Akú najväčšiu (najťažšiu) batériu možno dať do koptéry?
A keďže medzi rozmermi batérie, jej hmotnosťou a jej (energetickou) kapacitou je dosť tesný vzťah, tak je jedno, či sa budeme pýtať na rozmery batérie, na jej váhu, či na jej kapacitu.
A tiež nám bude záležať na tom, aby s takýmto nákladom koptéra aj lietala.
autor: Janko O.
Samozrejme máme na mysli batériu s čo najväčšou kapacitou, aby koptéra lietala čo najdlhšie.
Tí, čo nás poznajú, si asi klepkajú na čelo a myslia si: „Tým už asi naozaj hrabe. Veď o koptéry sa nikdy nezaujímali a zrazu riešia takéto debility! 
“
Nuž, majú pravdu, ale našťastie len čiastočne: Koptéry alebo vrtuľníky ako také nás síce skutočne príliš nezaujímajú, ale posledných niekoľko rokov všetci traja (bratia) pomerne intenzívne žijeme konvertoplánmi. A tie sa fyzikálne, dynamikou letu ale aj spôsobom riadenia náramne podobajú na koptéry alebo na vrtuľníky.
A tak sme sa chtiac-nechtiac museli začať zaujímať aj o túto problematiku. Veď už v článku „(Ešte musím veľa) Trénovať, trénovať a trénovať“ spomíname, že sme (Miroslav aj ja) na nácvik lietania s našimi konvertoplánmi využili naše simulátory, no ako simulačný model sme však museli zvoliť vrtuľník.
Po prvých nesmelých letoch, keď sa nám aj päť minút vo vzduchu zdalo ako večnosť (po ktorých sme si s úľavou vydýchli a utreli pot z čela), sme začali byť trochu „ofúknutí“ a aj 7 (slovom sedem 
) v priebehu hodiny vylietaných batériových pakov mi bolo málo. A tak sme začali premýšľať, ako dobu letu predĺžiť.
Našťastie päťmotorová XC-142-ka je na tom trochu lepšie: jej energeticky „výdatnejšia“ batéria (6-čl. 2650 mAh) poskytuje skoro 8 minút letu. No môj CanadAir CL-84 sa so svojím 4-článkom 2650 mAh udrží vo vzduchu naozaj len niečo vyše 5 minút.
Pravdu povediac, začal s tým Milan, keď sa spýtal, že čo by sa stalo, keby sme do XC-142-ky dali väčšiu batériu (s väčšou kapacitou), alebo dve doterajšie batérie zapojené paralelne. Nuž nemal som po ruke fundovanú odpoveď a tak som ho „uzemnil“ tým, že väčšia batéria v prednej časti modelu (tak ako je umiestnená teraz) by nebezpečne posunula ťažisko, ale hlavne: pri určitej veľkosti (a teda kapacite a váhe) batérie by hmotnosť modelu narástla tak, že by nebol schopný letu.
Neskôr sme s Miroslavom začali problematiku preberať podrobnejšie a vtedy som si uvedomil, že som síce Milanovi neklamal, ale na druhú stranu som mu vďaka silnému zjednodušeniu nepovedal ani úplnú pravdu. Pretože tak ako vždy, veci sú spravidla komplikovanejšie a jednou vetou sa popísať nedajú.
Tak ako to teda je? Akú najťažšiu batériu môžeme do modelu „naládovať“, aby to ešte lietalo?
Výsledkom nášho úporného snaženia, prehrabávania sa v grafoch a analyzovania ich „prienikov“ je tento náš graf:
Aby ste sa vyznali v tej spleti čiar a ladných kriviek, musíme začať opäť silnými zjednodušeniami.
Na vodorovnej osi (os x) je vynesená súhrnná (celková) hmotnosť modelu, teda hmotnosť modelu aj s pohonnou batériou (batériami) – fialová šikmá prerušovaná čiara. Pre úplnosť a názornosť je tam vynesená aj Váha modelu bez batérie – vodorovná šedá čiara.
Na vodorovnej osi (x) nakoniec dostaneme aj Dobu letu modelu („kóty“ v spodnej časti grafu). Ale najprv sa musíme „prehrýzť“ všetkými okolnosťami, ktoré ju ovplyvňujú.
Ďalšou (zjednodušujúcou) čiarou je svetlohnedá čiara s názvom „Maximálny ťah motorov“ v hornej časti grafu. Tá udáva maximálny ťah (v gramoch či kilogramoch) všetkých motorov koptéry či konvertoplánu v stabilnom stave (napr. vo vodorovnej polohe). Ten je daný „konštaláciou“ modelu, teda počtom a parametrami vrtúľ, motorov, regulátorov a pri danom napätí pohonnej batérie (avšak uvažovanom v závere letu, teda pri skoro vybitej batérii) už nemôže byť väčší. Pre potreby nášho grafu sme si zvolili, že Maximálny ťah motorov nech je dvojnásobný ako je Váha modelu bez batérie.
Je zrejmé, že aby sa koptéra (vrtulník, konvertoplán) udržala vo vzduchu, jej váha (so všetkým, aj s batériami) nemôže byť väčšia ako je maximálny ťah motorov. Keby Skutočná váha modelu aj s batériou bola rovnaká ako Maximálny ťah motorov, tak by model akurát „visel“ vo vzduchu. Tomuto stavu zodpovedá bod Z (ani to nie je bod, ale len písmeno na pravom okraji grafu). Tento bod je taký nepodstatný, že sa ocitol nielen na okraji grafu ale aj na okraji nášho záujmu: veď kto by chcel model, ktorý ledva-ledva visí vo vzduchu, prípadne klesá, ale do výšky ho musíme „dostrkať“ manuálne?
Preto model: koptéra, vrtulník či konvertoplán musí mať „Nadbytok“ ťahu. Pôvodne sme uvažovali aj nad výrazom „rezerva“, ale to nie je výstižné, pretože rezerva nemusí byť počas existencie nejakého zariadenia nikdy použitá, ale Nadbytok ťahu je pre koptéru nevyhnutný. Prečo? Jednak: Nadbytok ťahu je rozdiel Maximálneho ťahu motorov a Skutočnej váhy modelu aj s batériou a je potrebný na to, aby model mohol nielen visieť a klesať, ale aj stúpať.
A tu sa vynára asi najdôležitejšia otázka: Aký veľký by mal byť Nadbytok ťahu? Po dlhom „handrkovaní“ sme do grafu vyznačili výraznú šikmú modrú čiaru s označením: „Váha modelu s batériou a 20%-nou rezervou“. Podotýkame, že podľa nášho názoru 20%-ný Nadbytok ťahu je už dosť malý. Je to hodnota na hranici použiteľnosti daného zariadenia: keď taký model začne výraznejšie klesať, nie je jednoduché klesanie zastaviť, chvíľu to trvá a ak nemáme dostatočnú výšku hrozí náraz modelu do zeme.
Keď sa Váha modelu s batériou a s 20%-nou rezervou (aby sme dostali 20%-ný Nadbytok ťahu) bude rovnať Maximálnemu ťahu motorov koptéry, dostaneme v našom grafe bod Y a tomu zodpovedajúcu Dobu letu. Keby sme použili menšiu (ľahšiu) batériu, budeme sa od bodu Y posúvať doľava: Doba letu sa skráti, ale Nadbytok ťahu vzrastie a model tak bude svižnejší, dynamika letu bude väčšia. Zväčšovať váhu (aj kapacitu) batérie a posúvať sa tak od bodu Y doprava radšej nebudeme, pretože Nadbytok ťahu už bude nedostačujúci a môže sa nám hravo stať, že aj „nevinné“ klesanie budeme bezmocne sledovať ako spomalený záznam pádu modelu (hoci motory sme rozbehli naplno).
Inou, zdanlivo nezmyselnou, otázkou je: Akú najmenšiu batériu je možné použiť? Nejaký nadšený priaznivec adrenalínového lietania si môže povedať: „Použijem čo najmenšiu, teda najľahšiu batériu a z mojej koptéry sa stane nedostižný dravec s fantastickým Nadbytkom ťahu. Tých pár sekúnd mi za to stojí!“ Áno, aj takto je možné uvažovať, ale je treba vybrať takú batériu, ktorá je schopná dodávať motorom dostatok prúdu po určitú (ešte zmysluplnú) dobu letu. A keďže maximálny odoberateľný prúd je daný Céčkami (ktorých hodnota môže byť len „nejaká“ (reálna)) a kapacitou batérie, je zrejmé, že batéria nemôže byť nekonečne malá, ale opäť musí byť „nejaká“ (reálna). Túto okolnosť sme zohľadnili zvislou šedou čiarou v ľavej časti nášho grafu. Tomu zodpovedá Minimálna (ešte zmysluplná) doba letu.
Vtedy by bol model najsvižnejší, jeho let by bol najdynamickejší, pretože by mal najväčší Nadbytok ťahu (daný vzdialenosťou bodov A a C). Pochopiteľne, jeho let by vtedy bol aj najkratší.
Prečo sme však v predchádzajúcich dvoch vetách použili podmieňovací spôsob: „by bol“, „by mal“? Pretože veci sú ešte zložitejšie: model s väčšou (rozumej ťažšou) batériou musí vyvodzovať väčší ťah motorov, teda motory musia mať vyššie otáčky. Pri vyšších otáčkach však vrtule (koptéry) pracujú v menej efektívnom režime: efektívnosť ich ťahu (Thrust efficiency - g/W) je nižšia, čiže pri jednotkovej spotrebe (1W) majú menší ťah (g), alebo inak: na vyvodenie jednotkového ťahu spotrebujú viac energie.
Túto skutočnosť sme v našom grafe zohľadnili pomocou výraznej červenej krivky, ktorej sme dali meno: Korigovaný maximálny ťah motorov. Súčasne sme v grafe vyznačili akúsi „záujmovú“ oblasť: je to tá svetlohnedá plocha približne trojuholníkového tvaru, ohraničená vrcholmi „A“, „B“ a „Medzný bod“. Medzný bod zohľadňuje onen už spomínaný životne dôležitý minimálne 20%-ný Nadbytok ťahu.
Keby sme naopak preferovali čo najdlhšiu dobu letu, hoci aj za cenu „lekvárovitého“ charakteru letu modelu, použili by sme pravú časť „Rozsahu použiteľnosti“. Výsledkom by bola vysoká kapacita ťažkej batérie (v našom grafe by jej hmotnosť dosahovala takmer 50% hmotnosti modelu), samozrejme za cenu nevalných letových vlastností a nutnosti neustále myslieť na to, že máme kriticky malý Nadbytok ťahu. Odmenou pre nás však bude najdlhšia „Reálna maximálna doba letu.“
A tak najlepšia bude asi ona povestná zlatá stredná cesta, teda približne stav, ktorý sme na grafe znázornili žltou zvislou čiarou. Použijeme síce trochu menšiu (a menej „kapacitnejšiu“) batériu, jej hmotnosť bude len asi 30% váhy modelu, avšak životne dôležitý Nadbytok ťahu (daný vzdialenosťou bodov A' a C') bude slušných asi 40%, čo nás pravdepodobne nebude tak často privádzať do nezvládnuteľných kolíznych situácií.
To na ktorej „zvislici“ v Rozsahu použiteľnosti sa chceme a budeme pohybovať závisí samozrejme od modelára, od jeho temperamentu. Adrenalínové typy budú voliť asi ľavú časť Rozsahu, kdežto rekreační „pohoďáci“ skôr pravú časť Rozsahu použiteľnosti.
<Staršie | tento článok | Novšie>
Napísané: 6. 12. 2021, 07:57 | Prečítané: 4342x | Kategórie: Pohony | Napísal: admin |
Komentáre: 0
Zatial tu nieje žiaden príspevok, môžeš začať ty:-)
Pridaj komentár
- Pre odoslanie správy môžete aj použiť klávesovoú skratku Alt+S. (Podporujú len niektoré prehliadače)
- HTML znaky budú prevedené na entity.
- Vyjadrujte sa tu ako doma, aby sme vedeli ako to u Vás vypadá.
- Odkazy začínajúce http:// budú automaticky prevedené na odkazy , nepoužívajte však v jednom príspevku viac ako 3 - to robia len spam roboti:-)