Návrh elektropohonu - jednoduché príklady
V našom článku "Návrh elektropohonu pre modely" popisujeme, ako sa dajú s pomocou programu DriveCalculator navrhnúť jednotlivé komponenty elektrického pohonu pre modely lietadiel.
Ale mnohým sa to zdá zložité a chceli by akúsi zjednodušenú "kuchárku".
A tak prinášame tento článok, ktorý navyše, okrem vrtuľových, rieši aj modely poháňané elektrickými dúchadlami.
autor: Janko O.
V modelárskej literatúre aj na viacerých modelárskych fórach je možné nájsť tabuľku, ktorá uvádza aký výkon (vo Wattoch) na 1 kg hmotnosti musí mať pohonná jednotka, určená pre danú kategóriu modelu. Rozsah je vzostupne od elektrovetroňov, cez cvičné motoráky až po 3D-akrobaty. Samozrejme, že pre každú kategóriu sú hodnoty udávané v určitom rozsahu a tak začínajúci modelár je zavalený množstvom čísiel, v ktorých nemusí byť jednoduché sa vyznať. V prípade, že sa jedná o záujemcu o elektro-dúchadlové modely (EDF), treba zohnať inú tabuľku.
Namiesto dvoch tabuliek ponúkame len dve čísla: 5 a 2. Číslo 5 je pre prtuľový pohon, číslo 2 je pre dúchadlá. Čo tieto dve "tajomné" čísla znamenajú, je uvedené na začiatku spomínaného článku, ale pripomeňme si to ešte raz:
- "Praktickými meraniami sme dospeli k empirickému vzťahu, že pre dobre navrhnutý vrtuľový pohon vychádza na každý spotrebovaný Watt elektrického príkonu ťah vrtule asi 5 gramov. Pre EDF je to len asi 2 gramy."
1. príklad:
Chceme model o hmotnosti 1 kg, ktorý by mal dostatok výkonu, aby mohol takmer "visieť na vrtuli".
Riešenie:
Aby mohol model takmer visieť na vrtuli, ťah jeho pohonnej jednotky musí byť rovný (ale radšej väčší) ako je jeho hmotnosť. Hmotnosť modelu je 1 kg, ťah pohonnej jednotky musí byť tiež 1 kg, ale radšej s určitou rezervou viac. Ale akú zvoliť rezervu? V inom článku na tejto Web stránke sa spomína, ako klesá ťah pohonnej jednotky pri poklese napätia batérie vplyvom vybíjania. Ak chceme, aby bol model dostatočne výkonný aj v závere lietania, zvolíme rezervu radšej väčšiu - napr. 50 %. Takže ťah pohonnej jednotky musí byť 1,5 kg (1500 gramov) a keďže sa jedná o vrtuľový model, použijeme "magické" číslo 5, ktorým hmotnosť modelu (v gramoch) vydelíme. 1500 gramov / 5 = 300 , to je príkon pohonnej jednotky vo Wattoch. Ak chceme zistiť maximálny odoberaný prúd, Watty vydelíme napätím batérie. Napríklad pre 3-článok LiPol je to asi 11 Voltov, takže 300 / 11 = 27 Ampérov. Ako dlho môžeme s konkrétnou batériou takto "akrobatiť" a aké Céčka by mala mať, nám v okamihu vyráta programová utilita BatElPoh.exe, ktorá je k dispozícii na stiahnutie v sekcii Download.
2. príklad:
Chceme nenáročný väčší cvičný vrtuľový model o hmotnosti do 4 kg, ktorý je ale určený na "miernejšie" rekreačné polietanie.
Riešenie:
Pre takýto model stačí ťah pohonnej jednotky zodpovedajúci asi polovici jeho hmotnosti, aby splnil účel pohodového lietania. Hmotnosť modelu je 4 kg, ťah pohonnej jednotky teda bude 2 kg (a lepšie o kúsok viac). Keďže to bude cvičný rekreačný model, nejakú rezervu mať nemusí. Opäť použijeme číslo 5 (ako v škole). Príkon pohonnej jednotky bude: 2000 gramov / 5 = 400 Wattov. Maximálny odoberaný prúd, napríklad pre 5-článok bude: 400 W / 18,5 Voltu = 21,62 Ampéra. Dobu letu a Céčka opäť zistím pomocou spomínanej Utility.
Teraz príklady pre dúchadlové pohony:
3. príklad:
Chceme malý a pomerne pomalý cvičný model o hmotnosti 600 gramov.
Riešenie:
Pre takýto model bude zodpovedajúci pohon elektrodúchadlom o priemere 55 alebo 64 mm s ťahom do 400 gramov. Jedná sa o cvičný model, rezervu mať príliš nemusí. Tentokrát ako "magické" číslo použijeme číslo 2. Príkon motora bude: 400 gramov / 2 = 200 Wattov, predpokladáme použitie 3-článku LiPol o napätí asi 11 Voltov, takže maximálny odoberaný prúd bude: 200 Wattov / 11 Voltov = 18 Ampérov. Dobu letu a Céčka batérie zistím s pomocou Utility.
4. príklad:
Chceme väčší a rýchly elektro-dúchadlový model stíhačky o hmotnosti 2 kg, s dostatkom výkonu na rýchle a strmé stúpanie.
Riešenie:
Tu budeme veľkorysí a doprajeme "virtuálnemu" modelárovi dostatok adrenalínu. Ťah pohonnej jednotky aj s rezervou nech je dvojnásobok hmotnosti, teda 4 kg. Na takéto "sústo" si trúfne len vyšpičkované dúchadlo o priemere 92 mm, alebo radšej niečo väčšie - EDF o priemere 127 mm. Je potvrdené, že toto dúchadlo tento ťah bez problémov dosiahne. Použijeme zase "magické" číslo 2 (pre dúchadlo 92 mm to bude ešte menej). Príkon motora vyjde: 4000 gramov / 2 = 2000 Wattov. Maximálny odoberaný prúd pri 6-článkovej LiPolke bude: 2000 Wattov / 22 Voltov = 91 Ampérov. Ak sa vám pri týchto číslach na čele objavili kropaje potu, chápeme. Ale ešte absolvujte poslednú etapu výpočtu, zvoľte si kapacitu batérie a pomocou programovej Utility zistite dobu letu a potrebné Céčka Lipolky. Ak vám po tvári okrem potu stekajú aj slzy, opäť chápeme. No čože, boli sme trochu rozšafní!
Ešte vo vzduchu visí jedna otázka: "Kde zoženieme pohonnú jednotku požadovaného výkonu?" Netreba zúfať, na mnohých modelárskych fórach sa takéto údaje bežne "vyskytujú". Navyše mnohí predajcovia (napr. HobbyCity) pri svojich ponúkaných motoroch často uvádzajú, že daný motor má s danou vrtuľou a pri danom napájaní takýto a takýto príkon (prípadne odber a ťah). Niekedy to vo svojich recenziách uvádzajú aj samotní spokojní majitelia.
Je zrejmé, že od pomeru ťahu pohonnej jednotky ku hmotnosti modelu závisí charakter modelu a štýl lietania s ním. Ak je ťah pohonu len zlomkom hmotnosti, bude to len veľmi vlažné poletovanie, vhodné najskôr pre cvičné hornoplošníky a elektrovetrone. Čím viac sa bude pomer zvyšovať, tým viac bude model živší. A keď pomer prekročí jednotku (ťah bude väčší ako hmotnosť), model začne byť "súci" na akrobaciu. A adrenalínoví piloti, tí stúpajú stále vyššie a vyššie.
Ak si chcete urobiť aspoň rámcovú predstavu o tom, aký ťažký model, akého konkrétneho typu, pre dané použitie, aký výkon motora bude potrebovať, stiahnite si v sekcii Download programovú utilitu NavrhElektroPohonu4p.exe. Budete mať predstavu o tom, aké prúdy bude motor odoberať z batérie, aké Céčka teda LiPolka musí mať a ako dlho motor pobeží.
Na záver by sme chceli podotknúť, že je vhodné použiť radšej mierne silnejší motor, ako vyšlo výpočtom a vhodnou vrtuľou ho zaťažovať nie na plno. Vtedy má vyššiu životnosť ale aj účinnosť a predchádzajúcimi výpočtami získané výsledky budú vernejšie kopírovať realitu, ako keď motor budete hnať na hranicu jeho možností.
V našich úvahách alebo výpočtoch sme predpokladali, že batérie majú stále také Céčka, ako je na nich napísané. Ale že to tak nie je, o tom pojednáva článok Céčka a vnútorný odpor LiPo akumulátorov. Aké Céčka vaše LiPol batérie skutočne majú môžete bez aj bez špeciálnych meracích prístrojov jednoducho zistiť, tak ako to popisuje článok Zistenie skutočných Céčok batérie bez špeciálnych prístrojov. Pre bežného modelára je toto zrejme najlacnejšia a najschodnejšia cesta, ako zistiť "kondíciu" pohonných batérií, ačkoľvek na našej Web stránke uvádzame aj návod na výrobu Merača vnútorného odporu LiPol batérií.
Súvisiace články:
Zistenie skutočných Céčok batérie bez špeciálnych prístrojov
Účinnosť ťahu elektropohonu - čo to je?
Jednoduchý návrh elektro pohonu pre modely
Programy pre návrh vrtuľového aj EDF elektro pohonu modelu
Pokles ťahu pohonnej jednotky počas letu modelu
Zmena elektropohonu na pohon inou LiPol batériou
Porovnanie výkonov dvojlistých vrtulí s vrtuľami viaclistými