Электрическая силовая установка авиамодели –
простейшие расчеты и практическая реализация.
Оглавление
Практические испытания, анализ полученных результатов.
Теперь, когда мотоустановка скомплектована, разъемы напаяны – у вас есть 2 пути.
Первый, и самый простой – установить все на самолет, и опробовать мотоустановку в реальных условиях. Если вас устраивает полученные летные характеристики, замерьте для очистки совести максимальный ток, и если он не превышает допустимые значения, то можно приступать к повседневной эксплуатации. Если приборов для измерения тока под рукой нет, можно дать поработать мотору 8-10 секунд на максимальном газу, и потрогать ротор руками на предмет его нагрева – если на нем можно удержать руку хотя бы 3-4 секунды – самолет можно эксплуатировать.
Второй путь для тех, кому мало летных испытаний, и кто хочет разобраться в сути процесса и точности расчетов - нужно проконтролировать максимальный ток в статике, обороты винта, и тягу мотоустановки. Для особо щепетильных – проверить все это на разных режимах работы мотора. Для этого я предлагаю ознакомиться с нехитрыми приспособлениями для наших измерений.
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-менее 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 полупрофессиональный 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 рассчитаны 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 их 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.
Следующий класс – это специализированные приборы для измерений параметров электрических мотоустановок. Т.е. прямо то, что нам нужно.
Пользоваться ими очень удобно, а главное – что их цена как правило не превышает стоимость комплекта хороших токовых клещей, а возможности - куда шире. Самое простое, что можно привести в пример – это модельные ваттметры. Они позволяют измерять как напряжение, так и ток, будучи включенными в цепь питания, и вычислять потребляемую мощность.
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 придется 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 рассчитать 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.
Последняя серия приборов, которую я хотел бы рассмотреть - это т.н.«логгеры».
По сути, это бортовой самописец, который считывает параметры с датчиков, и записывает их с заданным промежутком в память.
Самый наглядный и распространенный представитель этой серии - MicroPower E-Logger.
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 помощью графиков.
В качестве полевой альтернативы компьютеру, возможно подключение внешнего дисплея (размером с половинку кредитной карточки), на котором можно выводить указанные при настройках данные, как текущие, так и пиковые значения.
Памяти прибора хватает для записи 3-4 параметров (с периодичностью 2 замера в секунду) - практически на весь полетный день.
Кроме электролетов, я устанавливаю такой прибор даже в бензиновый самолет – он контролирует температуру мотора, измеряет обороты, и считает потребляемые миллиамперы бортового аккумулятора. Очень удобная бортовая система, причем стоящая вполне вменяемых денег – около 120 долларов в комплекте с дисплеем, и датчиками оборотов и температуры.
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.
Теперь посмотрим на полученные результаты. Если измерения, полученный нашим практическим путем совпадают с расчетами в мотокалке с погрешностью хотя бы в 3-5% - значит все компоненты были идеально подобраны, аккумуляторы свежие, константы винтов указаны верно, и вообще, все сложилось крайне хорошо. Поздравляю!
Но не всегда практические результаты совпадают с расчетами. Давайте проанализируем, в чем может быть причина несоответствия.
- Токоотдача аккумулятора может быть ниже расчетной. Посмотрите на напряжение сборки под нагрузкой при испытаниях. Насколько оно отличается от расчетного? Попробуйте заменить аккумулятор на более свежий или с большей токоотдачей.
- Константы винтов могут быть заданы неверно. Если обороты воздушного винта совпадают с расчетными, а тяга отличается – значит дело точно в этом. Если обороты отличаются, то проверить константы можно таким способом - регулируя газ на испытаниях, и подгоняя положение движка газа в итоговой таблице мотокалка, добейтесь совпадения оборотов. Замерьте реальную тягу мотоустановки, и сравните ее с расчетным значением для тех же оборотов в мотокалке. Подбирая значение Т-константы добейтесь совпадения значений как по оборотам, так и по тяге. (Запомните или запишите значение скорректированной константы – теперь для этого винта у вас точно вычисленное значение для будущих испытаний.). После приведения константы в реальному значению, любые другие несовпадения расчетов будут носить уже чисто «электрический» характер.
- Если после вышеперечисленных мероприятий значения по токам и оборотам не совпадают, то вероятнее всего, kV или внутренне сопротивление нашего мотора не совпадает с заявленными. Такое часто случается, особенно с моторами малоизвестных азиатских производителей. Проверить kV несложно – на вал мотора вместо винта надевается плоская пластинка, на мотор подается питание известного значения, и тахометром измеряются обороты. Остается лишь разделить значение оборотов на питающее напряжение. Способ не самый точный, но достаточный для оценки погрешности в описании мотора.
Заключение.
Таким образом, теперь у нас есть набор необходимых представлений и инструментов, позволяющий самостоятельно подбирать, рассчитывать и испытывать мотоустановки на основе бесколлекторных электромоторов.
Надеюсь, данная статья окажет практическую помощь начинающим конструкторам и пилотам. Искренне рассчитываю, что более опытные коллеги простят мне некоторые неточности, и намеренное опущение некоторых аспектов – охватить все нюансы в рамках данной статьи просто невозможно.
Я ставил задачу задать направление, в котором следует двигаться начинающим пилотам в своих изысканиях , а все тонкости и мелкие нюансы будут познаны в практических занятиях и по мере наработки опыта. Спасибо всем, кто смог прочитать статью до конца!
С уважением,
Кирилл Уборский (так же известный как Collapse)
Обсудить на форуме
|
