Эффективность и относительный КПД электрического вертолета

В заметке про “формулу счастья” был приведен коэффициент 3.8, позволяющий по вертолетному числу H оценить время полета летательного аппарата (ЛА). Этот коэффициент был рассчитан для идеализированной модели вертолета с относительным КПД пропеллеров 50% и КПД электропривода 95%, что является довольно высокими показателями. Более точно этот расчетный коэффициент равен 3.8268. Если вы уверены, что КПД аппарата, который строите, будет сопоставим с приведенными цифрами (например, знаете характеристики аналогов), то такая оценка может быть вполне приемлема. Но это не всегда так. Например, для моделей обычных электрических вертолетов (не мультикоптеров) такая оценка оказывается завышенной.

С другой стороны, если аппарат уже построен и летает, можно оценить его эффективность как отношение фактического времени полета (висения) к вычисленной величине H, которая характеризует потенциал ЛА. Чем больше величина этого отношения, тем выше эффективность.

Итак, формулы такие:

Здесь

H - вертолетное число;
MAH - емкость батареи (батарей) в миллиампер-часах;
S - количество последовательно соединенных банок батареи;
D - диаметр пропеллера в дюймах;
N - число пропеллеров;
P - полетный вес аппарата в граммах;
EH - эффективность вертолета;
T факт - фактическое время полета (висения) в минутах.

В таблице приведены данные для некоторых летательных аппаратов (кликабельно).

Идеальный вертолет - это ЛА с винтами, имеющими относительный КПД 100%, и КПД электропривода также 100%, что, конечно, недостижимо. Значение эффективности реального вертолета всегда будет меньше эффективности идеального, то есть меньше 8,06. В таблице приведена также относительная эффективность в процентах по отношению к эффективности идеального вертолета.

Не следует путать обсуждаемую здесь эффективность EH и эффективность пропеллера (обычно оценивают в граммах на ватт). Это связанные вещи, но не одно и то же. С другой стороны, приведенные в таблице значения относительной эффективности можно назвать относительным КПД вертолета, который представляет собой произведение относительного КПД пропеллера и КПД силовой установки.

P. S. Приведенные в таблице данные по эффективности традиционных вертолетов (не мультикоптеров) объясняют, почему в последнее время для решения прикладных задач (фото и видеосъемка в первую очередь) используют мультикоптеры. Они более эффективны. При том, что обычный вертолет обладает преимуществом по геометрическим характеристикам - при одинаковом габарите площадь, ометаемая несущим винтом одновинтового (тем более винтами двухвинтового соосного) вертолета, больше, чем у мультикоптеров. На низкую эффективность традиционного вертолета, по-видимому, влияет неоптимальная форма несущего винта. У мультикоптеров используются пропеллеры фиксированного шага, аэродинамическое качество которых выше. Наличие трансмиссии (редуктора) тоже не увеличивает КПД вертолета. Вертолетики маленькие, конечно, но и разница в эффективности очень велика.

Комментарии модерируются