Электрическая силовая установка авиамодели –
простейшие расчеты и практическая реализация.
Оглавление
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»!
Воздушные винты.
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.
Самое простое – исследовать статистику, и рассмотреть размеры винтов, рекомендуемых известными и проверенными производителями самолетов (изобретение своего велосипеда – не всегда благодарное занятие).
Если по каким либо причинам такая статистика недоступна, можно принять примерную зависимость, исходя из размера самолета, что бы определить отправную точку для дальнейших размышлений. Для большинства пилотажных самолетов среднего и большого размера (больше 1,5 м) диаметр винта для начала расчетов можно взять как 1/4 от размаха крыла, или чуть (на дюйм) больше для самолетов небольшого размера (1-1,3м).
Действительно – если посмотреть на самые популярные самолеты с устоявшейся комплектацией, то диаметры винтов будут выглядеть примерно так:
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.
Шаг винта - определяет в большей степени скорость потока воздуха, отбрасываемый от винта (хотя и влияет на статическую тягу мотоустановки тоже, правда в меньшей степени).
Образно говоря – с какой скоростью можно будет двигать поднятый статической тягой груз, и до какой скорости можно разогнать самолет в горизонтальном полете. Второе важное влияние, оказываемое шагом винта - это скорость потока, которым будут обдуваться рулевые поверхности. Т.е от нее сильно зависит скорость реакции самолета на рули, особенно хвостовые. Попадая в крайности можно получить абсурдные ситуации, при которых, например, самолет, обладающий огромной статической тягой, сможет держать на висении привязанный утюг, но не сможет двигаться из отсутствия достаточного потока от винта. И наоборот.
Соответственно, большая тяговая вооруженность важна при выполнении вертикальных фигур и элементов 3Д-пилотажа. А для скоростных самолетов, гонок, бойцовок – большее влияние оказывает скорость потока и тяга играет уже второстепенное значение.
Самолеты, летающие современные пилотажные комплексы, содержащие много вертикальных составляющих - должны обладать обоими свойствами с приличным запасом. Конечно, иметь запас и по тяге и по скорости потока - хорошо для любого самолета, но ввиду разных причин одновременно не всегда это можно заложить в мотоустановке – это один из серьезных компромиссов, на которые придется пойти при наших расчетах…
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 «Е» (electro) - классические пилотажные винты для электромоторов. Самый распространенный тип, для оборотов 6-8 тыс, небольшой массы, с прочной ступицей. Размерности - почти любые.
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 до 1,5 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.
Тип «F» (folding)- складной винт (вернее - комплект лопастей, для установки на специальную муфту – «хаб») как правило, для моделей планеров.
Есть еще специализированные типы - С, W и пр., но в данной статье мы их рассматривать не будем из за их специфических применений.
В наших расчетах мы будем в основном опираться на тип Е и тип SF – как на наиболее часто применяющиеся универсальные винты.
Тип Е применяется почти на любых типах самолетов, от маленьких «летающих крыльев», до спортивных пилотажных самолетов 2 метра размахом и даже выше.
Тип SF, штатно – на легких, медленно летающих моделях, преимущественно 3D, «не штатно» - на 3D самолетах размахом до 1300мм и весом до 1,5кг. Забегая вперед скажу почему – SF обладает тяговым коэффициентом в 1,5-2 раза более высоким чем E-серия. Но при этом нагрузка на мотор так же вырастает в 1,5-2 раза.
И в большинстве случаев потери КПД тоже растут. Но это мы рассмотрим чуть ниже.
А пока приведу несколько примеров винтов на вполне конкретных и известных всем самолетах:
- Click (150-граммовый зальный самолет) – 8x3,8SF, 8x4,7SF
- Zoom/Super Zoom/Flash/Sniper (под 3D) – 10х3,8SF, 11х3,8SF
- Hyperion Helios-10 - 9х6Е, 10х5Е, 11х5,5Е
- Sebart Katana 30E - 13х4Е, 13х6Е, 14х7Е
- Pilotage Hotpoint 40 – 15x10E,16x8E
- Sebart Angel’s 50E – 16х8Е, 16х10Е
- Pilotage Katana 50EV2 – 16x8E
- RCF Extra 260 26cc – 18x8E
- Sebart Katana 120 - 20x10E
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…
Обсудить на форуме
|
