Search in topic

Электрическая силовая установка – простейшие расчеты, и практическая реализация

Вобщем… написал я как то статейку, но не сложилось занимаццо ее судьбой. Вот лежит она, лежит, пылиццо… Вирусов боиццо… Я и подумал - а не запостить ли ее прямо в форум? Чайникам на радость, себе на потеху - глядишь, гурой обзовут 😉

Но если шутки в сторону - искренне надеюсь, что может помочь начинающим в их электроизысканиях, и частично разгрузит форум от размножения постов одинакового содержания, типа “помогите подбрать мотор…”
Вобщем, “гурам” - отнеситесь с пониманием, изложить ВСЕ в рамках такого текста нереально, написать научный труд задачи не ставил. Для начинающих - делал максимально доступным языком, не отягощая формулами и необходимостью вспоминать высшую математику. Относитесь как к комиксу, или “библии для детей”.
Так что если кому поможет - буду рад. Если нет - ну значит нет…
Короче - поехали 😉

Электрическая силовая установка авиамодели – простейшие расчеты, и практическая реализация.

Оглавление:

1. Алгоритм расчета мотоустановки.
2. Воздушные винты
3. Моторы
4. Motocalc и его практическое применение
5. Выбор аккумулятора и контроллера
6. Вопросы техники безопасности
7. Методы испытаний и измерения
8. Заключение

Лирическое отступление.
Массовое использование бесколлекторных моторов и литий-полимерных аккумуляторов прочно обосновалось в нашей жизни не так уж давно…
Какие-то 5-6 лет назад прошли первые успешные опыты hivolt-а – и тут же стайки шустрых ЕПП-самолетов на первых отечественных БК и высокоамперными металл-гидридных аккумуляторах формата «ААА» начали бодро вытеснять коллекторные редуцированные мотоустановки. Все чаще стали звучать непривычные слова - «инраннер», «аутранер». На рынок пришли чешские «AXI» от Model Motors, контроллеры Castl Creations, MGM Compro, Jeti (уже заслужившая хорошую репутацию у нас в стране) .
Бесколлекторные системы начали становиться вполне осязаемой реальностью и для массового моделизма. Энерговооруженность электросамолетов стала стремительно расти. Привычное значение с 0,5-0,6 постепенно подросло до 0,8, дальше до 1, а потом и вовсе стала стремиться к 1,5-2. Рынок быстро реагировал на запросы моделистов, и вот уже с витрин постепенно стали вытесняться 350-е и 400-е коллекторные моторы. Тут в страну пришли первые доступные LiPo аккумуляторы, и это стало воистину переломным моментом. В среде моделистов хоббийного уровня электролет из худосочного бедного родственника превратился в полноценного спортсмена, довольно уверенно играющего мышцами, пускай пока и в «легкой весовой категории».
Года 4 назад еще бодро обсуждались радужные перспективы БК, и его потенциальные возможности подвинуть малокубатурные калильные моторы на самолетах вплоть до 120-130 см размахом.
И «калилки» быстро подвинулись, к большой радости и гордости электролетчиков.
Деление самолетов на «электролеты» и «нормальные самолеты» начало постепенно размываться сначала в .10-.15 классе (100-110см размах, до 1 кг весом) , а затем БК прочно обосновались и в .25-.30 классах (120-130см/до1,5 кг). Вполне серьезно встал вопрос о перспективах дальнейшего развития мотоустановок . Бытовало стойкое мнение, что самолет более .30 класса на электричестве неразумен из за стоимости своей эксплуатации. Большие токи требовали больших аккумуляторов с большой токоотдачей и дорогих контроллеров, а это неприемлемо задирало любой хоббийный бюджет. Дебаты шли долго и шумно, и я в качестве эксперимента приступил к постройке пилотажки .46-го класса с БК в качестве силовой установке, с претензией уложиться в эксплуатационный бюджет аналогичного самолета с калильным мотором. Рынок уже давал некоторый выбор моторов этом классе, аккумуляторы большой емкости тоже были не в диковинку, но все же для того времени поиметь 700-800ватт на электричестве с претензией обойти калильные моторы класса .40-.50 было довольно серьезной заявкой в амфибийной среде. Ведь спор шел не про потенциальную возможность, а именно о доступности таких решений… Камень преткновения – недорогие аккумуляторные сборки с невысокой токоотдачей, которые предполагалось использовать…А штампы, которыми мыслили элетролетчики того времени, предполагали высокий рост токов с увеличением мощности мотора. Один мудрый человек в нашей с ним переписке подал идею поднимать напряжение, оставив токи на приемлемом уровне, и я с благодарностью за эту идею зацепился. Сейчас это кажется забавным, но тогда не было массового опыта использования сборов в 5-6-8 банок. Этим вовсю пользовались спортсмены, но они не баловали массового хоббийного моделиста своим вниманием. Поэтому многое было в новинку, и опираться на «коллективный опыт» не приходилось. Но все складывалось более-менее удачно, и самолет был закончен. Результат превзошел все ожидания. Мотор, потребляя всего 35 ампер при напряжении в 22 вольта, запросто выдал 700 с лишним ватт. Самолет резво набрал высоту, унося с собой последние сомнения в том, что электричество у нас, хоббийных пилотов, рано или поздно будет не менее массовым чем ДВС во всех классах самолетов, а то и станет более популярным.
Через год – 1200 ватт на Экстре 330 .50 – уже ни у кого не вызывает большого удивления. При этом, мотоустановка неожиданно обходит по всем показателям знаменитую Yamada YS-63, имея аналогичный бюджет сезонной эксплуатации, и это подтверждает один из довольно искушенных пилотов, которому я предложил потестировать самолет – и для меня пройден еще один психологический рубеж. БК не только способен тягаться с ДВС. Он уверенно ее превосходит. Проходит еще некоторое время, и ситуация сегодня наглядно подтверждает это. Цены на литий-полимерные аккумуляторы медленно, но неумолимо снижаются, их токоотдача растет, порой далеко превосходя необходимые пределы. Линейки имеющихся на рынке моторов покрывают любые запросы, от 10 граммовых комнатных стрекоз, до электроконверсий 200сс бензиновых самолетов под 25 кило весом. 10-баночная аккумуляторная сборка – обыденность на пилотажных соревнованиях даже в удаленных уголках страны. Даже само понятие «электролет» уже отошло в прошлое. Сейчас есть «просто самолет». Какая силовая установка на борту - решает сам владелец, исходя из своих личных субъективных предпочтений. Калильный мотор, бензиновый или электрический – значения никакого не имеет. А ведь прошло – всего каких-то 5-6 лет… Воистину – революционные темпы!
Думается, развитие моторов в ближайшей перспективе будет пока развиваться в сторону расширения линейки, повышения КПД и общего качества изготовления. Пока не видно предпосылок для появление чего-либо радикально нового. А вот разработчики и производители аккумуляторов вполне могут порадовать моделистов новыми решениями в области химии, а так же дальнейшим развитием существующих типов, и как следствие - дальнейшим снижением веса, ростом емкости, токоотдачи и большими зарядными токами… По большому счету – сегодня накачивание мощности в самолет ограничено лишь приемлемым весом силовой батареи.
Как это сделать наиболее эффективно, не прибегая к сложным расчетам и теоретическим выкладкам – я попытаюсь изложить в этой статье.

1. Алгоритм расчета мотоустановки.

Единственная задача мотоустановки – вращать воздушный винт в определенном диапазоне оборотов. Более – ничего. Поэтому выбор мотора, аккумуляторов и контроллера всегда зависит от воздушного винта, который мы, в свою очередь, выбираем для нашей модели. Для выбранного винта требуется подобрать мотор необходимой мощности, а для его питания требуются определенные параметры аккумулятора. Понимая после расчетов, какие пиковые токи будут проистекать в цепях мотоустановки, мы должны будем выбрать контроллер (регулятор хода). Последовательность наших действий выглядит теперь вполне ясно и логично. А именно:
Винт > Мотор > Аккумулятор >Контроллер.
Итак – «пляшем от винта»!

2. Воздушные винты.

Основные параметры воздушного винта, которые мы учитываем при грубом (черновом) подборе мотоустановки – это его диаметр и шаг. Эти параметры зависят в основном от размера самолета, его типа и назначения.

Для копийной модели винт (винты) должны быть соразмерны общему масштабу модели, и иметь требуемое количество лопастей. Для спортивных и тренировочных самолетов – размеры выбираются исходя из необходимых тяговых характеристик, скорости потока от винта и площади обдува этим потоком рулевых плоскостей. Т.к. основную массу некопийных любительских самолетов можно по типу мотоустановки отнести к пилотажным (исключая модели для боя и мотопланеры), стоит подробнее остановиться на этом типе и специфике подбора размеров винта для них.

Самое простое – исследовать статистику, и рассмотреть размеры винтов, рекомендуемых известными и проверенными производителями самолетов (изобретение своего велосипеда – не всегда благодарное занятие) . Если по каким либо причинам такая статистика недоступна, можно принять примерную зависимость, исходя из размера самолета, что бы определить отправную точку для дальнейших размышлений. Для большинства пилотажных самолетов среднего и большого размера (больше 1,5 м) диаметр винта для начала расчетов можно взять как 1/4 от размаха крыла, или чуть (на дюйм) больше для самолетов небольшого размера (1-1,3м) . Действительно – если посмотреть на самые популярные самолеты с устоявшейся комплектацией, то диаметры винтов будут выглядеть примерно так:

Размах крыла Диаметр (в дюймах)
40” (1000mm) 10-11”
47”(1150-1200mm) 12-13”
50-52”(1250-1300mm) 13-14”
66-70”(1500-1600mm) 15-16”
78-82”(2000-2100мм) 19-22”

Для простоты можно воспользоваться и этой нехитрой табличкой – для начала она вполне сгодиться. Следует так же учитывать, что как правило, более скоростные модели, полукопии и тренеры используют винты диаметром поменьше, а фан-флаи и самолеты с развитыми 3D способностями – винты большего диаметра. Так же, часто возникают подвижки в +/- 1-2 дюйма для конкретной модели. Но в целом (как пример статистики), табличка выглядит вполне реально.

Если описывать упрощенно, то диаметр винта в большей степени определяет статическую тягу мотоустановки (грубо говоря, сколько может «поднять» такой винт, будучи направленным вверх), и площадь обдува рулевых плоскостей, как правило элеронов (хвостовое оперение почти всегда находиться в потоке от винта, и обдувается на 100%).
Несложно догадаться, что от статической тяги сильно зависит поведение самолета на вертикальных маневрах, когда подъемная сила крыла попросту отсутствует.

Шаг винта - определяет в большей степени скорость потока воздуха, отбрасываемый от винта (хотя и влияет на статическую тягу мотоустановки тоже, правда в меньшей степени)
Образно говоря – с какой скоростью можно будет двигать поднятый статической тягой груз, и до какой скорости можно разогнать самолет в горизонтальном полете. Второе важное влияние, оказываемое шагом винта - это скорость потока, которым будут обдуваться рулевые поверхности. Т.е от нее сильно зависит скорость реакции самолета на рули, особенно хвостовые. Попадая в крайности можно получить абсурдные ситуации, при которых, например, самолет обладающий огромной статической тягой сможет держать на висении привязанный утюг, но не сможет двигаться из отсутствия достаточного потока от винта. И наоборот.

Соответственно, большая тяговая вооруженность важна при выполнении вертикальных фигур и элементов 3Д-пилотажа. А для скоростных самолетов, гонок, бойцовок – большее влияние оказывает скорость потока, и тяга играет уже второстепенное значение. Самолеты, летающие современные пилотажные комплексы, содержащие много вертикальных составляющих - должны обладать обоими свойствами с приличным запасом. Конечно, иметь запас и по тяге и по скорости потока - хорошо для любого самолета, но ввиду разных причин одновременно не всегда это можно заложить в мотоустановке – это один из серьезных компромиссов, на которые придется пойти при наших расчетах…

Третий «параметр» винта, оказывающий сильное влияние на его свойства – это его тип.
К сожалению, многие начинающие моделисты не принимают его во внимание, и основываясь только на размерах и шаге винта, часто не получают желаемого результата, а иногда и вовсе теряют мотор или сжигают контроллер, перегружая их.

Самые распространенные винты производит фирма АРС. Их подразделение по типам винтов можно назвать сложившимся стандартом де-факто. Из тех типов, которые для нас представляют интерес можно назвать:

Тип «Е» (electro) - классические пилотажные винты для электромоторов. Самый распространенный тип, для оборотов 6-8тыс, небольшой массы, с прочной ступицей. Размерности - почти любые.

Тип «SF» (slowflyer)- очень легкие винты с увеличенной тяговой характеристикой, для легких моделей. Рассчитаны на низкие обороты (до 6 тыс.). Диапазон размеров от 8х3,8 до 13х4,7. Часто используются «внештатно» вместо Е-серии на моделях вплоть до1,5 кг для получения очень большой тяговооруженности (правда ценой некоторых потерь), на свой страх и риск. Имеют легкую небольшую ступицу и невысокая (по сравнению с Е-серией) прочность.

Тип «Р» (pusher) – т.н. «толкающий винт». Винт обратного вращения. Стоит заметить что на электроустановках понятие «толкающий» не особенно актуально, потому что мотор может вращаться в обоих направлениях. Ориентирован больше на ДВС.

Тип «F» (folding)- складной винт (вернее - комплект лопастей, для установки на специальную муфту – «хаб») как правило, для моделей планеров.

Есть еще специализированные типы С, W и пр., но в данной статье мы их рассматривать не будем из за их специфических применений.

В наших расчетах мы будем в основном опираться на тип Е и тип SF – как на наиболее часто применяющиеся универсальные винты. Тип Е применяется почти на любых типах самолетов, от маленьких «летающих крыльев», до спортивных пилотажных самолетов 2 метра размахом и даже выше. Тип SF, штатно – на легких, медленно летающих моделях, преимущественно 3D, «не штатно» - на 3D самолетах размахом до 1300мм и весом до 1,5кг. Забегая вперед скажу почему – SF обладает тяговым коэффициентом в 1,5-2 раза более высоким чем E-серия. Но при этом нагрузка на мотор так же вырастает в 1,5-2 раза.
И в большинстве случаев потери КПД тоже растут. Но это мы рассмотрим чуть ниже.
А пока приведу несколько примеров винтов на вполне конкретных и известных всем самолетах:

Click (150-граммовый зальный самолет) – 8x3,8SF-8x4,7SF
Zoom/Super Zoom/Flash/Sniper (под 3D) – 10х3,8SF – 11х3,8SF
Hyperion Helios-10 - 9х6Е, 10х5Е, 11х5,5Е
Sebart Katana 30E - 13х4Е, 13х6Е, 14х7Е
Pilotage Hotpoint 40 – 15x10E,16x8E
Sebart Angel’s 50E – 16х8Е, 16х10Е
Pilotage Katana 50EV2 – 16x8E
RCF Extra260 26cc – 18x8E
Sebart Katana 120 - 20x10E

Примерно понимая, о каких самолетах идет речь – можно предположить, какие винты лучше использовать на аналогичных по классу и назначениях самолетах.

Теперь, понимая логику применения тех или иных винтов, мы можем подходить к следующему звену нашей цепочки – к выбору бесколлекторного электромотора…

3… 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 теже 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 50-2500ватт…
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 гдето 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 7000об/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 такова:
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 соотвественно емкость и токоотдачу аккумуляторов (опять же – вес немного растет). Опять же компромисс. Единственно, этот компромис 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 кв и с необходимой мощностью (переваривающий необходимый максимально допустимый ток при заданном нами напряжении) .

Для этого придется использовать программу Motocalc.

Motocalc, и его практическое применение

Мотокалк – программа, позволяющая производить расчеты электрических мотоустановок, и анализировать полученные результаты.
Сайт программы – www.motocalc.com
Там же можно скачать демонстрационную версию, которую хватит на месяц работы. Далее, придется покупать лицензию. Замечу, что оно стоит того, т.к. цена вполне оправдывает возможности программы, позволяя сэкономить немало денег на тестовых пропеллерах и неудачно подобранных моторах.

Я не ставлю задачу написать полное руководство пользователя – они написаны без меня, и даже частично переведены на русский язык. Я попробую дать краткое изложение процесса работы, и вкратце объяснить, на что следует обратить внимание при расчетах.
Итак…

После установки, программа стартует с так называемого MotoWizzard. Видимо считается, что эта система способна дать рекомендации по мотоустановкам, но на деле логика ее работы устарела лет на 10, и мотосетапы, предлагаемые ей, актуальны разве что для эры коллекторных моторов. Поэтому, самое разумное действие – закрыть его и сразу перейти к модулю расчетов.

Для начала зайдем в «настройки», и выполним необходимые установки. Думаю, тут вопросов возникнуть не должно.

Просим выводить все в метрической системе, кроме размеров воздушных винтов, которые оставляем в дюймах. Данные по атмосфере и температуре можно оставить без внимания. Список данных выводимых в таблицах можно оставить полностью отмеченным. В Other Options можно сразу снять галочку запуска МотоВизарда. Вобщем -можно просто привести ее к виду, как на иллюстрации, и нажать ОК.

Далее, определям для себя приемлемый диапазон размеров винтов, и заполняем параметры в соответствующем разделе:

В разделе Gear ratio не указываем ничего – там закладываются передаточные отношения редуктора, которого у нас, как мы договаривались, нет.
(если же он есть, скажем, с связке с инраннером – можно туда ввести эти данные, суть расчетов не поменяется)
Вводим диапазон диаметров, и шага винтов, ( Diam – диаметр, и Pitch- шаг) или, если считаем только для винта одного конкретного размера, то заполняем левые поля, а правые оставляем пустым (как пример на иллюстрации – 18х8). Если были заданы несколько размеров винтов – мотокалк даст расчеты отдельно для всех размеров.
Размеры нескольких винтов указываются по возрастанию, слева на право, «by» – с каким ступенью в дюймах мы увеличиваем размеры.

В графах P и T-Const задается тип винта и производитель. Например, для винтов АРС – Т. Const равна единице. Далее вводим P-const - тут уже немного сложней и ответственнее. Разворачиваем свиток P-const:

Видим список типов винтов, отсортированных по производителю, и типу винта.
Выбираем нужный тип, и соотношение шага к диаметру (P/D=)
Скажем, для для винта 18х8 P/D будет 0,44, то есть лежать в диапазоне 0.0 to 0.5, а для винта 18х10 – соотвественно уже 0.5 to 1.0.
Хочу обратить внимание, что это очень важный параметр, от которого будет зависеть как расчитанная тяга, так и потребляемый ток.
Пренебрежение этим – одна из самых распространенных ошибок у начинающих пользователей программы, и как следствие – большие погрешности в расчетах.
К сожалению, эти константы не имеют стандартов (они используются только в мотокалке) , и для неизвестного винта (которые отсутствуют в базе программы) очень сложно подобрать верное значение. Возможный путь – визуальное сравнение винта с присутствующими в базе винтами, и выбор похожего аналога по форме лопастей.
Некоторый выбор констант есть на сайте мотокалка : www.motocalc.com/data/show.cgi?table=4
Если лопастей 3 или более -указываем их количество в графе Num Blades.

Далее переходим к разделу аккумуляторов (Battery).

Нажав Open, попадем в довольно объемную базу данных по аккумуляторам. Покопавшись в ней, кроме LiPo батарей, там можно обнаружить также А123 (LiFe), которые набирают популярность. При отсутствии нужного аккумулятора просто выбираем его аналог с подходящей емкостью и токоотдачей, я например чаще всего пользуюсь данными Hyperion или Kokam . Далее вводим предполагаемое количество банок в сборке (Series Cells), и при необходимости - количество параллельных включений (скажем, 2 банки 2100мА включенных параллельно, дают нам емкость 4200мА) . Если параллельно включение не используется, то в соответствующей графе указываем единицу. Так же, можно задать диапазон этих значений. Так же, в итоге, будут выданы расчеты для всего указанного диапазона. Как я уже говорил вначале, количество банок будет одним из компромиссов, на которые нам приходится идти.

Следующим этапом будет выбор мотора. Сразу отмечу, что задача эта непростая, и увязывание винтов, напряжений аккумуляторных сборок и мотора - по сути, будет нашим главным компромиссом, искусство поиска которого вырабатывается только с опытом.

Итак, что мы имеем в разделе Motor:

Поле представляет собой набор параметров мотора, которые могут быть введены вручную для любого мотора, либо выбраны в базе данных (довольно объемной), нажатием на кнопку Open. При вводе уникального мотора, самыми важными параметрами является «Motor Constant» - т.е kV (или rpm/V) , и Resistance – внутреннее сопротивление. Не имея одного из этих параметров – расчет не будет иметь смысла из за полной недостоверности результатов. «No-Load Carrent» (ток холостого хода) - оказывает влияние на результат на уровне погрешности, и без необходимости им можно просто пренебречь, подставив значение около 0,5-1А. Вес мотора (Weight) – нужен только для определения веса самолета и расчета летных данных , точность и ценность которых довольно сомнительная, но об этом я расскажу ниже. Т.к. мы приняли, что используем Бесколлекторные моторы с внешним ротором – ставим галочки на Brushless и Out-ranner

Что бы не пересчитывать огромное количество моторов, стоит подробнее остановиться на способах сужения поля поиска из огромной базы, если у пользователя нет никаких отправных точек для выбора мотора. Конечно, проще и разумнее всего обратиться к статистике, посмотрев kV и мощности моторов, рекомендуемых производителями для аналогичных по классу самолетов, или ориентируясь на позиционирование мотора его производителем. К сожалению, часто рекомендации производителей далеки от оптимальных, особенно часто этим грешат производители бюджетных моделей из юго-восточной азии. Более крупные и известные производители иногда рекомендуют мотоустановку минимального уровня, которой достаточно для уверенного поддержания самолета в воздухе, но не более. Собственно поэтому, даже при четко прописанной рекомендованной комплектации к самолету от его производителя – стоит проверить их с помощью расчетов. Если таки статистика недоступна, попробуем разобраться сами, в каком диапазоне и по каким критериям стоит искать моторы для расчетов. Проще всего определиться максимально допустимыми токами (заявленной мощностью), затем примерно определить диапазон kV, который будет для нас приемлемым.

Чтоб определиться с приемлемыми для нас токами, рассмотрим для начала необходимую мощность, которая нужна для нашего самолета. Есть некоторое значение энерговооруженности , которое выведено эмпирическим путем моделистами всего мира, выражаемое в количестве потребляемых ватт мощности на килограмм веса самолета. Для тренировочных самолетов, копий и полукопий - это значение лежит в пределах 180-200 ватт/кг. Для пилотажных самолетов, 3D и фан-флаев - порядка 300-400 ватт/кг. У электропланеров–парителей (не хотлайнеров) – в диапазоне 150-200 ватт/кг. Для хотлайнеров - измеряется уже в киловаттах на килограмм массы, но это уже частные случаи, которые мы рассматривать не будем. Определив для себя напряжение (или диапазон напряжений) аккумулятороной сборки, мы можем вывести максимальное токопотребление нашей мотоустановки, разделив значение необходимой мощности на напряжение питания мотора (Imax = W / Vbatt). Таким образом, мы существенно сужаем область выбора электромоторов, оставив себе только те, у которых разрешенный ток не ниже вычисленного нами значения, и по возможности находящийся в диапазоне, покрывающим запас в 10-15% . Рассматривать более мощные моторы уже не оправданно, потому как их КПД будет уже ниже, и они будет обладать лишним весом.
Так же следует понимать, что максимальный ток, это единственный параметр, ограничивающий использование мотора. Несмотря на рекомендуемое напряжение питания в некоторых описаниях моторов, оно может быть любым. Другое дело, что с повышением напряжения при одном и том же винте, растут и токи.
Если поднимать напряжение питания, одновременно уменьшая размеры винта (оставаясь, тем самым, в пределах допустимых токов) – мы можем существенно повышать мощность мотора, по сути, в неограниченных пределах (конечно, если не рассматривать ресурс механических составляющих, таких как подшипники и валы, и свойства магнитов). Другое дело, что в итоге мы выйдем за минимальный предел в размерах винта, которые могут быть использованы. По сути, мощность – это не параметр мотора, а значение, получаемое с помощью нагрузки конкретного мотора конкретным винтом. На одном и том же моторе мы сами регулируем получаемую мощность, варьируя размерности винтов и (или) питающее напряжение (количесвом банок в сборке), пока не упираемся в пределы допустимых токов (что чревато выходом его из строя), или наоборот, в недостаточную загруженность мотора (что попросту неэффективно).

Другое важное ограничение по токам – это токоотдача аккумуляторов, сверх которой мы тоже не должны выходить. Вообще, исходя из приемлемого времени работы мотоустанвки для обычного пилотажного самолета – порядка 7-10 минут – оптимальным максимальным значением тока будет порядок 10-15С (где С - рабочая емкость аккумулятора). Даже при допустимой нагрузке на аккумулятор в 30С, мы получим время полета порядка 3-4 минут и ниже, что не всегда разумно. Напротив, имея токопотребление ниже 10С - стоит задуматься, а нужен ли аккумулятор такой емкости, т.к. емкость батареи напрямую влияет на ее вес (и ее стоимость, кстати), которыми не стоит пренебрегать…

Выбор диапазона kV, в котором будут происходить расчеты - это вопрос личного опыта, и опять же - статистики. Можно конечно расчетами перебрать все значения kV от 100 до 2000, но это займет массу времени. Для упрощения задачи можно исходить из такой таблички:

Вес самолета Типичное количество банок аккумуляторов Диапазон kV

100-300г. 2 банки (7,4в) 1000-2000
300-1300г 3 банки (11,1в) 800-1500
1300-2000г 4-5 банок (14-18в) 400-800
2000-3000г 6 банок (22в) 300-500
3000-6000г 8-10 банок (35-40в) 250-350
свыше 6000г 10-12 и более банок менее 300

Закономерность примерно такая – чем меньше винт и напряжение питания, тем более высокое kV будет оптимальными.

Теперь нужно заполнить значения в Speed Controller (регулятор оборотов), и при желании – Airframe (об этом ниже)
Параметры регулятора для расчетов особо не важны. Нужно подставить значение максимального тока, которое теоретически может возникнуть, и галочкой указать что он Brushless (т.е. для бесколлекторного мотора).

Airframe – это данные на планер самолета. Теоретически, мотокалк помимо статики способен считать и летные характеристики (т.е. самолет в движении).
Проблема в том, что этот раздел расчетов дает результаты с большими погрешностями, т.к. точно заложить всю аэродинамику самолета в столь небольшой модуль практически не возможно. В принципе, полей там не много, и думаю вопросов и их заполнение возникнуть не должно – при желании можно поэксперементировать.
Но по большом счету – нам вполне достаточно статических расчетов…

Итак все поля заполнены – можно нажимать на кнопку Compute Report и смотреть результат…

Если в каком либо разделе был указан диапазон значений (размеров винтов, и/или количество банок аккумуляторов), то мы увидим статические результаты для всех значений:

Расшифруем интересующие нас столбцы.
Cells - количество банок в сборке
Diam - диаметр винта (в дюймах)
Pitch - шаг винта
Batt amps - токопотребление на аккумуляторе.
Motor volts – напряжение на моторе, с у четом просадки аккумулятора под нарузкой.
Input W – потребляемая мощность (то что принимается за «мощность мотора»)
Loss – потери мощности на тепло (потери в КПД)
Mgb out - мощность «на валу»
MotGb Ef % - эффективность мотоустановки (по сути – КПД)
Prop RPM – обороты винта
Thrust - статическая тяга в граммах.
Pspd - скорость потока от винта в м/с
Time – время работы мотоустановки в статике на полном газу (реально полетное время будет в 2-3 раза выше).

Щелкнув на интересующей нас строчке с конкретными исходными по винту и батарее, мы попадаем в более подробный отчет:

Точно такая же таблица появляется сразу после нажатия Compute Report, если мы указываем конкретный винт или батарею, без указания диапазона.

Вверху добавляется «слайдер» ручки газа (Trottle), а в таблице появляется столбец AirSpeed.
Если у нас правильно введены данные планера, с некоторой условностью (очень приблизительно) мы можем проанализировать работу мотоустановки при движении самолета. Как видно по таблице, с набором скорости самолетом начинают снижаться токи.
Первая строка – это теже статические данные (AirSpeed = 0). Регулируя «газ», можно посмотреть соответствующие изменения.

Теперь важно понять, какие приоритеты расставить при анализе.
Сверхзадача – оперируя параметрами мотора, батареи и воздушного винта - получить максимальную статическую тягу и скорость потока, при минимальных токах и тепловых потерях, и при максимальной эффективности (КПД) мотоустановки. Часто возникает ситуация, при которой и тяга вроде бы приемлема, и токи – тоже в разумных пределах. Но стоит посмотреть в раздел Loss или MotGb Ef % и понять, что использование энергии аккумулятора неэффективно, и мы впустую сжигаем драгоценные ампер-часы, возя дополнительный вес из за емкости батареи… Часто это связано с неэффективными оборотами воздушного винта (скажем, SF-серия раскручена до больших оборотов), иногда – с неудачным подбором мотора. Тут нужно принимать решение, насколько это допустимо для нашего самолета и в конкретной ситуации. Сделав несколько расчетов под разные моторы, количество банок в сборке, и под разные винты в приемлемом диапазоне, мы убедимся, что в любом случае приходиться идти на какой-то компромисс. Либо с весом аккумуляторов, либо с токами, либо с винтом меньшего диаметра, либо с падением КПД – с чем-то приходиться мирится. Идеальной мотоустановки не бывает. Суть искусства подбора мотоустановки – в нахождении этого компромисса. Это дается только практикой и опытом, исходя из конкретного самолета, и задач, которые перед ним ставятся…

Вобщем, с теоретической частью, можно считать, мы закончили. Теперь можно тратить деньги на комплектующие нашей мотоустановки, которые, будем надеятся, были внимательно изучены в наших «виртуальных» расчетах. Если с винтами и моторами теперь все ясно, то сейчас рассмотрим, какие регуляторы (контроллеры) и аккумуляторы нам следует приобретать.

лимит на объем одного поста закончен - продолжение следует (прямо вот-вот)Ык

Сильно нетерпеливым, и тем кто читает “с конца” - полная версия в PDF

5. Контроллеры.

Реально, у контроллера (так же именуемого как «регулятор скорости», хода», «speed controller») есть только два критических параметра,
которые непосредственно связаны с работой мотоустановки – это максимально допустимый рабочий ток, и диапазон рабочих напряжений.
Значение максимального рабочего тока обычно присутствует в названии контроллера . Например Markus SL-75 – максимальный рабочий ток у него 75 ампер. Pilotage Stamina 20 – обозначает 20 ампер. Это значение тока, которое допускается при работе контроллера продолжительное время. Иногда в параметрах указывается кратковременный допустимый ток. Он как правило на 5-10% выше рабочего.
Не следует надеятся на это значение – оно обозначает, что контроллер может пережить несколько секунд при таком токе, но никто не гарантирует его работоспособность после более продолжительной нагрузки такого значения. Нам следует выбирать контроллеры, у который допустимый максимальный рабочий ток равен, или превышает значения тока, полученные нами при расчетах в статическом режиме на 100% ручки газа. В принципе, чем больше будет запас – тем лучше, но все же следует руководствоваться целесообразностью. Ставить на мотоустановку с токами в 15А контроллер на 100 ампер конечно можно, но его размеры, вес, и стоимость будут идти в разрез с здравым смыслом. Вполне можно ограничиться 18 или 20-амперным. . Хорошим вариантом будет так же ориентировка на максимально допустимый ток для мотора, который при правильных расчетах будет явно не выше его рабочего значения. Второй параметр – это диапазон допустимых напряжений, с которым может работать контроллер. В описаниях часто пишут количество элементов (cells) аккумулятора, на который расчитан контроллер. Как правило, самыми массовыми являются контроллеры, расчитанные на диапазон в 2-3 элемента («банок») LiPo, на 2-4, и на 2-6 элементов. На большее количество элементов расчитаны высоковольтные контроллеры, в названии они имеют обозначение HV (hi voltage). Они , как правило, способны работать в диапазоне от 6 до 10 или до 12 элементов и расчитаны на 70-100 ампер максимального рабочего тока. Их уже применяют на довольно крупных самолетах, с мотоустановками мощностью от 1,5 квт и выше. Превышение максимально допустимого напряжения питания обычно приводит к выходу контролера из строя.

Кроме этих двух основных параметров, контроллеры различаются по наличию различных сервисных возможностей, и конструктивных особенностей. Как правило, все контроллеры имеют возможность программирования таких функций, как выбор скорость раскрутки вала («мягкую», «стандартную» и «быструю»), различные уровни напряжения автоотключения двигателя (чтобы не допустить полную разрядку аккумулятора и потерю питания для приемника и бортовых систем), включения/отключения режима тормоза (для прекращения вращения воздушного винта от набегающего потока при выключенном моторе). Часто присутствует функция программной смены направления вращения вала, звуковая сигнализация разных режимов работы, настройка таймингов, друге различные сервисные возможности. Основная масса контроллеров может программироваться с помощью пульта управления, некоторые требуют для этого специальных программаторов, или компьютера с использованием специального USB-кабеля. Следует обратить внимание на эти особенности, чтобы не оказаться в поле с самолетом, который невозможно будет настроить без специального оборудования. В целом, наличие большого количества сервисных функций удобно, но оно не является строго обязательным. Тут можно ориентироваться на собственный комфорт и толщину кошелька.

Большинство низковольтные контроллеров имеют в себе встроенную схему ВЕС (система бортового питания), однако следует знать, что его использование допускается при питании не более чем 2-3 элементами LiPo, и с нагрузкой, не превышающей 3-4 маломощных сервомашинки (формата «микро» и «субмикро»). Большая часть отказов управления на небольших самолетах связана с кратковременными сбоями в работе встроенной системы ВЕС работающей с перегрузкой, обычно принимаемой за «помехи» или неисправность аппаратуры управления. Даже использование 4 сервомеханизмов «16-граммового» типа (HS-81) на встроенной ВЕС недорогого контроллера довольно часто приводит к отказу питания через уже 3-4 минуты работы мотора при активном рулении. Если самолет весит более килограмма, и оснащен 4 сервомашинками – уже стоит использовать отдельный внешний ВЕС приемлемой мощности (3-5А). Если при этом используется контроллер со встроенной ВЕС, то для исключения конфликтов между двумя системами питания можно отсоединить плюсовой (центральный) провод от разъема контроллера, подключаемого к приемнику (именно по этому проводу от встроенного ВЕС поступает питание на приемник и бортовое оборудование). Существуют так же некоторые типы контроллеров, имеющий встроенный импульсный ВЕС большой мощности, и допускающий использование мощных сервомашинок, (а иногда и допускающие питание до 6 элементов LiPo), но это всегда отдельно оговаривается в описании контроллера, и обычно преподноситься как одно из главных достоинств. Такие контроллеры как правило имеют высокую стоимость, и оснащены большим количеством дополнительных сервисных функций. Как пример – контроллеры серии Spin фирмы Jeti.

Некотрые контроллеры средней и высокой мощности , расчитанные на количество элементов 2-6 и более, носят маркировку ОРТО. Они имею такую конструктивную особенность, как оптическую развязку силовых и управляющих цепей. Это сделано для снижения возможных помех и наводок в цепях управления. Контроллеры такого типа как правило не имеют на борту встроенных систем ВЕС. Однако, отсутствие встроенной ВЕС еще не означает автоматического наличие опторазвязки – это следует понимать. Наличие опторазвязки несколько снижает риск появления помех и наводок, но не является строго обязательным. Я эксплуатировал контроллеры без ОРТО на мощных мотоустановках – никаких проблем, честно говоря, не возникало.

Собственно, на этом краткий экскурс по контроллерам можно завершить. Итоговый вывод прост – для стабильной работы мотора нам важно иметь небольшой запас по току, и не превышать верхнюю границу допустимого напряжения питания контроллера. Все остальное – вопрос личных предпочтений, и пожеланий к сервисной функциональности системы. Так же, стоит быть внимательным при выбора питания борта через встроенный ВЕС.

6. Аккумуляторы.

В современных условиях разумнее всего использовать силовые батареи на основе литиевых элементов. По токоотдаче и удобству эксплуатации на больше всего подходят аккумуляторы с химией LiPo (литий-полимерные) и LiFe (литий-нанофосфатные). Остальные типы батарей ставим за рамками этой статьи, т.к. это отдельная большая тема, по которой разумно будет написать отдельную статью.

Помимо понятных нам параметров (емкость и напряжение), значения которых мы вывели в процессе расчетов, неосвещенными оставались такие понятия, как токоотдача, вес и стоимость аккумуляторных сборок. Как известно, токоотдача - это способность аккумулятора отдавать ток определенного значения, выражаемая в количестве С, где С= емкость аккумуляторной батареи. Скажем, батарея емкостью в 2100мА имеющая токоотдачу в 16С способна отдать ток, в 16 раз больше ее емкости, т.к. порядка 33А В последнее время токоотдача батарей существенно возросла, и продолжает расти дальше. Все чаще встречаются сборки с токоотдачей в 30С, 35С, а то и в 40С.
Лидеры по токоотдаче – аккумуляторы с химией LiFe, их практическая токоотдача составляет более 50С. Неизбежной расплатой за высокую токоотдачу является высокий вес и стоимость таких батарей. Чем выше токоотдача, тем выше «удельный» вес и стоимость сборки. Например, аккумуляторы 3S (3 элемента) 2100мА c токоотдачей 16С весят 150 грамм, а такие же сборки, но с токоотдачей в 35С – уже около 220 грамм. По цене – различия примерно в тех же порядках. Разница существенная. Давайте теперь посмотрим, насколько важна высокая токоотдача для мотоустановки самолета…

Не секрет, что помимо хорошей энерговооруженности, мотоустановка должна обеспечивать еще и некоторую продолжительность ее работы.
Обычно, необходимое время работы (на 1 полет) поставляет порядка 6-10 минут. Меньше 6 минут – это мало, больше 10 минут – особенно нет смысла, потому что уже хочется передохнуть и проанализировать полет. Если посмотреть на расчеты в мотокалке, то мы увидим, что при правильно подобранной мотоустановке и в смешанном режиме полета аккумулятор разряжается до минимально допустимого значения за 8-10 минут при токах, равных 10-12 емкостям такого аккумулятора. На силовых маневрах токи могут достигать 15-25С кратковременно.
Продолжительная токоотдача более 20С нужна в редких случаях, когда нужно выжать максимальную мощность за очень краткосрочный период. Мы можем использовать аккумуляторы небольшой емкости и с высокой токоотдачей, немного экономя на весе и емкости, но мы неизбежно будем терять в продолжительности работы нашей мотоустановки. Более оправданно использования большой токоотдачи в низковольтных системах, где мощность реализуется за счет больших токов, а не за счет напряжения. Чем больше самолет, и выше напряжение питания – тем ниже токи (относительно емкости аккумулятора), и тем меньше может быть токоотдача сборки. Самолеты с высоким напряжением (от 6 банок и выше) редко превышают значения токоотдачи в 15-20С даже на силовых маневрах. По своему опыту, я бы рекомендовал использовать емкости аккумуляторов порядка 1/10-1/12 от максимальных токов в статике, и со значениями токоотдачи в 25-30С – для систем на 2-4 элементах, и 16-25С – на 5-10 элементах. Это даст приемлемый вес батареи, приличное время полета и невысокую стоимость сборки. Сборки с токоотдачей 35-40С оставим вертолетчикам, где необходимое время полета заметно ниже, а пиковые нагрузки - намного выше.

Что бы подвести некоторый итог – приведу очередную табличку наиболее популярных решений:

Вес самолета Емкость сборки/необходимая токоотдача (кол-во элементов)

130-200г 300-500мА /20-25С (2 банки)
200-300г 500-800мА /20-25С (2-3 банки)
400-600г 900-1300мА/16-20С (3 банки)
600-1300г 1500-2200мА/16-25С (3 банки)
1300-1700г 2500-3000мА/25-30С (3 банки), 16-20С (4 банки)
2000-2700г 3300-3700мА/16-20С (5-6 банок)
2500-3000г 3700-4200мА/16-20С (6 банок)
3500-5000г 3300-4000мА/16-20С (8-10 банок)

Опять же, это всего лишь типичные примеры, которые не стоит рассматривать как однозначное и безальтернативное решение.
Эксперементировать можно и нужно. А эта таблица всегда послужит нам хорошей стартовой платформой.

Теперь, когда наша мотоустановка укомплектована, пора переходить к практическим испытаниям, и анализу того, что у нас в итоге получилось.

6. Вопросы безопасности, и немного о культуре сборки.

Прежде чем запускать мотор хотелось бы еще раз предупредить о элементарных правилах безопасности. Я как то сам, несколько лет назад, был пошинкован игрушечным на вид винтом 9х6Е, с вываливанием вен из запястья, и с последующим наложением 6 швов. Если даже 2212/20 способен натворить такое – думаю, не стоит даже предполагать, что может устроить киловаттный мотор с хорошим электрическим винтом… Следует строго придерживаться нехитрых правил – включать питание только непосредственно перед запуском мотора, никогда не стоять в плоскости вращения винта, внимательно следить за посадкой винта на вал мотора и его креплением. При испытаниях больших моделей стоит производить все действия с кем либо из коллег или друзей… Никогда не оставляйте без присмотра Вашу модель и пульт управления, если в ней установлен аккумулятор. Не допускайте детей к Вашему рабочему месту, когда на нем доступны аккумуляторы, воздушные винты (Е-серией можно легко пораниться), и тем более, если на столе стоит готовый к вылету собранный самолет. Я понимаю, что это прописные истины, понятные каждому разумному человеку, и тем не менее прошу простить за занудство – лучше перебдеть.

Теперь несколько слов о сборке. Довольно частая причина неустойчивой работы БК- мотора – это непропай или плохой контакт на одной из фаз. Если мотор дергается при запуске, или не может решить в какую сторону вращаться – проверьте в начале разъемы. Если они затянуты термоусадкой – не поленитесь вскрыть ее, и проверить, насколько хорошо провода впаяны в разъемы. Часто, при внешней кажущейся исправности соединений, достаточно прогреть мощным паяльником разъем в месте пайки – и неполадки с запуском устраняются. Второй нюанс – это разъемы питания. При токах до 15-17А можно использовать 2мм штыревые разъемы. Они легкие, и разъединяются с небольшим усилием, обеспечивая при этом надежный контакт. При токах более 20А уже имеет смысл переходить на 3,5 и 4мм штыревые разъемы, либо на Т-соединители типа Deans Ultra. Следует иметь ввиду, что Т-коннекторы сомнительного производства часто не обладают должным качеством контактов, и при токах 40-50А и выше уже не справляются со своими обязанностями. Это выражается как в просто в плохом контакте (искрят, нагреваются), так и в механических разрушениях, которые при токах 50-60А и напряжениях от 20 вольт и выше становятся просто опасными при в эксплуатации. Не следует экономить на разъемах в мощной мотоустановке – выигрыш в 2-3 доллара может обернуться потерей дорогостоящей модели…

7. 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-мене 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 полу-профессиональный 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 расчитаны 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 из 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 придеться 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 расчитать 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 помошью графиков.

В качестве полевой альтернативы компьютеру, возможно подключение внешнего дисплея (размером с пол-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.

1. 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.
2. 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.
3. 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.

8. Заключение.

Таким образом, теперь у нас есть набор необходимых представлений и инструментов, позволяющий самостоятельно подбирать, расчитывать 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)

Кирилл! Огромная благодарность за статью!!! Супер!

P.S. На всякий случай скопировал себе. Мало ли…

Незашто 😁
Я единсвенно что сейчас думаю - наверно стоило это постить в “новичках”… Ну да ладно. Модераторы разберуццо, если сочтут нужным.

ЗЫ. Набольшое дополнение к “анализу”.
Если пользоваться современными аккумуляторами, нередко возникает ситуация, когда просадка акка по напряжению под нагрузкой реально меньше, чем вычисляемая мотокалком. Т.е. например мотокалк пишет что напряжение сборки под нагрузкой 20,5в, а на деле оно 22,3в (скажем, свежезаряженный акк в первые минуты работы). Отсюда реальные токи и обороты выше. Я к чему - обычно стараюццо замерить токи и обороты, но забывают проконтролировать напряжение. Потом долго чешут репу, отчего мотокалк дает погрешности в 10-15%… Выход прост. Подкоректируйте напряжение банки в настройках акков, чтоб напряжение реальное и вычесленное - совпадали.

У меня буквально сегодня это происходило при замерах свежекупленного мотора на 2,5квт.
Мотокалк кажет просадку до 3,2 на банку, а у меня в реале 3,8 😉 Еслиб не чухнулся вовремя - килограмма полтора тяги потерял бы в расчетах 😉

Кирилл! Спасибо за статью. Преклоняюсь перед людьми, которые вот так, совершенно безвозмездно, делятся своим опытом, тратят время на написание таких толковых и для многих начинающих, очень полезных статей. Еще раз спасибо!

Кирилл! Я думаю эта статья не только для новичков, но и для многих других. Им тоже не мешало бы эту статью почитать.
Недели бы две назад эту статью мне в руки, не мучался бы с выбором с ВМГ для Эджа 57".
Еще раз огромный респект!

Преклоняюсь перед людьми, которые вот так, совершенно безвозмездно,

Ну уж… Мне прям неловко 😁
От всего есть какие-то выгоды, пускай и нематериальные 😉
Другое дело, что ничего плохого я в этом не нахожу, тем более если другие видят в этом пользу;)

Я думаю эта статья не только для новичков, но и для многих других. Им тоже не мешало бы эту статью почитать.

Ну… в статье много упрощений, и опущенных мелочей. Которые помимо того что сложно разжевывать, они еще и запудрят мозги чайнику. Второй момент - я пытаюсь излагать “на пальцах”, а это не всегда соответствует “научной” подоснове… Грубо говоря, я где-то могу слегка исказить теорию, чтоб проще объяснить практическую суть. Поэтому я специально указываю на начинающих, чтоб снять с себя подобные обвинения 😉
Есть специалисты, серьезно занимающиеся в этом направлением. У них наверняка найдется достаточно обоснованной критики по этой статье.

ЗЫ. Стоило мне выложить фотографию дисплея е-логгера, и расписать какая это хорошая штука - как он взял, и помер. Прям вчера, в руках. Гонит по экрану какието бессвязанные символы… Год отлетал на бензинке без проблем - а в сухой теплой моделке - помер, так его и растак… Вот и советуй что-нить после такого 😵

Ну, видимо его время пришло умирать . Штука полезная по любому.

Статью однозначно стоит залить в статьи и “прилепить” в теме. Иначе провалится - и все вопросы появятся снова.

ЗЫ. Стоило мне выложить фотографию дисплея е-логгера, и расписать какая это хорошая штука - как он взял, и помер.

Был сходный глюк, вылечился после перепрошивки. Ну и может быть просто банальный надлом провода панельки, пару раз плохо втыкал - показывала кашку…

Насчет прибора в принципе - есть и метр и логгер. Как то так вышло, что еметр больше пользую как прибор начальной настройки, стендовые параметры с него, в поле можно быстренько ткнуть, проверить, прикинуть. Потом на модель ставится логгер, отстраивается - ради такого дела даж инвертер купил, бук в машине цеплять - и отлетывается. Ну и незаменим совершенно приборчик на лодке, там кроме как на воде с логгера вообще информацию никак не получить. Датчики - обороты с бк, температура, силовые естественно, ручка газа - это как минимум. Стоит доп модуль памяти, панелька, ну и альтиметр и спидометр. Последнее больше для понту, не удержался 😃

Иван, видите как, вроде умные статьи пишу, а сам - дядел-дятлом 😁
Перепрошил - работает!
Спасибо огромное! 😃

Да пожалста 😃 Я сам случайно догадался в своё время, просто тыкал во всё подряд с горя, что оно скисло… И был, кстати, еще один глюк, но это наверное в моей конфигурации только актуально, у меня двойка с расширителем памяти, так вот, если расширитель оторвать - то нормально прибор начинает работать только после форматирования памяти, даже если потом приконтачить его обратно, иначе показывает только текущие значения, а в память льёт прямые, стоящие на максимуме возможного измерения (типа 99999 ватт 😃))

Подкоректируйте напряжение банки в настройках акков, чтоб напряжение реальное и вычесленное - совпадали.

Эт как? Там можно только тип химии выбрать или сопротивление банки изменить. Может вы во внутрь Мотокалька пробрались? Если так, то было бы очень интересно узнать вход 😃
Я эту проблемму решаю очень просто, ставлю сопротивление - 0,0001. И то, не додает по напруге. На чем он напряжение отжирает? Не понимаю.
Мои скромное ИМХО: Мотокляка нужна для сравнительных подсчетов, считать в ней нужно винт и двигло, по отдельности. На регули и батарейки не заморачиваясь, просто ставим для всех вариантов одинаковые. Получаем ответы “в попугаях”, и фих с ним, ибо 36 попугаев всегда больше 35!
Наиболее точные подсчеты статики в калькуляторах от Скорпиона и Дуалская.
Динамику же нужно с логгером ловить.

Эт как? Там можно только тип химии выбрать или сопротивление банки изменить.

Добавить банку, или набрать кадмием с шагом 1,2 😉
Там пофигу токоотдача и тип химии.
Важно только выходное напряжение, все остальные параметры влияют только на него…
вообще странно. в старых версиях напряжение вроде менялось в настройках банки…

считать в ней нужно винт и двигло, по отдельности.

Двигло считать отдельно от винта - это крайне полезное занятие 😁

На регули и батарейки не заморачиваясь, просто ставим для всех вариантов одинаковые.

На оегули - да. На акки - стоит заморочиццо, ибо разброс может быть процентов до 20-25 по токам.

Дятлу(одному из их гнезда) за статью респектище.
Кирилл,ну чтож вы таки года 3 назад такого не написали?😃

Кирилл,ну чтож вы таки года 3 назад такого не написали?😃

Тогда я не был настолько самоуверенным типом 😁

Я пока не читал, но не осуждаю 😁. Наоборот, хорошее дело ты придумал 😃.
Первый снимок вообще улет - просто аптекарь Кошкин, типа “мало… много…” 😃 😂 😃.

Замечательная РАБОТА !!

Мо-ло-дец 😃

Большое спсибо! Теперь пойду спать спокойно, а то уже неделю немогу уснуть из-за этих прикидок: а какой, а подойдет-ли и т.д. Класс. Все сходится и получается.

Я ещё не прочитал, только что увидел. Сейчас почитаю как раз искал подобную статейку. Автору дай БОГ здоровья.