Search in topic

Доработки микросамолёта SU-26m

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!!!

100 грамм… разорвет сушку!!!

Мой опыт показывает, что средняя реальная тяга будет меньше процентов на 20.
Поэтому гарантированная тяга получится около 70- 80 грамм, т.е. получится коэффициент энерговооружённости равный двум.

А это стандарт для 3D- моделей.

Сегодня после очередных полётов с этой доработкой заметил следующее- от полётов к полётам субъективно максимальная тяга падает.

Попробуйте смазать мотор. Моему явно не хватало смазки.

Сергей спасибо за совет, но похоже он не поможет, т.к. вал двигателя очень хорошо вращается, даже слишком хорошо.
Я имею ввиду то, что при вращении ротора рукой я субъективно чувствую более слабое (по сравнению с новым мотором) периодическое сопротивление полям магнитов ротора.

Возникает закономерный вопрос, если магниты могут потерять свою силу в критических условиях больших токов, почему это не может произойти и в менее критических ситуациях?
Например, все мы знаем как легко намагнитить сталь магнитом, но ведь легко её и размагнитить с помощью электромагнита с переменным магнитным полем.

Сергей, есть ли у Вас данные по эффекту размагничивания магнитов ротора БК моторов в некритических условиях эксплуатации и как следствие потери их тяги?

Сегодня опять летал на доработанных сушке(БК) и Мустанге(БК+ редуктор).
Засомневался я в неоспоримых преимуществах Мустанга.
Несомненно Мустанг может летать значительнее медленнее сушки, но чёткость (прямолинейность) полёта Su-26m меня больше восхищает.
Хотя Мустанг неоспоримо красивее сушки.
И ещё, мощность последнего БК привода сушки ощутимо превосходит БК с редуктором в Мустанге.