|
Электрическая силовая установка для кордовой модели.
Част 3.
В прошлый раз я рассуждал о безопасности и о том, как правильно подобрать размер и мощность электродвигателя. Сегодня я буду говорить об аккумуляторах, регуляторах скорости вращения двигателей и таймерах – немного подробнее, чем раньше.
Итак, как нужно выбирать батарею?
В примере с нашим двигателем в прошлом месяце мы решили, что нам нужен двигатель, который может поддерживать скорость вращения 9800 об/мин воздушного винта 11 х 5,5.
Вы скажите: О’Кей, мне идеально подходят параметры движка Turnigy 35-42D 1000KV. – Потому что этот двигатель, по паспорту его изготовителя, при номинальном напряжении питания развивает мощность 605 Вт, имеет максимальный К.П.Д. при токе потребления от 22 до 35 Ампер и его максимальный потребляемый ток равен 40 А.
Таким образом, получается, что этот мотор будет иметь следующее число оборотов: 1000KV x 14,8 Вольт (с аккумуляторной батареей 4S) = 14800 об/мин или 1000 x 11,1 (с аккумуляторной батареей 3S) = 11100 об/мин, то есть, гораздо больше, чем нам нужно – больше запланированных нами 9800 об/мин. Регулятор скорости (ESC) может помочь замедлить вращение двигателя, но никак не сможет заставить двигатель вращаться быстрее, чем мы только что рассчитали.
Ладно, допустим, что при аналоге полностью открытого дросселя мы рассчитываем, что двигатель разовьет мощность 605 Вт, которую мы сможем-таки использовать, и выберем для этого батарею с напряжением 11,1 Вольт. Вспомним закон Ома: P = V x I, то есть, мощность равна произведению напряжения на силу тока. Тогда получается, что мощность 605 Вт = 11,1 Вольт x (Х) Aмпер. Поменяв местами члены уравнения, получаем: Ток (Aмпер) = 605/11,1 = 54,5 Ампер! Этот ток для нашего двигателя явно великоват, возьмем батарею с напряжением 14,8 Вольт, и что получим? Ток потребления двигателя (A) = 605/14.8 = 40.8 Aмпер – при аналоге «полностью открытого дросселя». Так уже лучше.
Теперь становится ясно, что нам совсем не хочется гонять двигатель при аналоге «полностью открытого дросселя», потому, что тогда скорость вращения двигателя будет равна 14800 об/мин.! Но нам-то нужно всего 9800 об/мин. Соотношение 9800/14800 составляет, в процентном выражении, 66%, а это уже означает, что у двигателя нашей авиамодели будет достаточный запас мощности с аккумуляторной батареей 4S.
Хорошо, а какова емкость этой самой батареи 4S? Проще говоря, сколько в ней Ампер-часов? Нам нужно обеспечить 6-минутный полет. 6 минут – это 1/10 доля часа. Чуть раньше мы сосчитали необходимый ток, потребляемый двигателем, он равен 40,8 Aмпер (естественно, при аналоге «полностью открытого дросселя»), а теперь выясняется, что нам нужно «открыть дроссель» всего на 66%, то есть сделать так, чтобы двигатель потреблял всего 27 Ампер (где-то около 27 Ампер, если быть точными). То есть, нужно обеспечить силу тока 27 ампер в течение одной десятой доли часа, - шести минут. Выходит, нам нужен аккумулятор емкостью всего лишь 2,7 Ампер-Часа (2700 миллиампер-часов). Но эта величина тоже достаточно условна, потому что во время полета ток потребляемый двигателем не будет оставаться постоянным – он будет то возрастать, то понижаться.
Выше я уже упоминал, по опыту известно, что авиамодель за один полет расходует приблизительно 80% своей емкости. Само-собой мы хотим, чтобы аккумуляторная батарея служила и сохраняла работоспособность как можно дольше – но чтобы при этом ее емкости хватало на весь полет.
Используя приведенное выше эмпирическое правило для расчета параметров и выбора батареи, мы должны увеличить емкость (и мощность) батареи на 20%. Простой арифметический расчет дает следующее: 2700 = 4/5, то есть, к первоначально рассчитанной емкости аккумулятора нужно добавить 675 миллиампер-часов, и мы получим в итоге необходимую емкость: 3375 миллиамер-часов.
Как Вам известно, в продаже есть аккумуляторы только с несколькими фиксированными параметрами емкости, так что выбирать придется не в точности, что нам нужно, но нечто с емкостью, как можно более близкой к нашему расчетному значению. Ближайшим значением оказывается 3300 миллиампер-часов.
И все равно, все, изложенное выше – это чистая теория. Потому, что на практике в игру вступают масса модели и параметры воздушного винта, направление и сила ветра во время выполнения полета, число выполняемых маневров и фигур пилотажа и многое, многое другое. Тем не менее, расчеты дали нам некую базовую величину, от которой можно танцевать дальше. Так, например, мне теперь достоверно известно, что модель массой 50 унций (1417гр.) при числе оборотов двигателя 9500 об/мин. в течение 6-минутного полета расходует 2200 миллиампер-часов, а это значит, что я вполне могу обойтись аккумуляторной батарей емкостью в 3000 миллиампер-час.
Подтвердить правильность теории может только практика, а в нашем случае – полет модели. Начните с аккумуляторной батареи, емкость которой соответствует Вашим (то есть, нашим) расчетам. Если потребуется, замените ее батареей меньшей или большей емкости. Как узнать, в какую сторону «сместить» емкость аккумулятора? – Очень просто, по показаниям Вашего зарядного устройства для литиевой батареи: она покажет, сколько ампер-часов нужно «дозагрузить» до полной зарядки. Другой способ точнее определить емкость аккумуляторной батареи – это измерить напряжение на ее клеммах сразу после полета, и высчитать, насколько оно упало ниже номинала, и сколько осталось.
Электронный регулятор скорости (ESC).
В настоящее время существует два типа ESC.
- Простейший ESC, который всего лишь регулирует число оборотов двигателя – причем, довольно грубо, с большим «люфтом» - и с минимальным количеством дополнительных «умных» функций. Эти приборы дешевы и подходят для несложных спортивных авиамоделей. Эти регуляторы должны обеспечивать возможность постепенно «открывать дроссель» (повышать ток в обмотке двигателя) во время полета, чтобы компенсировать падение напряжения аккумуляторной батареи и сохранить постоянную скорость полета при прохождении зачетной дистанции. Это значит, что вместе с таким простейшим регулятором скорости Вам придется использовать таймер – и с его помощью компенсировать падение напряжения батареи. Вы легко можете представить, насколько далека от идеала будет точность управления скоростью с помощью такого электронного тандема. Тем не менее, для огромного числа моделистов-любителей этого вполне достаточно и они вполне счастливы, зная, что хотя скорость модели меняется в ту или иную сторону, то лишь на очень небольшую величину. Естественно, цена таких ESC невелика – порядка 25-50 долларов США.
- Второй тип ESC – контроллер с функцией Governer. Если Вам нужно, чтобы двигатель в с е г д а имел абсолютно точное число оборотов, например 9000 об/мин, - от взлета до посадки, как в программе воздушной акробатики, то Вам нужен именно такой ESC. Управляющий режим имеется у многих ESC, так как именно такой режим используется в моделях вертолетов, то только в одном из них предусмотрена «ЛИНИЯ УПРАВЛЕНИЯ» то есть режим контроллера для трех фиксированных скоростей вращения двигателя – причем, каждую из этих трех скоростей вы можете задать самостоятельно. Этим ESC является модель Castle Creations Phoenix ICE LITE 50. Кстати, этот ESC имеет также регистратор-самописец, который поможет Вам прокрутить все изменения параметров работы двигателя во время полета, например, ток в обмотке двигателя, темп и профиль падения напряжения на клеммах аккумуляторной батареи, число оборотов двигателя, температуру и многое другое – за весь полет. Такие самописцы-регистраторы выпускаются и в виде отдельных блоков (например logger EagleTree) и могут подключаться к ESC других моделей. Факт наличия встроенного блока-регистратора повышает цену ESC на порядок по сравнению с другими. Иными словами, если Ваша модель – ВОЗДУШНЫЙ АКРОБАТ, не скупитесь, поставьте на нее ICE LITE 50. Поверьте на слово: Ваша модель стоит того!
Таймеры.
Поскольку существует два типа ESC, то и типов таймеров, используемых совместно с ними, тоже два.
- Для простых ESC нужен таймер, который является простейшим электронным аналогом дроссельной заслонки и имитирует ее м е д л е н н о е открывание от начала до конца полета; без этой несложной функции скорость полета модели будет постепенно падать – в соответствии с постепенным падением напряжения на клеммах аккумуляторной батареи.
- ESC - контроллер нуждается в подаче постоянных сигналов управления аналогом дроссельной заслонки – потому что скоростью вращения двигателя такие ESC управляют самостоятельно. Тем не менее, ESC контроллер, как я уже говорил выше, может поддерживать три заданные пользователем фиксированные скорости вращения двигателя. Таймер тоже можно регулировать – и тем самым легко менять число оборотов двигателя – либо простым изменением положения переключателей в многоканальном матричном ДИП-переключателе, либо вращением прецизионного переменного резистора в прямоугольном корпусе, как на рисунке. Я не буду вдаваться в подробные и занудные пояснения насчет того, как это все работает, скажу проще: можно выбрать соответствие одному из трех положений дроссельной заслонки – высокооборотное, среднее и низкооборотное.
Так что вам обязательно придется выбрать для своего электронного регулятора скорости подходящий по типу и сложности таймер.
Что до меня, то я пользуюсь таймером фирмы «Уилл Хьюбин» (Will Hubin Timer). Есть и другие, столь же удобные, например фирмы ZTRON, но я сохраняю верность «Уиллу Хьюбину» - он мне нравится за то, что постоянно совершенствуется. Для простых ESC Вам лучше других подойдет модель таймера FM-0c этой фирмы. Он позволяет регулировать число оборотов двигателя в пределах от 50% до 100% номинальной (паспортной) частоты вращения и время полета от 1 минуты 45 секунд до 6 минут. И то, и другое можно быстро и просто отрегулировать прямо на летном поле – вращая верньер регулятора. Для ESC контроллеров Вам потребуется таймер модели FM-2. В нем предусмотрена регулируемая задержка времени, дающая вам запас времени, во-первых, достаточный чтобы добежать до ручки управления, во-вторых, задать продолжительность полета и в-третьих, график переключения между тремя фиксированными скоростями вращения двигателя с помощью ESC модели Castle ICE. Этот таймер также можно запрограммировать для работы с ESC нескольких других марок. Цена таймера обычно колеблется в пределах 15-20 долларов США.
Кстати, о НОВИНКАХ:
Уилл Хьюбин приступил к выпуску Универсальной системы управления полетом FM-9 (Universalflightmanagersystem). Вот что говорит об этой системе сам Уилл: Система представляет собой миниатюрную, сверхлегкую печатную плату, устанавливаемую на авиамодели, и программатор – блок дистанционного программирования, с помощью которого можно задавать разнообразные полетные параметры – почти для всех существующих типов электронных регуляторов скорости и для всех режимов полета. Миниатюрная печатная плата имеет шестиполюсный стандартный разъем для подключения к программатору, из шести контактов разъема три служат для подключения таймера к ESC после завершения программирования. Единственные электронные компоненты на печатной плате - это микроконтроллер и кнопка запуска таймера (или контактные площадки для подпайки проводов, для удаленной стартовой кнопки). Весь программатор помещается в небольшой пластмассовой коробочке белого цвета размером 63 х 102 х 38 мм. С ее помощью можно задать следующие параметры: продолжительность полета модели - с точностью до секунды от 1 минуты до 9 минут 59 секунд), время задержки (с момента выдачи двигателем подтверждающей «метки») от 2 до 59 секунд, режим регулятора скорости и фиксированное число оборотов.
Программатор имеет встроенные калибровки для установки фиксированного числа оборотов в регуляторах скорости Phoenix, SchulzeF2B, JetiSpin и Hacker, так что пользователь имеет возможность выбирать необходимую скорость вращения двигателя для того или иного полета (при условии, что выбранное Вами сочетание «двигатель/батарея/ESC» позволяет напрямую задавать то или иное число оборотов перед полетом и регулировать его во время полета в пределах 50-100% выбранного числа оборотов, но при этом важно помнить, что только этот программатор обеспечивает исключительную точность выбора параметров, а также исключительную их повторяемость или воспроизводимость, так что можно, в частности, в любой момент вернуться к тем значениям скорости вращения двигателя, которые были подобраны ранее для различных погодных условий во время полета). Пользователь может по своему усмотрению увеличить или уменьшить фиксированное число оборотов на величину, соответствующую изменению положения дроссельной заслонки на 0,5 или на 1% (ступенчатая регулировка, 200 ступеней в диапазоне 0-100%). Если же программатор используется совместно с несложным ESC, в котором отсутствуют функции программирования и фиксированного числа оборотов, то можно запрограммировать в таймере конкретное положение дроссельной заслонки (в пределах от 15% до 100%) и задать режим компенсации разряда аккумуляторной батареи во время полета (15 различных «типичных» профилей компенсации падения напряжения батареи).
Цена программатора – 75 долларов США, плата таймера FM-9, устанавливаемая на авиамодели, стоит всего 8 или 10 долларов (за 10 долларов – с выносной стартовой кнопкой).
На этом я заканчиваю свое повествование в трех частях об электрической силовой установки для кордовых авиамоделей. Надеюсь, что кому-то эта информация принесет пользу, а кому-то позволит сделать первый шаг в данном направлении.
Автор: Warren Leadbeatter wazzaj@tpg.com.au AUS-14782 15.03.2010
Перевод: Алексей Игоревич Поперечный.
Обсудить на форуме
|
