Електрична силова установка авіамоделі -
найпростіші розрахунки і практична реалізація.
Що б не роздувати статтю до рівня багатотомної праці, я хочу відразу опустити згадка деякі типів двигунів і нюанси їх використання. Ми будемо розглядати безколекторні двигуни із зовнішнім ротором - вони становлять близько 95% літакових електромоторів, а розрахунки скорочених мотоустановок з двигунами з внутрішнім ротором (інраннери) мають ті ж принципи, що і розрахунки аутраннеров, лише з невеликими нюансами.
В цілому, наведені способи розрахунку на практиці перевірено працюють в діапазоні мотоустановок від 50 до 2500 ват. Чесно зізнаюся, розрахунки для мікросамолетов вагою в 100-150 грам не завжди збігалися з практичними вимірами (вірніше, збігалися, але найкращі результати виходили емпіричним підбором компонентів, іноді в протиріччя розрахунками), а розрахунки понад 2,5 кВт мені не вдавалося ні перевірити, ні підтвердити, хоча у мене є надія, що вони будуть теж вірні.
Які параметри БК мотора нам потрібно знати, щоб підібрати необхідну модель?
Перше - максимально допустимий струм, який мотор в стані безболісно перетравити. Якщо в процесі роботи це значення буде перевищено - мотор просто згорить. Якщо струм в граничних режимах роботи буде істотно нижче - значить ми не до кінця «навантажуємо» двигун, і просто не використовуємо його потенційні можливості.
Іноді в описі присутній параметр «робочий струм», або «ток максимального ККД» - це якраз той діапазон струмів, при якому мотор використовується максимально ефективно. Якщо цей параметр не вказано - значить його значення лежить десь в районі 80-90% від максимально допустимого струму в граничних режимах роботи.
Відразу зазначу, що в 99% випадків під граничним режимом мається на увазі робота мотоустановки на 100% газу в статичному стані (грубо кажучи - на літаку, який стоїть на землі і утримується руками). Тяжчого режиму для літака підібрати складно - спробуйте свій автомобіль прив'язати до дерева і спробувати як слід погазовать, будучи на першій передачі. Невідомо хто кого переможе, але я впевнений, що для мотора і трансмісії це буде куди більш суворим випробуванням, ніж їзда на максимальній швидкості або світлофорні гонки. Слава богу, для літака з повітряним гвинтом таке випробування менш шкідливо. У будь-яких інших умовах - політ на максимальній швидкості, висіння і фігури пілотажу - навантаження на мотор і протікають в ньому струми будуть нижче. Про це треба пам'ятати.
Другий параметр - це кількість оборотів на вольт, або kV. Воно позначає, скільки оборотів в хвилину робить вал мотора без навантаження (без гвинта), на кожен вольт поданого на нього напруги (акумуляторної батареї). Попросту кажучи, якщо на мотор з kV = 1000 подати 7 вольт, то він буде без гвинта обертатися зі швидкістю 7000 об / хв. Якщо подати 11 вольт - то 11000 об / хв.
Уважний Новомосковсктель відразу помітить практичну сторону цього параметра. Дійсно, якщо з мотором з kV = 1000 і акумулятором 7,4В абстрактний гвинт змусити обертатися зі швидкістю 5000 об.мин, то для мотора з kV = 500 для досягнення тих же обертів придеться використовувати акумулятор в 14,8 вольт. Зауважу відразу, що в цьому прикладі ми не говорили про різницю в токах! Про це буде нижче, куди серйозніше.
Третій параметр - внутрішній опір обмоток. Воно сильно впливає на ККД нашого мотора, і на його токопотребление. Звичайна одиниця виміру - мом, але іноді у деяких виробників і в некотрих таблицях цю одиницю підміняють наприклад кОм-ами чи Ом-ами, просто зрушивши кому в сторону. Це не повинно сильно лякати, досить подивитися в параметр схожого мотора, що б зрозуміти куди слід зрушувати кому в числі, щоб привести дані до прийнятого нами стандарту.
Тепер, як застосовувати наявні параметри. Ставимо завдання - обертати певний гвинт з потрібними оборотами (тобто отримуючи необхідну тягу і швидкість потоку), не виходячи за межі допустимого для мотора струму, і забезпечуючи потрібний час роботи мотоустановки (зазвичай 7-10 хвилин). Все це ми повинні розрахувати, виходячи з можливостей використовувати ті чи інші акумулятор (складання), вкладаючись в допустима вага і бюджет.
Логіка розрахунків електродвигуна
Ми приблизно оцінюємо, яке харчування ми можемо забезпечити для мотора, виходячи з ваги і розмірів моделі, і маючи вже два більш-менш зрозумілих нам компонента (гвинт і напруга живлення) - шукаємо останнім «невідоме» - мотор. Використовуючи більш високу напругу, ми зменшуємо споживані струми при однаковій споживаної потужності, але програємо у вазі акумуляторів з велику кількість банок.
Застосовуючи низька напруга живлення - ми економимо на кількості банок акумулятора, але піднімає струми і відповідно ємність і токоотдачи акумуляторів (знову ж таки - вага трохи зростає). Знову ж компроміс. Єдино, цей компроміс має стійку тенденцію - чим більше вага літака і необхідна потужність мотоустановки, тим більша напруга найефективніше використовувати.
Наведу приклади найбільш популярних рішень, від яких можна відштовхуватися: