Электродвигатель outrunner в воде
…для чего это нужно
Вот самый главный вопрос. А может я что-то пропустил?
Поделюсь своим опытом. Вставил в кулер от Б.П. компа самодельный аутранер ватт на 60, сунул в воду - тяга приличная, для моих целей хватает. Охлажление - сами понимаете - идеальное!А вот, регуль пыхтит и плачет!
Надо бы помощнее, с запасом процентов на 300! А то и более! Пусть КПД падает, зато дёшево и радует.
P.S. Надеюсь, щучка мой катерок не победит!
На отдыхе забивать голову и чистить нос (ковырянием) мне ничего не мешает, это не руками что-то делать…)
Для чего нужно. Моя цель - определиться с приводом подводного аппарата. На настоящий момент есть три варианта:
- Безколлекторный аутранер, погружённый в воду.
- Он же в воздушной капсуле с герметизацией через торцевое уплотнение.
- С герметизацией через магнитную муфту.
Все три варианта имеют разную себестоимость и эффективность. Так как у варианта №1 себестоимость нулевая, решил начать с него. Дополнительный вопрос - сможет ли он долго проработать, в том числе с заменой подшипников качения на подшипники трения и промазки водонепроницаемым лаком всех проводов.
Требуется определить, каковы потери энергии на работу двигателя без нагрузки. Именно сравнением потерь на работу без нагрузки в воздухе и в воде я и занялся. Далее в планах сделать то же самое для торцевого уплотнения и, если ещё будет актуально, для магнитной муфты.
А если попробовать от “печки”? т.е. для начала оценить сам подводный аппарат, его планируемое водоизмещение, длину, желательную скорость движения, прикинуть сопротивление, а потом уже и подбирать мотоустановку, а то станет очевидно, что моторы с KV более 300, просто не нужны, все эти эксперименты в пустую. Просил же измерить сопротивление мотора, нарисовал бы Вам графики для Вашего мотора и в воздухе и в воде. Не бывает абстрактной мотоустановки, она всегда конкретная, под конкретный аппарат и условия движения. Оценочные расчеты можно посмотреть у Сахновского 4 глава, одна таблица (у меня стр.5) всего 3 формулы. Считаем относительную скорость от длины (Фруд), сопротивление через водоизмещение и качество (качество см. график на стр.3, можно принять 20 сильно не ошибемся), и определяем необходимую мощность двигателя. Дальше будем подбирать винт с Ш/Д примерно 0,8-1 и мотор с необходимыми оборотами.
Просил же измерить сопротивление мотора, нарисовал бы Вам графики для Вашего мотора и в воздухе и в воде
Ну так я же измерил - 0.3 Ома (пост 24.05.2013 19:12)
Прикинуть сам аппарат не могу потому, что неясны габариты мотоустановки. То ли это просто двигатель, то ли герметичная капсула с редуктором внутри. Если уж делать редуктор, то с большим передаточным числом, а это тоже габариты.
Наиболее оптимальная (распространённая) форма это центральная капсула с видеокамерой и электроникой, по бокам от неё два маршевых движителя и третий движитель для задирания/опускания носа. Например гном микро www.gnom-rov.ru/products/gnom-baby/
Аппарату надо преодолевать течения (в реках они бывают значительны) и таскать кабель с поверхности. В идеале хорошо, если бы он был достаточно подвижным, чтобы отпустить его недалеко от берега и гонять под водой, пока хватает кабеля. Ну как обычно, лишней мощи не бывает…
Ну так я же измерил - 0.3 Ома
Тогда для 11.1В ток максимального КПД для этого мотора всего 6,3А , если он без нагрузки в воде потребляет 12А то использовать его в таком режиме нельзя, так как, даже ток с тем не большим винтом в 20А, превышает максимальный рабочий ток в 18А, после которого все энергия идет просто в тепло и КПД мотора не более 40%.
Прикинуть сам аппарат не могу потому, что неясны габариты мотоустановки
Габариты мотоустановки (вес), наверняка будут, не большими (не основными), с какой скоростью течения собираетесь бороться? На вскидку (предполагая) мощность мотора потребуется не более 10Ватт (тем более их планируете два). C Kv не более 300, таких аутраннеров не бывает, тогда либо только тихоходный коллекторник, либо обязательное наличие редуктора, тогда все испытания оутраннера теряют смысл.
Еще рекомендую найти книгу, “Подводные буксируемые системы” автор Егоров.
По ней можно более точно оценить сопротивление будущего аппарата, включая сопротивление кабеля.
C Kv не более 300, таких аутраннеров не бывает
Только готовых и маломощных таких не делают. Но принципиально его получить все же возможно. вот к примеру паракиловатт при 650 гр. веса, или еще породистее на любимом ХК, этот вообще сможет толкать реальный “пароход” )) …
Короче говоря под нашу задачу, определенно готового не купить, нужно перематывать моторчик, добавлять витков, поднимать момент на валу, одновременно снижая обороты и потребление.
Только готовых и маломощных таких не делают.
XM4005TE-29, 370об/в 52гр
Надо смотреть среди новых “шайб” для коптеров.
Они как раз низкооборотные и у них мощность за счет момента.
Надо смотреть среди новых “шайб” для коптеров.
Про шайбы известно, особенно “веселые” не для самих коптеров, а для подвесов камер(Gimbal) типа 5010 для них KV не принято даже писать… пишут только витки 120/150, другое дело что этот же размер с 15 витками имеет КВ 360 … что происходит на 150 витках ума не приложу…
Да дело совсем не в граммах, для подводной лодки граммы это только в плюс. Пример по Сахновскому, берем лодку, длина 0.5м, водоизмещение 3 кг. скорость 2 м/с (хотя как на такой скорости через камеру смотреть хм.) получаем необходимую мощность 13 ватт. Для скорости 1 м/с 7 ватт. Да поделить на два мотора!!! Если посмотреть на кривую КПД любого двигателя, то увидим резкое падение в области недогрузки, т.е. недогруженный мощный мотор, будет иметь очень низкий КПД. Причем эти 13 ватт надо будет иметь с оборотами около 1000-2000 (КВ 100-150). Вот тут и направление поисков.
скорость 2 м/с (хотя как на такой скорости через камеру смотреть хм
Полностью соглашусь… ИМХО 0.5м/с это реальный максимум скорости… на него и надо ориентироваться. Даже в относительно прозрачной воде проблема что то увидеть… яркие прожектора только ухудшат ситуацию (как дальний свет на авто в туман - “стена света”). Так что скорость минимальна… упор да, важен… но это = большие винты и малые обороты.
Требуемые характеристики уточнены. Речка рядом с дачей родителей (р. Белый Ильмень, Астраханская обл.) имеет ширину около 80 м, глубину в 13 м, плюс ямы, то есть до 20м стоит рассчитывать. Течение достаточно сильное - чтобы двигаться по берегу с такой же скоростью, надо очень быстро шагать или даже медленно бежать. Скорость пешехода, как известно, 7 км/ч или 2 м/с. Нормальная крейсерская скорость должна быть в два раза больше, иначе будет мучительно двигаться вверх по течению. Да и на глубине течение обычно выше. Так что требуемый минимум это от 3 м/с.
Касательно видимости - на подводной лодке это не на вертолёте по лабиринту летать, где любое столкновение означает реальные затраты и конец полётам. Так что нестрашно, хотя вода конечно мутная. На глубине от 10 м всегда был вечный мрак, оттого и интересно глянуть, что там происходит…)
ЗЫ Это заурядная речка, таких десятки, а хотелось бы и по Волге поплавать…
Да и на глубине течение обычно выше. Так что требуемый минимум это от 3 м/с.
продолжаю испытывать глубокий пессимизм от перспективы таких скоростей в мутной воде… ИМХО анрил! Это не прибрежные съемки в экваториальной зоне по каналу Дискавери.
Советую, пока не увяз в проекте, попробовать поснимать хотя бы привязав камеру к швабре и поводив в реальной воде с такой скоростью…
РЕально в мутной воде это движение наугад, когда полностью неизвестно где находишься куда смотришь, что видишь.
Да мутная вода не причем, вы попробуйте в кристально чистой воде с ориентироваться. Когда нет горизонта, и точек привязки. все кругом одинаковое, только дно. Делали подводную камеру для поиска затонувшей модели. Опустили с лодки, два часа крутились на одном месте. Совершенно не понятно куда двигаться, где север, юг? А против течения надо двигаться пешком по берегу. Иначе одно не осторожное движение и лодку унесет. Вы думаете сможете ее держать строго против течения, ну ну? Как то на соревнованиях в Ф2А специально (для драйва) установили трассу, когда одни ворота были установлены в створе моста на течении около 1 м/с, только единицы смогли попасть в ворота. И это надводные корабли.
А насчет 3 м/с все формулы есть, прикиньте какая мощность потребуется.
На течении вам надо делать, рыбацкий кораблик (возможно подводный для драйва) с камерой и никаких моторов не надо. Вот им можно управлять хотя бы визуально.
рыбацкий кораблик
Я бы даже дополнил - тральщик с камерой вместо трала .
тральщик с камерой вместо трала
А вот это уже тема… ))
Три метра в секунду требуется для того, чтобы оставаться на месте, а не гонять под водой. Ещё с шириной реки я что-то кардинально ошибся, больше двухсот метров на самом деле. Но в любом случае, это будет уже отдельный вопрос и не скоро дело до испытаний аппарата дойдёт, лишь эксперимент покажет, что получится в итоге…)
Прошло полтора месяца, я достал стенд и произвёл осмотр. Слегка заржавели винты на креплении двигателя и доска распухла. При включении регулятор начал глючить, а потом из него пошёл дымок. Видимо в нём что-то подгнило тоже после купаний.
Купил второй такой же. Оказалось, что не работает выключатель, но повезло, что он всё время включен, иначе бы пришлось ехать обратно в магазин. Перепаял исправный выключатель со старого регулятора на новый. Установил на него цифровой датчик оборотов двигателя. Зарядил батарейку, снял показания при вращении двигателя вперёд и назад. Снова зарядил батарейку и повторил в воде.
В воздухе смог завести двигатель только с 5тыс. оборотов, медленнее он не крутится. В воде с 3 тыс, но и верхняя граница стала ниже.
В воде синяя и зелёная линия различаются, как я предполагаю, из-за срыва потока. Сначала получил зелёную, потом опустил двигатель поглубже и оказалось, что кривая ровнее.
Вывод - в воде бесколлекторник работает, но потери просто огромные.
Дальнейшие планы: измерить потери при использовании торцевого уплотнения и магнитной муфты.
Вывод - в воде бесколлекторник работает, но потери просто огромные.
Вывод не правильный.
Вывод - Большие обороты в воде требуют соответственно и больших затрат.
Безколлекторник тут непричем.
Ну коллекторный двигатель в воде вообще не работает, именно это и имелось ввиду…)
P.S. Да, в Москве гребные винты можно купить в Термике. Есть трехлопастные, для обоих направлений вращения, и четырехлопастные.
А как понять, который винт для обоих направлений? По ссылкам в термике у всех винтов подписано либо левый (литера L в названии), либо правый (без литеры в названии). Возможность реверса должна быть в описании указана?
Я сейчас раздумываю, с какой скоростью гребной винт крутить оптимально. А для этого надо выбрать какой-то и уже после прикидывать необходимую редукцию.
Ну коллекторный двигатель в воде вообще не работает, именно это и имелось ввиду…)
Прекрасно работает, и даже с очень большой перегрузкой, благодаря хорошему теплоотведению. Но у коллекторника есть одна большая проблема, невозможно скрыть от воды токоведущие части, поэтому металл с коллектора и одной из щеток, под напряжением, очень активно растворяются. поэтому работать не будет долго.
У безколлекторника как раз в том и преимущество, что его обмотки, как и разьемы можно полностью искупать в изолирующем составе и у токоведущих элементов вообще не будет контакта с водой! Кстати о безколлекторнике. Он тоже при погружении в воду оказывается в лучших условиях и можно его не слабо перегреть. например взять очень слабенький (малогабаритный) мотор и дать на него раза в четыре бОльшую мощность - удвоить, а может и утроить напряжение питания…
Одним словом,моторы предназначеные для работы в одних условиях нужно как то “адаптировать” для работы в новых ))
А как понять, который винт для обоих направлений? По ссылкам в термике у всех винтов подписано либо левый (литера L в названии), либо правый (без литеры в названии). Возможность реверса должна быть в описании указана?
Я так думаю что товарищ имел ввиду что есть винты и левого и правого вращения.
Относительно винтов которым все равно куда вращаться, это всевозможные “неспортивные” винты, у них, как правило, почти симметричные лопасти без изгиба лопаток. Закрутка лопаток вокруг оси у них есть, но выпукло-вогнутости у лопастей нет. Гнутые лопатки дают лучшую эффективность, но при вращении лишь в одну сторону.
Я так думаю что товарищ имел ввиду что есть винты и левого и правого вращения.
Да. Удобно ставить парами, для компенсации реактивного момента.
Относительно винтов которым все равно куда вращаться, это всевозможные “неспортивные” винты…
Фактически эффективных реверсируемых винтов нет.
Если внимательно прошерстить информацию по подводным аппаратам, то видно, что для разного направления движения используют разные ВМГ. Т.е. Винты работают только в одну сторону.
Фактически эффективных реверсируемых винтов нет.
Я бы выразился немного иначе - реверсируемые винты, менее эффективны. К сожалению от этого сложно уйти.
Подбираю новый стенд, уже не из самых бросовых комплектующих, но всё равно чем дешевле, тем лучше.
Двигатель БК инраннер Turnigy 480S BL Inrunner Motor w/ Impeller 1500kv hobbyking.com/…/__9377__Turnigy_480S_BL_Inrunner_M…
Критерием при подборе двигателя было 3-4 банки, чтобы в будущем от автомобильного аккумулятора можно было запитать.
Dimension: 47mm x 30mm, 60mm(with shaft)
Weight: 109g (kv1500) (not including connectors)
Diameter of shaft:4mm
Length of front shaft:13mm
Lamination thickness: .2mm
Spec.
Battery: 3-4 Cell 4S/14.8V
RPM: 1500kv
Max current: 60A
No load current: 0.9A
Internal resistance: 49.3ohm
Data:
3S 11.1V
Prop: APC12x6
Max Current: 11.4A
Pull: 610g
4S 14.8V
Prop: APC7x4, APC8x3.8
Max Current: 23.5A, 34A
Pull: 1080g, 1300g
ESC: 60A
Battery Type: 3-4S Only
$24.05
К нему регуль HobbyKing 70A Boat ESC 3A UBEC hobbyking.com/…/__24569__HobbyKing_70A_Boat_ESC_3A…
Регуль с водяным охлаждением попался случайно, как-то из дешёвых на 60+ ампер к выбранному двигателю с реверсом других на ХК и нет.
Specs:
Constant Current: 70A
Burst Current: 90A
Battery: 2-6S Lipoly
BEC: 5.5v / 3A
Motor Type: Sensorless Brushless
Cooling: Watercooled
Size: 87 x 38 x 22mm
Weight: 105g
Programming Functions:
Running Mode: Forward with brake / Forward and reverse with brake / Forward and reverse
Acceleration: 6% / 9% / 12%
Low Voltage Protection: None / 2.6V / 2.8V / 3.0V / 3.2V / 3.4V
Start Mode (Punch): Level 1 / Level 2 / Level 3 / Level 4 / Level 5 / Level 6 / Level 7 / Level 8 / Level 9
Reverse Force: 25% / 50% / 75% / 100%
Timing: 0° / 5° / 10° / 15° / 20° / 25° / 30° / Automatic
$24.06
Пиньон с посадочным отверстием 4мм с наименьшим из найденных числом зубьев Replacement Pinion Gear 4mm - 14T hobbyking.com/…/__15267__Replacement_Pinion_Gear_4…
$1.73
Итак, двигатель выдаёт 16650 оборотов в минуту, из которых надо получить в районе 1000 оборотов на гребном валу. Редуктор планирую собрать из пластиковых шестерён, но сегодня уже пора спать. Гребной винт планировал использовать максимум до 50мм, просто путём подбора и замера тяги.
Советы/правки по гребному винту и по остальному оборудованию приветствуются!