют винты диаметром поменьше, а фан-флаи и самолеты с развитыми 3D способностями – винты большего диаметра. Так же, часто возникают подвижки в +/- 1-2 дюймадля конкретной модели. Но в целом (как пример статистики), табличка выглядит вполне реально.
Если описывать упрощенно, то диаметр винта в большей степени определяет статическую тягу мотоустановки (грубо говоря, сколько может «поднять» такой винт, будучи направленным вверх), и площадь обдува рулевых плоскостей, как правило элеронов (хвостовое оперение почти всегда находиться в потоке от винта, и обдувается на 100%).
Несложно догадаться, что от статической тяги сильно зависит поведение самолета на вертикальных маневрах, когда подъемная сила крыла попросту отсутствует.
Третий «параметр» винта, оказывающий сильное влияние на его свойства – это его тип.
К сожалению, многие начинающие моделисты не принимают его во внимание, и основываясь только на размерах и шаге винта, часто не получают желаемого результата, а иногда и вовсе теряют мотор или сжигают контроллер, перегружая их.
Самые распространенные винты производит фирма АРС. Их подразделение по типам винтов можно назвать сложившимся стандартом де-факто. Из тех типов, которые для нас представляют интерес можно назвать:
Тип «SF» (slowflyer)— очень легкие винты с увеличенной тяговой характеристикой, для легких моделей. Рассчитаны на низкие обороты (до 6 тыс.). Диапазон размеров от 8х3,8 до 13х4,7. Часто используются «внештатно» вместо Е-серии на моделях вплоть до1,5 кг для получения очень большой тяговооруженности (правда ценой некоторых потерь), на свой страх и риск. Имеют легкую небольшую ступицу и невысокая (по сравнению с Е-серией) прочность.
Тип «Р» (pusher) – т.н. «толкающий винт». Винт обратного вращения. Стоит заметить что на электроустановках понятие «толкающий» не особенно актуально, потому что мотор может вращаться в обоих направлениях. Ориентирован больше на ДВС.
Есть еще специализированные типы С, W и пр., но в данной статье мы их рассматривать не будем из за их специфических применений.
— Да как ты их мог перепутать, они же разного цвета!
— Ну и что, что ты дальтоник, ты красное от зеленого отличить не можешь, что ли?!
Регуляторы скорости: главное не перепутать.
Реально, у контроллера (так же именуемого как «регулятор скорости», хода», «speed controller») есть только два критических параметра,
которые непосредственно связаны с работой мотоустановки – это максимально допустимый рабочий ток, и диапазон рабочих напряжений.
Кроме этих двух основных параметров, контроллеры различаются по наличию различных сервисных возможностей, и конструктивных особенностей. Как правило, все контроллеры имеют возможность программирования таких функций, как выбор скорость раскрутки вала («мягкую», «стандартную» и «быструю»), различные уровни напряжения автоотключения двигателя (чтобы не допустить полную разрядку аккумулятора и потерю питания для приемника и бортовых систем), включения/отключения режима тормоза (для прекращения вращения воздушного винта от набегающего потока при выключенном моторе). Часто присутствует функция программной смены направления вращения вала, звуковая сигнализация разных режимов работы, настройка таймингов, друге различные сервисные возможности. Основная масса контроллеров может программироваться с помощью пульта управления, некоторые требуют для этого специальных программаторов, или компьютера с использованием специального USB-кабеля. Следует обратить внимание на эти особенности, чтобы не оказаться в поле с самолетом, который невозможно будет настроить без специального оборудования. В целом, наличие большого количества сервисных функций удобно, но оно не является строго обязательным. Тут можно ориентироваться на собственный комфорт и толщину кошелька.
Большинство низковольтные контроллеров имеют в себе встроенную схему ВЕС (система бортового питания), однако следует знать, что его использование допускается при питании не более чем 2-3 элементами LiPo, и с нагрузкой, не превышающей 3-4 маломощных сервомашинки (формата «микро» и «субмикро»). Большая часть отказов управления на небольших самолетах связана с кратковременными сбоями в работе встроенной системы ВЕС работающей с перегрузкой, обычно принимаемой за «помехи» или неисправность аппаратуры управления. Даже использование 4 сервомеханизмов «16-граммового» типа (HS-81) на встроенной ВЕС недорогого контроллера довольно часто приводит к отказу питания через уже 3-4 минуты работы мотора при активном рулении.
Собственно, на этом краткий экскурс по контроллерам можно завершить. Итоговый вывод прост – для стабильной работы мотора нам важно иметь небольшой запас по току, и не превышать верхнюю границу допустимого напряжения питания контроллера. Все остальное – вопрос личных предпочтений, и пожеланий к сервисной функциональности системы. Так же, стоит быть внимательным при выбора питания борта через встроенный ВЕС.
Арфы нет, возьмите бубен.
«В бой идут одни «старики»».
Какой аккумулятор выбрать?
В современных условиях разумнее всего использовать силовые батареи на основе литиевых элементов. По токоотдаче и удобству эксплуатации на больше всего подходят аккумуляторы с химией LiPo (литий-полимерные) и LiFe (литий-нанофосфатные).
Лидеры по токоотдаче – аккумуляторы с химией LiFe, их практическая токоотдача составляет более 50С. Неизбежной расплатой за высокую токоотдачу является высокий вес и стоимость таких батарей. Чем выше токоотдача, тем выше «удельный» вес и стоимость сборки. Например, аккумуляторы 3S (3 элемента) 2100мА c токоотдачей 16С весят150 грамм, а такие же сборки, но с токоотдачей в 35С – уже около220 грамм. По цене – различия примерно в тех же порядках. Разница существенная. Давайте теперь посмотрим, насколько важна высокая токоотдача для мотоустановки самолета.
Не секрет, что помимо хорошей энерговооруженности, мотоустановка должна обеспечивать еще и некоторую продолжительность ее работы.
Обычно, необходимое время работы (на 1 полет) поставляет порядка 6-10 минут. Меньше 6 минут – это мало, больше 10 минут – особенно нет смысла, потому что уже хочется передохнуть и проанализировать полет. Если посмотреть на расчеты в мотокалке, то мы увидим, что при правильно подобранной мотоустановке и в смешанном режиме полета аккумулятор разряжается до минимально допустимого значения за 8-10 минут при токах, равных 10-12 емкостям такого аккумулятора. На силовых маневрах токи могут достигать 15-25С кратковременно.
Что бы подвести некоторый итог – приведу очередную табличку наиболее популярных решений:
Вес самолета, Емкость сборки/необходимая токоотдача (кол-во элементов)
130-200г, 300-500мА /20-25С (2 банки)
200-300г, 500-800мА /20-25С (2-3 банки)
400-600г, 900-1300мА/16-20С (3 банки)
600-1300г, 1500-2200мА/16-25С (3 банки)
1300-1700г, 2500-3000мА/25-30С (3 банки), 16-20С (4 банки)
2000-2700г, 3300-3700мА/16-20С (5-6 банок)
2500-3000г, 3700-4200мА/16-20С (6 банок)
3500-5000г, 3300-4000мА/16-20С (8-10 банок)
Опять же, это всего лишь типичные примеры, которые не стоит рассматривать как однозначное и безальтернативное решение.
Экспериментировать можно и нужно. А эта таблица всегда послужит нам хорошей стартовой платформой.
Теперь, когда наша мотоустановка укомплектована, пора переходить к практическим испытаниям.
Основано на материалах, опубликованных на форуме RC-design
Электрическая силовая установка – простейшие расчеты, и практическая реализация
Опции темы
Электрическая силовая установка – простейшие расчеты, и практическая реализация
1. Алгоритм расчета мотоустановки.
2. Воздушные винты
3. Моторы
4. Motocalc и его практическое применение
5. Выбор аккумулятора и контроллера
6. Вопросы техники безопасности
7. Методы испытаний и измерения
8. Заключение
1. Алгоритм расчета мотоустановки.
Единственная задача мотоустановки – вращать воздушный винт в определенном диапазоне оборотов. Более – ничего. Поэтому выбор мотора, аккумуляторов и контроллера всегда зависит от воздушного винта, который мы, в свою очередь, выбираем для нашей модели. Для выбранного винта требуется подобрать мотор необходимой мощности, а для его питания требуются определенные параметры аккумулятора. Понимая после расчетов, какие пиковые токи будут проистекать в цепях мотоустановки, мы должны будем выбрать контроллер (регулятор хода). Последовательность наших действий выглядит теперь вполне ясно и логично. А именно:
Винт > Мотор > Аккумулятор >Контроллер.
Итак – «пляшем от винта»!
Основные параметры воздушного винта, которые мы учитываем при грубом (черновом) подборе мотоустановки – это его диаметр и шаг. Эти параметры зависят в основном от размера самолета, его типа и назначения.
Для копийной модели винт (винты) должны быть соразмерны общему масштабу модели, и иметь требуемое количество лопастей. Для спортивных и тренировочных самолетов – размеры выбираются исходя из необходимых тяговых характеристик, скорости потока от винта и площади обдува этим потоком рулевых плоскостей. Т.к. основную массу некопийных любительских самолетов можно по типу мотоустановки отнести к пилотажным (исключая модели для боя и мотопланеры), стоит подробнее остановиться на этом типе и специфике подбора размеров винта для них.
Размах крыла Диаметр (в дюймах)
40” (1000mm) 10-11”
47”(1150-1200mm) 12-13”
50-52”(1250-1300mm) 13-14”
66-70”(1500-1600mm) 15-16”
78-82”(2000-2100мм) 19-22”
Для простоты можно воспользоваться и этой нехитрой табличкой – для начала она вполне сгодиться. Следует так же учитывать, что как правило, более скоростные модели, полукопии и тренеры используют винты диаметром поменьше, а фан-флаи и самолеты с развитыми 3D способностями – винты большего диаметра. Так же, часто возникают подвижки в +/- 1-2 дюйма для конкретной модели. Но в целом (как пример статистики), табличка выглядит вполне реально.
Если описывать упрощенно, то диаметр винта в большей степени определяет статическую тягу мотоустановки (грубо говоря, сколько может «поднять» такой винт, будучи направленным вверх), и площадь обдува рулевых плоскостей, как правило элеронов (хвостовое оперение почти всегда находиться в потоке от винта, и обдувается на 100%).
Несложно догадаться, что от статической тяги сильно зависит поведение самолета на вертикальных маневрах, когда подъемная сила крыла попросту отсутствует.
Третий «параметр» винта, оказывающий сильное влияние на его свойства – это его тип.
К сожалению, многие начинающие моделисты не принимают его во внимание, и основываясь только на размерах и шаге винта, часто не получают желаемого результата, а иногда и вовсе теряют мотор или сжигают контроллер, перегружая их.
Самые распространенные винты производит фирма АРС. Их подразделение по типам винтов можно назвать сложившимся стандартом де-факто. Из тех типов, которые для нас представляют интерес можно назвать:
Тип «SF» (slowflyer)- очень легкие винты с увеличенной тяговой характеристикой, для легких моделей. Рассчитаны на низкие обороты (до 6 тыс.). Диапазон размеров от 8х3,8 до 13х4,7. Часто используются «внештатно» вместо Е-серии на моделях вплоть до1,5 кг для получения очень большой тяговооруженности (правда ценой некоторых потерь), на свой страх и риск. Имеют легкую небольшую ступицу и невысокая (по сравнению с Е-серией) прочность.
Тип «Р» (pusher) – т.н. «толкающий винт». Винт обратного вращения. Стоит заметить что на электроустановках понятие «толкающий» не особенно актуально, потому что мотор может вращаться в обоих направлениях. Ориентирован больше на ДВС.
Есть еще специализированные типы С, W и пр., но в данной статье мы их рассматривать не будем из за их специфических применений.
Примерно понимая, о каких самолетах идет речь – можно предположить, какие винты лучше использовать на аналогичных по классу и назначениях самолетах.
Теперь, понимая логику применения тех или иных винтов, мы можем подходить к следующему звену нашей цепочки – к выбору бесколлекторного электромотора…
100-300г. 2 банки (7,4в)
300-1300г 3 банки (11,1в)
1300-2000г 4-5 банок (14-18в)
2000-3000г 6 банок (22в)
3000-6000г 8-10 банок (35-40в)
свыше 6000г 10-12 и более банок
Не стоит воспринимать это таблицу слишком прямо и однозначно – это всего лишь популярные варианты – в каждом конкретном случае могут быть вариации.
Для этого придется использовать программу Motocalc.
Motocalc, и его практическое применение
Мотокалк – программа, позволяющая производить расчеты электрических мотоустановок, и анализировать полученные результаты.
Сайт программы – www.motocalc.com
Там же можно скачать демонстрационную версию, которую хватит на месяц работы. Далее, придется покупать лицензию. Замечу, что оно стоит того, т.к. цена вполне оправдывает возможности программы, позволяя сэкономить немало денег на тестовых пропеллерах и неудачно подобранных моторах.
Я не ставлю задачу написать полное руководство пользователя – они написаны без меня, и даже частично переведены на русский язык. Я попробую дать краткое изложение процесса работы, и вкратце объяснить, на что следует обратить внимание при расчетах.
Итак.
После установки, программа стартует с так называемого MotoWizzard. Видимо считается, что эта система способна дать рекомендации по мотоустановкам, но на деле логика ее работы устарела лет на 10, и мотосетапы, предлагаемые ей, актуальны разве что для эры коллекторных моторов. Поэтому, самое разумное действие – закрыть его и сразу перейти к модулю расчетов.
Для начала зайдем в «настройки», и выполним необходимые установки. Думаю, тут вопросов возникнуть не должно.
Далее, определям для себя приемлемый диапазон размеров винтов, и заполняем параметры в соответствующем разделе:
В разделе Gear ratio не указываем ничего – там закладываются передаточные отношения редуктора, которого у нас, как мы договаривались, нет.
(если же он есть, скажем, с связке с инраннером – можно туда ввести эти данные, суть расчетов не поменяется)
Вводим диапазон диаметров, и шага винтов, ( Diam – диаметр, и Pitch- шаг) или, если считаем только для винта одного конкретного размера, то заполняем левые поля, а правые оставляем пустым (как пример на иллюстрации – 18х8). Если были заданы несколько размеров винтов – мотокалк даст расчеты отдельно для всех размеров.
Размеры нескольких винтов указываются по возрастанию, слева на право, «by» – с каким ступенью в дюймах мы увеличиваем размеры.
Далее переходим к разделу аккумуляторов (Battery).
Итак, что мы имеем в разделе Motor:
Что бы не пересчитывать огромное количество моторов, стоит подробнее остановиться на способах сужения поля поиска из огромной базы, если у пользователя нет никаких отправных точек для выбора мотора. Конечно, проще и разумнее всего обратиться к статистике, посмотрев kV и мощности моторов, рекомендуемых производителями для аналогичных по классу самолетов, или ориентируясь на позиционирование мотора его производителем. К сожалению, часто рекомендации производителей далеки от оптимальных, особенно часто этим грешат производители бюджетных моделей из юго-восточной азии. Более крупные и известные производители иногда рекомендуют мотоустановку минимального уровня, которой достаточно для уверенного поддержания самолета в воздухе, но не более. Собственно поэтому, даже при четко прописанной рекомендованной комплектации к самолету от его производителя – стоит проверить их с помощью расчетов. Если таки статистика недоступна, попробуем разобраться сами, в каком диапазоне и по каким критериям стоит искать моторы для расчетов. Проще всего определиться максимально допустимыми токами (заявленной мощностью), затем примерно определить диапазон kV, который будет для нас приемлемым.
Вес самолета Типичное количество банок аккумуляторов Диапазон kV
100-300г. 2 банки (7,4в) 1000-2000
300-1300г 3 банки (11,1в) 800-1500
1300-2000г 4-5 банок (14-18в) 400-800
2000-3000г 6 банок (22в) 300-500
3000-6000г 8-10 банок (35-40в) 250-350
свыше 6000г 10-12 и более банок менее 300
Закономерность примерно такая – чем меньше винт и напряжение питания, тем более высокое kV будет оптимальными.
Теперь нужно заполнить значения в Speed Controller (регулятор оборотов), и при желании – Airframe (об этом ниже)
Параметры регулятора для расчетов особо не важны. Нужно подставить значение максимального тока, которое теоретически может возникнуть, и галочкой указать что он Brushless (т.е. для бесколлекторного мотора).
Airframe – это данные на планер самолета. Теоретически, мотокалк помимо статики способен считать и летные характеристики (т.е. самолет в движении).
Проблема в том, что этот раздел расчетов дает результаты с большими погрешностями, т.к. точно заложить всю аэродинамику самолета в столь небольшой модуль практически не возможно. В принципе, полей там не много, и думаю вопросов и их заполнение возникнуть не должно – при желании можно поэксперементировать.
Но по большом счету – нам вполне достаточно статических расчетов.
Итак все поля заполнены – можно нажимать на кнопку Compute Report и смотреть результат.
Если в каком либо разделе был указан диапазон значений (размеров винтов, и/или количество банок аккумуляторов), то мы увидим статические результаты для всех значений:
Щелкнув на интересующей нас строчке с конкретными исходными по винту и батарее, мы попадаем в более подробный отчет:
Точно такая же таблица появляется сразу после нажатия Compute Report, если мы указываем конкретный винт или батарею, без указания диапазона.
Вверху добавляется «слайдер» ручки газа (Trottle), а в таблице появляется столбец AirSpeed.
Если у нас правильно введены данные планера, с некоторой условностью (очень приблизительно) мы можем проанализировать работу мотоустановки при движении самолета. Как видно по таблице, с набором скорости самолетом начинают снижаться токи.
Первая строка – это теже статические данные (AirSpeed = 0). Регулируя «газ», можно посмотреть соответствующие изменения.
Вобщем, с теоретической частью, можно считать, мы закончили. Теперь можно тратить деньги на комплектующие нашей мотоустановки, которые, будем надеятся, были внимательно изучены в наших «виртуальных» расчетах. Если с винтами и моторами теперь все ясно, то сейчас рассмотрим, какие регуляторы (контроллеры) и аккумуляторы нам следует приобретать.
Кроме этих двух основных параметров, контроллеры различаются по наличию различных сервисных возможностей, и конструктивных особенностей. Как правило, все контроллеры имеют возможность программирования таких функций, как выбор скорость раскрутки вала («мягкую», «стандартную» и «быструю»), различные уровни напряжения автоотключения двигателя (чтобы не допустить полную разрядку аккумулятора и потерю питания для приемника и бортовых систем), включения/отключения режима тормоза (для прекращения вращения воздушного винта от набегающего потока при выключенном моторе). Часто присутствует функция программной смены направления вращения вала, звуковая сигнализация разных режимов работы, настройка таймингов, друге различные сервисные возможности. Основная масса контроллеров может программироваться с помощью пульта управления, некоторые требуют для этого специальных программаторов, или компьютера с использованием специального USB-кабеля. Следует обратить внимание на эти особенности, чтобы не оказаться в поле с самолетом, который невозможно будет настроить без специального оборудования. В целом, наличие большого количества сервисных функций удобно, но оно не является строго обязательным. Тут можно ориентироваться на собственный комфорт и толщину кошелька.
Большинство низковольтные контроллеров имеют в себе встроенную схему ВЕС (система бортового питания), однако следует знать, что его использование допускается при питании не более чем 2-3 элементами LiPo, и с нагрузкой, не превышающей 3-4 маломощных сервомашинки (формата «микро» и «субмикро»). Большая часть отказов управления на небольших самолетах связана с кратковременными сбоями в работе встроенной системы ВЕС работающей с перегрузкой, обычно принимаемой за «помехи» или неисправность аппаратуры управления. Даже использование 4 сервомеханизмов «16-граммового» типа (HS-81) на встроенной ВЕС недорогого контроллера довольно часто приводит к отказу питания через уже 3-4 минуты работы мотора при активном рулении. Если самолет весит более килограмма, и оснащен 4 сервомашинками – уже стоит использовать отдельный внешний ВЕС приемлемой мощности (3-5А). Если при этом используется контроллер со встроенной ВЕС, то для исключения конфликтов между двумя системами питания можно отсоединить плюсовой (центральный) провод от разъема контроллера, подключаемого к приемнику (именно по этому проводу от встроенного ВЕС поступает питание на приемник и бортовое оборудование). Существуют так же некоторые типы контроллеров, имеющий встроенный импульсный ВЕС большой мощности, и допускающий использование мощных сервомашинок, (а иногда и допускающие питание до 6 элементов LiPo), но это всегда отдельно оговаривается в описании контроллера, и обычно преподноситься как одно из главных достоинств. Такие контроллеры как правило имеют высокую стоимость, и оснащены большим количеством дополнительных сервисных функций. Как пример – контроллеры серии Spin фирмы Jeti.
Собственно, на этом краткий экскурс по контроллерам можно завершить. Итоговый вывод прост – для стабильной работы мотора нам важно иметь небольшой запас по току, и не превышать верхнюю границу допустимого напряжения питания контроллера. Все остальное – вопрос личных предпочтений, и пожеланий к сервисной функциональности системы. Так же, стоит быть внимательным при выбора питания борта через встроенный ВЕС.
В современных условиях разумнее всего использовать силовые батареи на основе литиевых элементов. По токоотдаче и удобству эксплуатации на больше всего подходят аккумуляторы с химией LiPo (литий-полимерные) и LiFe (литий-нанофосфатные). Остальные типы батарей ставим за рамками этой статьи, т.к. это отдельная большая тема, по которой разумно будет написать отдельную статью.
Что бы подвести некоторый итог – приведу очередную табличку наиболее популярных решений:
Вес самолета Емкость сборки/необходимая токоотдача (кол-во элементов)
130-200г 300-500мА /20-25С (2 банки)
200-300г 500-800мА /20-25С (2-3 банки)
400-600г 900-1300мА/16-20С (3 банки)
600-1300г 1500-2200мА/16-25С (3 банки)
1300-1700г 2500-3000мА/25-30С (3 банки), 16-20С (4 банки)
2000-2700г 3300-3700мА/16-20С (5-6 банок)
2500-3000г 3700-4200мА/16-20С (6 банок)
3500-5000г 3300-4000мА/16-20С (8-10 банок)
Опять же, это всего лишь типичные примеры, которые не стоит рассматривать как однозначное и безальтернативное решение.
Эксперементировать можно и нужно. А эта таблица всегда послужит нам хорошей стартовой платформой.
Теперь, когда наша мотоустановка укомплектована, пора переходить к практическим испытаниям, и анализу того, что у нас в итоге получилось.
6. Вопросы безопасности, и немного о культуре сборки.
Прежде чем запускать мотор хотелось бы еще раз предупредить о элементарных правилах безопасности. Я как то сам, несколько лет назад, был пошинкован игрушечным на вид винтом 9х6Е, с вываливанием вен из запястья, и с последующим наложением 6 швов. Если даже 2212/20 способен натворить такое – думаю, не стоит даже предполагать, что может устроить киловаттный мотор с хорошим электрическим винтом. Следует строго придерживаться нехитрых правил – включать питание только непосредственно перед запуском мотора, никогда не стоять в плоскости вращения винта, внимательно следить за посадкой винта на вал мотора и его креплением. При испытаниях больших моделей стоит производить все действия с кем либо из коллег или друзей. Никогда не оставляйте без присмотра Вашу модель и пульт управления, если в ней установлен аккумулятор. Не допускайте детей к Вашему рабочему месту, когда на нем доступны аккумуляторы, воздушные винты (Е-серией можно легко пораниться), и тем более, если на столе стоит готовый к вылету собранный самолет. Я понимаю, что это прописные истины, понятные каждому разумному человеку, и тем не менее прошу простить за занудство – лучше перебдеть.
7. Практические испытания, анализ полученных результатов.
Способов измерить максимальный ток несколько. Самый классический – это воспользоваться аналоговым или цифровым амперметром с шунтом, который с запасом сможет переварить нужный порядок тока. Прибор с диапазоном в 20-100А – штука довольно громоздкая и встречается нечасто, поэтому первая идея, которая возникает у начинающего пилота – это воспользоваться обычным мультиметром. Это более-мене применимо к легким мотоустановкам, для совсем небольших самолетов. Фирменный мультиметр с хорошими щупами как правило в состоянии справиться с токами до 10А, что приемлемо для 100-ваттного мотора, но не более. Причем полагаться на дешевые китайские модели не стоит, т.к. качество щупов и его шунта такое, что на мультиметре возникнут потери до 50-70% мощности всей мотоустановки. Если мультиметр не сгорит, то покрайней мере мотор не выйдет на полную мощность. Это было проверено не раз, на разных приборах стоимостью до 1000 рублей.
Единственный прибор, который выдал что-то похожее на результат – был приличный полу-профессиональный мультиметр, с дорогими щупами в комплекте. И то – его предел был был 10А. Для зального самолета это приемлемо. Для 500-граммового парк-флаера – уже нет.
Следующий тип приборов, который уже позволяют делать серьезные замеры – это токовые клещи. Специально отмечу, что они должны быть расчитаны на измерение постоянного тока. Есть много клещей с бюджетом от 700-800 рублей. Но они могут делать замеры только на переменном токе. От 2000 рублей начинаются приборы, способные работать и с постоянным током. Главное достоинство токовых клещей – это то, что они работают бесконтактным способом.
Приборы эти тоже более-менее универсальны – они позволяют, помимо замеров токов, использовать из в качестве несложного мультиметра (при подключении щупов).
Но для полного комплекта измерительного оборудования, к ним необходимо будет приложить оптический тахометр, который используется для настройки ДВС-моторов.
С ним я думаю вопросов не возникнет – они есть в ассортименте почти любого модельного магазина.
Как правило, у них так же есть возможность измерять пропущенные через прибор драгоценные миллиампер/часы, что при зарядке аккумулятора, что при разряде.
Например ваттметр от E-Flite имеет миниатюрные размеры, и может быть стационарно установлен даже на небольшом самолете.
Он запомнит значения максимального тока, уровень просадки напряжения аккумулятора при максимальной нагрузке, и подсчитает, сколько миллиампер было съедено мотоустановкой за полет. Похожая модель от Bantan имеет размеры покрупнее, но она позволяет в дополнение ко всем функциям следить за разбалансировкой батареи.
Стоимость таких приборов находится в диапазоне 45-60 долларов. Опять таки – к ним придеться докупать модельный оптический тахометр.
Более продвинутая система измерений – это Hyperion E-Meter V2
Этот прибор позволяет проводить все электрические измерения, содержит встроенный оптический тахометр, и может запоминать измеренные значения.
Кроме функций измерения, прибор может делать различные вычисления, его память содержит базу данных по винтам, и он даже в состоянии расчитать тягу мотоустановки.
На самом деле функционал у него огромный, и писать о нем подробно в рамках статьи нецелесообразно. Лучше зайти на сайт производителя, и посмотреть его описание..
Стоимость прибора находится в районе 100 долларов. И по сути – это будет лучшим выбором, если вам приходится часто заниматься сборкой и настройкой электрических мотоустановок.
Это небольшое устройство размером с USB-флешку, позволяющее записывать с заданным интервалом напряжение и ток (до 100А), а при подключении внешних датчиков – измерять и записывать обороты, температуру, скорость, высоту, и даже GPS-координаты. После полетов устройство моет быть подключено к компьютеру, а полученные данные изучены с помошью графиков.
В качестве полевой альтернативы компьютеру, возможно подключение внешнего дисплея (размером с пол-кредитной карточки), на котором можно выводить указанные при настройках данные, как текущие, так и пиковые значения.
Теперь, как померить тягу мотоустановки. Проще всего это решается на более-менее крупном самолете. Самолет устанавливается на ровную гладкую поверхность, к нему сзади цепляется электронный либо механический безмен, и при даче газа можно снимать показания. С небольшими самолетами сложнее. С них придется демонтировать мотоустановку, и проверять ее тяговые характеристики на отдельном испытательном стенде. Проще всего воспользоваться кухонными весами с пределом измерений в 5 килограмм. На весы устанавливается 5-литровая фляга из под питьевой воды, наполненная на 3-4 литра обычной водой. К пробке фляги прикручивается крестовина обратного крепления мотора, либо моторама, с установленным мотором и винтом, и подключенным контроллером, аккумулятором и приемником, котрые каким либо образом фиксируются на канистре (удобно делать это резиновым кольцом, или даже просто скотчем). Далее показания весов обнуляются (tare), либо при отсутствии этой возможности – записываются показания веса нашего импровизированного стенда, с неработающей мотоустановкой. После дачи газа весы начнут «разгружаться», и разницей в показаниях весов будет являться текущей тягой нашей мотоустановки. Естественно, в качестве фляги с водой может использоваться любая удобная подставка, обладающая достаточной массой, чтоб ее не сорвало с весов. Единственное требование – чтоб эта подставка не затеняла воздушный винт, и высота установки воздушного винта над поверхностью установки стенда была не менее 1,5-2 диаметров винтов, чтоб не возникало воздушного «подпора». В противном случае показания будут неточными. Одновременно с измерением тяги логично провести замеры тока, напряжения на аккумуляторе, и обороты винта.
С уважением, Кирилл Уборский (так же известный как Collapse)