Электрическая силовая установка авиамодели –
простейшие расчеты и практическая реализация.
Оглавление
Моторы
Что бы не раздувать статью до уровня многотомного труда, я хочу сразу опустить упоминание некоторые типов двигателей и нюансы их использования. Мы будем рассматривать бесколлекторные двигатели с внешним ротором – они составляют около 95% самолетных электромоторов, а расчеты редуцированных мотоустановок с двигателями с внутренним ротором (инраннеры) имеют те же принципы, что и расчеты аутраннеров, лишь с небольшими нюансами.
В целом, приведенные способы расчета на практике проверенно работают в диапазоне мотоустановок от 50 до 2500 ватт. Честно признаюсь, расчеты для микросамолетов весом в 100-150 грамм не всегда совпадали с практическими замерами (вернее, совпадали, но наилучшие результаты получались эмпирическим подбором компонентов, иногда в противоречие расчетам), а расчеты свыше 2,5квт мне не удавалось ни проверить, ни подтвердить, хотя у меня есть надежда, что они будут тоже верны.
В целом, адресуя статью скорее начинающим строителям и пилотам, думаю, что их запросы будут удовлетворены диапазоном мощностей в 50-2500 ватт. Итак.
Какие параметры БК мотора нам нужно знать, чтоб подобрать необходимую модель?
Первое – максимально допустимый ток, который мотор в состоянии безболезненно переварить. Если в процессе работы это значение будет превышено – мотор попросту сгорит. Если ток в предельных режимах работы будет существенно ниже – значит мы не до конца «нагружаем» двигатель, и попросту не используем его потенциальные возможности.
Иногда в описании присутствует параметр «рабочий ток», или «ток максимального КПД» - это как раз тот диапазон токов, при котором мотор используется максимально эффективно. Если этот параметр не указан – значит его значение лежит где-то в районе 80-90% от максимально допустимого тока в предельных режимах работы.
Сразу отмечу, что в 99% случаев под предельным режимом подразумевается работа мотоустановки на 100% газа в статическом состоянии (грубо говоря - на самолете, который стоит на земле и удерживается руками). Более тяжелого режима для самолета подобрать сложно - попробуйте свой автомобиль привязать к дереву и попробовать как следует погазовать, будучи на первой передаче... Неизвестно кто кого победит, но я уверен, что для мотора и трансмиссии это будет куда более суровым испытанием, чем езда на максимальной скорости или светофорные гонки. Слава богу, для самолета с воздушным винтом такое испытание менее вредно... В любых других условиях – полет на максимальной скорости, висение и фигуры пилотажа – нагрузка на мотор и протекающие в нем токи будут ниже. Об этом надо помнить.
Второй параметр – это количество оборотов на вольт, или kV. Оно обозначает, сколько оборотов в минуту делает вал мотора без нагрузки (без винта), на каждый вольт поданного на него напряжения (аккумуляторной батареи). Попросту говоря, если на мотор с kV=1000 подать 7 вольт, то он будет без винта вращаться со скоростью 7000 об/мин. Если подать 11 вольт – то 11000 об/мин.
Внимательный читатель сразу заметит практическую сторону этого параметра. Действительно, если с мотором с kV = 1000 и аккумулятором 7,4в абстрактный винт заставить вращаться со скоростью 5000 об.мин, то для мотора с kV=500 для достижения тех же оборотов придеться использовать аккумулятор в 14,8 вольт. Замечу сразу, что в этом примере мы не говорили о разнице в токах! Об этом будет ниже, куда более серьезно...
Третий параметр – внутреннее сопротивление обмоток. Оно сильно влияет на КПД нашего мотора, и на его токопотребление. Обычная единица измерения – мОм, но иногда у некоторых производителей и в некотрых таблицах эту единицу подменяют например кОм-ами или Ом-ами, просто сдвинув запятую в сторону. Это не должно сильно пугать, достаточно посмотреть в параметр похожего мотора, что бы понять куда следует сдвигать запятую в числе, чтоб привести данные к принятому нами стандарту.
Теперь, как применять имеющиеся параметры. Ставим задачу – вращать определенный винт с нужными оборотами (т.е. получая необходимую тягу и скорость потока), не выходя за пределы допустимого для мотора тока, и обеспечивая нужное время работы мотоустановки (обычно 7-10 минут). Все это мы должны рассчитать, исходя из возможностей использовать те или иные аккумулятор (сборку), укладываясь в допустимый вес и бюджет.
Логика расчетов электродвигателя
Мы примерно оцениваем, какое питание мы можем обеспечить для мотора, исходя из веса и размеров модели, и имея уже два более-менее понятных нам компонента (винт и напряжение питания) – ищем последнее «неизвестное» - мотор. Используя более высокое напряжение, мы уменьшаем потребляемые токи при одинаковой потребляемой мощности, но проигрываем в весе аккумуляторов из за большого количества банок.
Применяя низкое напряжение питания – мы экономим на количестве банок аккумулятора, но поднимает токи и соответственно емкость и токоотдачу аккумуляторов (опять же – вес немного растет). Опять же компромисс. Единственно, этот компромисс имеет устойчивую тенденцию - чем больше вес самолета и необходимая мощность мотоустановки, тем большее напряжение эффективнее всего использовать.
Приведу примеры наиболее популярных решений, от которых можно отталкиваться:
Вес самолета |
Типичное количество банок аккумуляторов |
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.
Итак, у нас есть подобранные винты в небольшом диапазоне допустимых размеров, и есть пробный вариант с питанием мотора. Теперь нам остается подобрать мотор с нужным kV и с необходимой мощностью (переваривающий необходимый максимально допустимый ток при заданном нами напряжении).
Для этого придется использовать программу Motocalc.
Обсудить на форуме
|
