Search in topic

Доработки микросамолёта SU-26m

Почитал немного племику на тему “редуктор” - “без редуктора”…
Независимо от самой полемики очень понравился подход Vladimir88 - проверить (и измерить) разные движки с разными винтами, регуляторами, аккумуляторами. Еще очень понравился комплексный подход к оценке веса - надо учитывать все.
Теперь о “редуктор” - “без редуктора”.
Легко доказать, большой низкооборотистый винт с большим шагом на той же подводимой мощности даст бОльшую тягу, чем более высокооборотистый винт с мЕньшим диаметром и/или шагом.
Редуктор имеет недостатки - вес, надежность, КПД не равный 100%
Но имеет и серьезное преимущество - может ПРАВИЛЬНО нагрузить двигатель с достаточно крупным (шаг, диаметр) винтом.
Что значит ПРАВИЛЬНО?
Крутящий момент двигателя пропорционален I-I0, где I - рабочий ток, I0 - ток без нагрузки. Обороты двигателя равны Kv*(U-I*R). U - напряжение питания, R - сопротивление всей цепи питания ( сопротивление обмоток + сопротивление проводов + сопротивление регулятора + сопротивление Акк).
При плавном увеличении нагрузки (размер винта) сначала достигается точка максимального КПД, затем (на токах в 2-3 раза бОльших) точка максимальной мощности. Если нагрузку (винт) увеличивать дальше, то мощность двигателя начнет падать (просто обороты будут падать быстрее, чем расти ток). И вот ПРАВИЛЬНАЯ нагрузка подразумевает (если Вы хотите получить большую тягу), что ток должен находиться между точкой максимального КПД и точкой максимальной мощности. Чем ближе при этом окажется точка максимального КПД, тем лучше.
Прозвучала здравая и интересная мысль - подобрать движок с подходящим Kv и обойтись без редуктора. К сожалению, тут есть подводный камень - чем больше Kv, тем больше возможная мощность двигателя (имеется ввиду одна и та же серия двигателей). Причина простая Kv обратно пропорциональна количеству витков, а сопротивление обмотки пропорционально КВАДРАТУ количества витков.
Вот пример. D1400 TURNIGY (не знаю, насколько они хорошие, просто на них есть подробные данные)
D1400-2000 I0 - 0.2A, R - 1.46 Ом
D1400-3000 I0 - 0.3A, R - 0.585 Ом
D1400-4500 I0 - 0.4A, R - 0.382 Ом

Вот что получается при рассчете по вышеописанным формулам для 3.7 В. Реально будет хуже.

Точка максимального КПД (мощность на валу, ток, обороты)
D1400-2000 Мощность на валу - 1.3 Вт, I - 0.7 А, N -5300
D1400-3000 Мощность на валу - 3.1 Вт, I - 1.4 А, N -8600
D1400-4500 Мощность на валу - 4.2Вт, I - 1.8 А, N - 13500

Точка максимальной МОЩНОСТИ (мощность на валу, ток, обороты)
D1400-2000 Мощность на валу - 1.9 Вт, I - 1.3 А, N -3500
D1400-3000 Мощность на валу - 5.1 Вт, I - 3.0 А, N -5700
D1400-4500 Мощность на валу - 7.8 Вт, I - 4.2 А, N -9300

Сравните возможные мощности. В итоге вопрос “редуктор - не редуктор” определяется тем, где Вы хотите потерять… На маленьком винте? На КПД/надежности редуктора? На более тяжелом двигателе? На тяжелом реге и Акке?
P.S. Забыл написать чему равна мощность на валу
W=(I-I0)*(U-I*R) Естественно, это “в идеале”. А практически все эти формулы не учитывают довольно много всяких “мелочей”. Тем не менее, ими активно пользуются для оценок.

…Сравните возможные мощности. В итоге вопрос “редуктор - не редуктор” определяется тем, где Вы хотите потерять… На маленьком винте? На КПД/надежности редуктора? На более тяжелом двигателе? На тяжелом реге и Акке?..

Сергей, спасибо за полезную информацию, которую Вы нам дали.
Но несмотря на это у меня остались “простые” вопросы.

1. Берём один и тот же мотор с редуктором и без него.
   В каком случае максимально- возможная тяга будет выше, и что будет с потребляемой мощностью в этих вариантах.

2. Если с редуктором тяга получается больше, то на сколько гипотетический, аналогичный по свойствам мотор может иметь меньшую электрическую мощность, чтобы сравняться по тяге с мотором без редуктора?

Я там отвечаю на вопросы по этому микробу кому интересно. Имеет смысл прочитать всю тему и ссылки мои на другие темы посмотреть.[/QUOTE]

извините и меня тоже. наверно тоже слегка погорячился, что Вы ничего не привнесли в настоящее, наверное каждый, кто пишет на этом форуме привносит свою крупицу в общее дело моделизма, просто у кого-то эта крупица немного больше, у кого - то меньше.
с наступающим всех!

Владимир и все, кто сюда заглядывает!
Поздравляю с наступающим Новым годом! И желаю всем здоровья и много новых, интересных микро-моделей! А также, удачных полетов и летной безветренной погоды!

1. Берём один и тот же мотор с редуктором и без него.
   В каком случае максимально- возможная тяга будет выше, и что будет с потребляемой мощностью в этих вариантах.
2. Если с редуктором тяга получается больше, то на сколько гипотетический, аналогичный по свойствам мотор может иметь меньшую электрическую мощность, чтобы сравняться по тяге с мотором без редуктора?

Проще ответить на второй вопрос. На примере. Из моего предыдущего сообщения.
Допустим на каком-то винте на двигателе D1400-3000 (возможно 6*4 или 7*3) получили максимальную тягу и ток при этом был 3А. Для него имеем:
Мощность на валу - 5.1 Вт, I - 3.0 А, N -5700
Ту же мощность развивает двигатель D1400-4500 на токе 2А (близко к максимальному КПД), но обороты у него при этом около 13000. Так что, мы получим ту же тягу, использовав D1400-4500 с редуктором около 1:2.5. При этом ток будет в полтора раза меньше.
Чтобы ответить на первый вопрос, нужно будет немного “теории на пальцах” - в том смысле, что не будет “заумных формул реального винта”, а будут только довольно общие соображения (которые при этом, с точностью до коэффициентов, достаточно точно отражают работу винта).
1 Тяга винта создается отбрасыванием струи воздуха назад с некоторой скоростью. Условно можно считать количество отбрасываемого воздуха равным M=P*S*V*T*K1*K2, где P - плотность воздуха, S - ометаемая площадь( 3.14*D*D; D - диаметр винта), V - произведение шага на скорость вращения (в м/с), T - время, K1 - коэффициент, связывающий ометаемую площадь винта и “площадь струи”, K2 - коэффициент, связывающий N(об/сек)*H (шаг) и “скорость струи”.
Если вспомнтить из физики F*T=M*V, то получим тягу
F=(P*S*V*T*K)*V=D*D*V*V*K, где K=3.14*P*K1*K2, Первое V - “скорость, попавшая из массы”, а второе V - просто скорость
F=D*D*V*V*K
Какая нужна мощность (в идеале, без учет всяческих потерь)?
Вспомним кинетичекую энергию.
E=M*V*V/2 ; W=E/T (W мощность); W=(D*D*V)*V*V*Kw
W=D*D*V*V*V*Kw (Kw - коэффициент, куда вошла 1/2 и остальные коэффициенты)
Итог:
Тяга винта пропорциональна КВАДРАТУ его диаметра и КВАДРАТУ произведения шага на скорость вращения.
Потребная мощность пропорциональна КВАДРАТУ его диаметра и КУБУ произведения шага на скорость вращения
*** Конкретный расчет ведется по заумным формулам, учитывающим:

• форму лопастей;
• кривизну лопастей;
• профиль лопастей;
• краевые эффекты на концах лопастей;
• краевые эффекты в центральной области винта;
• и, вообще, струя воздуха подсасывается из окружещего воздуха и распространяется в нем же, так что работает куча математики, описывающаа взаимодействие со средой (самые простейшие из них - законы Паскаля и Бернули).
  ***
  2 Следствие п1.
  Подобные винты (что считать ПОДОБНЫМИ) - отдельный вопрос) обладают следующими свойствами:
  Тяга винтов пропорциональна КВАДРАТУ отношений их диаметров и КВАДРАТУ отношения произведений шага на скорость вращения.
  Потребная мощность пропорциональна КВАДРАТУ отношений их диаметров и КУБУ отношения произведений шага на скорость вращения.

3 “Очевидные потери”. Имеются ввиду потери, не связанные с “жуткой математикой”.
1 Профильное сопротивление лопастей. Лопасть движется в воздухе. Есть трение, есть неидеальность обтекания. Так же как и у крыла, есть ПРОФИЛЬНОЕ сопротивление. Большой у него вклад или маленький?
Попробую просто на примере. Есть винт 5*3 и винт 6*3. Попробуем оценить разницу профильных сопротивлений на скорости вращения 9000 об/мин=150 об/сек. D1=12.5см D2=15см. Так что, оцениваться будет сопротивление кончиков лопастей по 1.25см, средний диаметр 13.75см.
V (скорость лопастей) = 150(1/сек)*13.75(см)*3.14=6475см/сек=65м/сек
Будем считать, что средняя ширина кончиков лопастей чуть меньше 1см и площадь кончиков S=2 см^2= 0.02 дм^2
Подсчитаем Re (для ширины лопасти 1см=10мм) Re=69*X*V=69*10*65=45000.
Для таких Re (и учитывая малую хорду, и, как следствие хреновый профиль)
Сх (коэфициент профильного сопротивления) будет иметь величину от Сх=0.03 до Сх=0.05; будем считать, что Сх=0.04
Упрощенная формула расчета аэродинамических сил F=0.6*С*S*V*V, где С - аэродинимический коэффициент (Сх, Сy, CL, CD, сила в граммах, площадь в дм^2, скорость в м/сек)
F=0.6*0.05*0,02*65*65=2г. Потребная для этого мощность W=F*V=2*65/102=1.3 Вт (102 - перевод в Ньютоны)
А теперь сравните эту мощность с мощностью на валу используемых двигателей (винт 6*3 на этих оборотах дает 120-150г тяги). И при этом посчитана “бесполезно теряющуюся мощность” при переходе от 5*3 к 6*3. То есть, полная “бесполезная потеря” будет больше в раза в два - три…
Следствие.
У маленьких маломощных винтов очень приличный процент мощности теряется просто на “вращение винта” (несколько десятков процентов).
Эти потери пропорциональны КУБУ скорости вращения (если считать в об/мин; сила пропроциональна квадрату скорости и умножается на скорость) и ЧЕТВЕРТОЙ степени диаметра (площадь лопасти условно можно считать пропорциональной диаметру и скорость пропорциональна диаметру).
Следствие. Винты с маленьким шагом менее выгодны, чем винты с большим шагом (близкие к оптимальным - “квадратные”, у которых диаметр и шаг равны), так как у них, при тех же “бесполезных потерях” больше энергии уходит на “толкание воздуха”)
2 Закручивание воздуха винтом. Никогда не пытался толком оценить. Для не очень больших шагов (шаг меньше 1.5* диаметр) эти потери не очень велики.
************
А теперь посмотрите на все, что написано выше. К сожалению, это надо учитывать при оптимизации ВМГ.
Возьмем движок D1400-4500
На напряжении 3.7 В с винтом 5*3 он даст тягу около 100г (у меня столько же
дал приблизительно на тех же оборотах D1811-1800 на 7.4В) и ток при этом будет около 4А, обороты - 9000.
" бесполезные потери" я когда-то для этого режима оценивал W=2-3 Вт
Ставим редуктор 1:3 и рассчитываем под те же обороты двигателя.
Поставим винт с шагом 6. Тогда N*шаг составит 2/3 от исходного. Тяга при том же диаметре - 4/9, мощность 8/27.
“Восстановим мощность” увеличением диаметра. Диаметр надо увеличить в корень квадратный из 27/8. D=9. При этом ометаемая площадь будет 27/8.
Сответственно, тяга - (4/9)*(27/8)=3/2. То есть, тяга увеличилась в полтора раза при той же мощности. Винт получился - 9*6. Можно оценить и изменение “бесполезных потерь”. Скорее всего, они уменьшатся (за счет уменьшения скорости лопастей в м/с)…

К сожалению, это - “теория”, а практически надо все подбирать и пробовать.
Лично у меня попытка использовать редуктор не получилась - не сумел сделать хороший редуктор и все потерял на нем…

Сергей, большое спасибо за такой подробный анализ, из которого следует подтверждение моих практических замеров.

Таким образом Вы подтвердили с теоретической точки зрения, что использование качественного редуктора при одной и той же тяге позволяет экономить на потребляемой мотором мощности и как следствие- на весе системы , т.к. для меньшей мощности можно использовать меньшие по весу мотор, регулятор и аккумулятор.

…такой подробный анализ, из которого следует подтверждение моих практических замеров…

К сожалению, анализ, даже подробный - это только слова. Намного важнее и полезнее то, что сделали Вы. На этих размерах и мощностях теория работает очень условно. Не зря же на винтах разных фирм (с похожим параметрами) получаются разные результаты.
Практически анализ пригоден только для первоначальных оценок и позволяет (не всегда правильно) определить, в каком направлении двигаться при оптимизации ВМГ.
И последне из теории и практики (скорее, следствие моих замеров).
Я проводил измерения на карусели - то есть, измерял не статическую тягу, а тягу на разных скоростях движения от нуля до скорости, близкой к скорости полета моего мотопланера. Измерения не особо хорошие (было лень действительно хорошо оборудовать карусель).
Обычно на картинках приводят почти линейное падение тяги от скорости полета. Максимум - статическая, а потом практически линейно падает до нуля при скорости полета равной N*(шаг) (м/с).
Я проводил замеры при разных N*(шаг) и разных небольших винтах (N*(шаг) был от 10 до 15м/с). Скорость карусели - от нуля до 6м/с. Результат:
Тягу лучше описывает не линейная зависимость, а разность квадратов скоростей
F=Fst*(Vv*Vv-V*V)/(Vv*Vv), где Fst - статическая тяга, Vv = N*(шаг) (м/с), V - скорость полета (м/с).
И разгрузки двигателя (уменьшения тока потребления при полете модели по сравнению со статической) тоже практически нет до скоростей V=0.5Vv

Ну вот и дошли руки до установки элитного мотора Mighty Midget 13/3/12

Производитель- www.microbrushless.com/productsG1.htm
Купить можно здесь- www.bsdmicrorc.com/index.php?productID=840

Напомню- в пределе тяга этого мотора при питании от 4,2 вольт достигла 70 грамм! (Два веса сушки!)

Сегодня отлетал на сушке с этой доработкой при морозе минус 15-17 градусов!
Среднее время полёта составило около пяти минут на АККах 350 мА/ч.

Было два полёта, больше сам не выдержал из-за мороза с сильным ветром до 5 м/с.

А я сегодня полетал на полностью штатной сушке. Время полета при такой же погоде было менее 2 минут на каждом акке. Самолет в штатном исполнении при такой погоде да еще против ветра мне показался очень слабый. Это для меня дополнительная мотивация переделать его в БК вариант.

Акки, кстати, на 240 на хобях появились.

Владимир, вы на хоббисити липучку для акков не встречали?

На ХоббиСити есть липучка, но её надо приклеивать-
www.hobbycity.com/hobbycity/…/uh_viewItem.asp?idPr…
www.hobbycity.com/hobbycity/…/uh_viewItem.asp?idPr…

А сейчас использую эту липучку, мне очень нравится-
www.bsdmicrorc.com/index.php?productID=690

Сегодня ветер в Южном Бутово был настолько сильным, что даже с моей последней доработкой мотора, самолёт едва справлялся с ним.

В ходе работы с идеальным редуктором, опять выяснилась неидеальность и опять в китайской части- теперь в моторе, т.е. проворачивалась его ось относительно корпуса ротора, пришлось закреплять её циакрином. Последняя китайская деталь в этом мотор-редукторе и опять достала.
Жду с нетерпением для этого редуктора французский мотор “Micro brushless MPS 2g” -
www.microplanesolution.com/mps_000004.htm.

Достали китайцы!
Осталось заменить их последнее слабое звено.

Сегодня впервые испытал в полёте этот идеальный мотор с редуктором, правда на микро- Мустанге.
Летал шустро, мотор с редуктором оказался настолько лёгким, что центровка оказалась чересчур задняя (правда я её усугубил расположением ближе к заду платой и проводами для бортовых огней).
После нескольких полётов и неудачной случайной фиксации винта при работающем моторе- отказало клеевое крепление оси мотора относительно корпуса ротора и ось опять стала сильно проворачиваться!
Да, как я понимаю Вас всех, не желающих связываться с редукторами!
Но я всё-таки создам реально идеальный БК мотор- редуктор для этого класса самолётов.

Владимир вы его на локтайт 603 зеленый для втулок посадите. Не будет проворачиваться. Я на него пинионы у вертолетов сажу.
И еще вопросик к тем у кого есть весы. Думаю купить. Цены деления 1 г достаточно будет?

Если взвешивать микро-самолёты целиком - то цена деления должна быть не более - 0,1 грамм.
А для взвешивания комплектации и отдельных узлов- цена должна быть не более 0,01 грамм.
Не путайте цену деления и погрешность измерения, грубо, как правило- погрешность в несколько раз больше цены деления.

По-моему, этот вариант оптимален (0,01 гр.)-
www.solo-k.ru/opis.php?razdel=8&sub_razdel=2&type_…

А я уже не могу обойтись без таких весов (0,001 гр.)-
www.solo-k.ru/opis.php?razdel=8&sub_razdel=2&type_…

Дауж… А я то думал пойду завтра в Мвидео и убью 2-х зайцев разом-весы на кухню, а заодно и мне пригодятся. А тут все сложнее гораздо. Возможно своего зайца убить не получится 😃 Куплю для начала на кухню наверно. Для замера тяги мотора достаточно будет. Я тут решил изготовить приспособу для замера тяги, как тут на ссылке где-то видел. Мотор будет дуть горизонтально, чтобы исключить эффект воздушной подушки, а приспособа через шарнир будет другим рычагом давить на весы. Для минимизации потерь в шарнире поставлю подшипники от соосника 8х4х3 2 шт.

Для замера тяги цена деления тоже не должна быть более 0,1 грамма!
При такой цене реальная погрешность весов составит около 0, 5 грамма, что является удовлетворительной погрешностью для замера тяги от 10 грамм (5 %), а при 50 граммах погрешность измерения составит около 1%.

Наконец-то руки дошли доковырять Сушку.

Вот кликабельные фото:

Вес с акком 240мАч - 38.3 грамма.
Тяги с винтом GWS 6х5 за глаза. Но моторчик греется порядком. Думаю, поставлю 6х3.

При проверке тяги самолет рванул так, что я от неожиданности упустил его и он в размаху в потолок ушел. Обошлось без повреждений (побелку с винта только стер). Но тяга явно выше 1.

Спасибо Владимиру за всё, что он тут пишет и показывает! 😃

Не умаляя вклада всех и каждого, скажу, что Владимир Иванов рулит 😃 Посты полезны, информация конкретная, всегда дает ссылки! Спасибо всем кто продвигает тему микро, оказывается все хотя и сложно но жуть как интересно!

Да, я бы точно не собрался мелко-сушку ковырять…

Сегодня впервые испытал в полёте этот идеальный мотор с редуктором, правда на микро- Мустанге…

…После нескольких полётов и неудачной случайной фиксации винта при работающем моторе- отказало клеевое крепление оси мотора относительно корпуса ротора и ось опять стала сильно проворачиваться!..

Чтобы ось вала мотора не проворачивалась, пришлось гравером сделать углубление около оси и её немного тоже гравером обработать, чтобы термо-клей лучше соединил эти детали.
(Потом я понял, что можно было просто снять ротор и слегка высверлить отверстие большим диаметром).
Термо-клей для лучшего соединения пришлось дополнительно нагреть жалом паяльника (поэтому жёлтый цвет).
(Возможно вместо термо-клея лучше использовать фиксатор резьбы или по совету Михаила (М.Ф.)- “локтайт 603 зеленый для втулок”).

Соединение на термо-клее получилось не очень надёжным.
После испытаний опять сорвало соединение.

Затем удалил термо-клей, снял с оси ротор, промазал циакрином ось, затем надел на неё ротор и сверху капнул ещё циакрином.
Теперь, думаю, должно держать “намертво”.
Испытания такого соединения прошли успешно.

Ну вот и дошли руки до установки элитного мотора Mighty Midget 13/3/12

Производитель- www.microbrushless.com/productsG1.htm
Купить можно здесь- www.bsdmicrorc.com/index.php?productID=840

Напомню- в пределе тяга этого мотора при питании от 4,2 вольт достигла 70 грамм(с винтом 6х5)! (Два веса сушки!)…
…
В качестве “регуля” использовал XP-7A…

Сегодня после очередных полётов с этой доработкой заметил следующее- от полётов к полётам субъективно максимальная тяга падает.
Не чувствую я 60 грамм тяги гарантированной производителем с винтом 6х3.
Субъективно сейчас максимальная тяга после десятка полётов около 50 грамм.
Такое ощущение, что магниты мотора постепенно размагничиваются от токового перегрева.
Хотя винт стоит рекомендованный - GWS 6х3

Чувствую, что меня устроит только БК от Gasparin G15 12W с пиковой тягой 100 грамм!
www.gasparin.cz/?show=frames&site=rc&page=rc/whats…

Или БК “Turnigy 1015 Brushless Inrunner Motor 11500kv” с редуктором от сушки пиковая тяга так же будет не меньше 100 грамм.
www.hobbycity.com/hobbycity/…/uh_viewItem.asp?idPr…

100 грамм… разорвет сушку!!!