Предел возможностей электро ВМГ-ликбез

Текущая версия на 12:36, 13 марта 2021

пиковый режим связки эд, рх и акку! Иногда из энергомотоустановки состоящей из цепи преобразований энергии типа электрический аккумулятор,регулятор хода и электромотора требуется вытянуть долговременную максимальную мощность без разрушающих последствий для компонентов ----например воздушный бой или гонка на летающем крыле на средние расстояния до 10-15 км аля формула 1 по видеоонлайн или электрический крылатый ракетоплан с вертикальным подъёмом на моторе до полной разрядке акку и потом планирование с высоты в 5-6 км----это режим максимальной потребляемой мощности при полном газу достаточно продолжительное время!

пиковый придел тяги электро-вмг Для связки воздушного авиамодельного винта с золотым соотношением шага к диаметру как ш/д=0.62 и бесколлекторным электромотором типа аутрайнер всегда есть простая зависимость---соотношение пика тяги на стопе в грамм силы к массе мотора в граммах всегда константа =20!!! например для авиамодели тренера массой 1кг при тяговооруженности 1 или 1000г силы достаточно электродвигателя массой всего 1000/20 =50г на полном газу без перекала!

пиковый ток бк электромотора У электро двигателей авиамодельной размерности тепловая мощность рассеивания в ваттах при охлаждении примерно равна массе мотора в граммах----тогда максимальный ток в течении 2-3 секунд приближенно можно вычислить как квадратный корень из соотношения тепловой мощности в ваттах к электросопротивлению в омах I=(Pт/R)0.5 ---например при массе 45г=45 вт----(45вт/0.06ом)0.5=27.3 а! Это пик броска тока при разгоне ротора на старте!

предел эму Если суммарную массу бк электромотора, регулятора хода и аккумулятора, то есть массу полной энергомотоустановки (ЭМУ) разделить на потребляемую максимальную мощность без вреда для компонентов, то цифра получается всегда 1кг на 1 квт или удельная мощность эму 1квт / кг ----для моделей 1ватт / грамм при времени максимальной мощности всего в 5- 6 минут или ток не превышает 12-10С для нормальной работы акку , тогда минимальная масса для эму бпла мощностью 100 вт равна 100 г, а для одноместного сла 10 квт=10кг! . Если массу эму принять за 100% то

многолопастый пропеллер фиксированного шага 3-5%-----1/20

бк мотора с крепёжной рамой 20-25% --------1/4

регулятора хода с радиатором 5-10% --------1/10

литьевый акку с проводами 70-65%----------- 2/3

на практике масса аккумулятора должна быть не менее двух масс вмг----Макку=2хМвмг=2(Мэд+Мрх+Мвинт)!!! например Мэд=100г, Мрх=40г, Мвинт=10гр то Мвмг=100+40+10=150г -----Макку=2х150г=300г

для увеличения продолжительности полёта нужно увеличивать относительную массу акку и понижать массу вмг, но тогда удельная мощность эму будет менее одного ватта на грамм!

полный КПД электро-вмг вся цепочка преобразования электроэнергии от аккумулятора через регулятор хода, электродвигатель, редуктор если применяется и винт в движение ла относительно воздуха имеет полный КПДвмг=(Fv)/(UI)! так как у каждого элемента цепи свой кпд, то их произведение и есть общая эффективность всей системы

КПДвмг =КПДэму х Кв= (КПДакку КПДрх КПДэд КПДред) КПДв х100%

например в полёте вмг для гонки КПДобщий=(акку 0.92 х рх 0.995 х эд 0.85 х ред 1.0) х винт 0.71=0.55=55% !

тяга винта в полёте на максимальной гор. скорости на полном газу в ньютонах F(н)=I(а) КПДв / Н(м) Ku(гц/в) например для квадратного винта диаметром и шагом по 113мм---- (18а х 0.7)/ 0.113м х 50гц/в=12.6/5.65=2.23н=225г силы

гонка Например весовая ведомость конкретной оптимальной эму примерно будет следующей----мотор 45 грамм (типичный аутрайнер 2209) + регуль 20гр + акку липо 135гр =итого сумма 200 грамм и значит долгая максимальная мощность 200 вт! Соответственно при суперзаряженном ла для гонок коэф мощности 4.5- 5 единицы----а масса эму равна массе планера или одна вторая от полётной----например эму массой 200 грамм плюс масса планера с авионикой тоже 200грамм =итого полётная всего 400 грамм! Соотношение мощности в ваттах к весу в ньютонах и есть удельный заряд мощности ла -----чем выше, тем быстрее скорость полёта! Получаем 200 вт/4н=50 м/с =180 км/ч---- это и есть возможный теоритический пик скорости в горизонте для электро авиамоделей без форсажа! За 6 мин=360 сек при скорости 50 м/с пройденное расстояние будет 50х360=18 000 м или 18км! При общем кпд вмг на полном газу 55% поглащенная мощность планером будет 110вт и сопротивление 2.2н при 50 м/с! Сделать маленький планер лк массой 120-110 грамм возможно ----остальная масса 80-90 грамм это авионика типа приёмник ру, рулевые машинки, гиростабилизация, телеметрия с видео онлайн.

расчёт электро-вмг Скорость потока в полёте делить на шаг равна частоте вращения винта ----1.1Vпол/H=(1.1х 50 м/с)/ 0.11м=55/ 0.11=50 гц

Соотношение частоты вращения к напряжению питания под нагрузкой 500 гц/ 10в=50 гц/в равна Ku бк мотора,тогда Кв холостого хода будет 1.1хКu=1.1х50гц/в=55гц/в=3300 и питание трёх банок липо акку ----например типовой акку массой 135 г при энергоёмкости Е=11.1В х1.8 АхЧ =20 ВТхЧ

Теоритическая воздушная скорость полёта в пикировании под углом к горизонту в 30гр будет Vпике=Hfхх=HвинтKвххUакку=67.5м/с---- и реальная в горизонте Vгор=0.73HвинтKвххUакку=0.73х0.11м х55гц/в х11.1в=49м/с

Суммарный мидель гонки не более 1 дм2, тогда квадратный винт ометаемой площадью 1дм2 и диаметром 11.3см и шагом 11см! С учетом частичного затенения потока от винта паразитным миделем фюзеляжа на практике получается следующее---

Расчётная воздушная сила тяги на старте электро-вмг ----это квадрат произведения диаметра винта на стендовую поступь, на Кв, на напряжение, на КПД мотора при н.у. Fт(н)=(0.95 D(м) h(м) Ku(гц/в) U(в) КПДэму )2

Стартовая тяга при КПДэд=80% и КПДакку=90%---(0.95х0.113м х 0.05м х 50гц/в х 12в х 0.72)2=(0.107х2.16)2=5.3н=530г,

ток наведенный моментом сопротивления Iст=FhKu/КПДв=5.3н х0.05м х50гц/в/0.6=13.2/0.6=22а плюс ток хх=1а Iобщ=23а

После взлёта набегающий поток на квадратный винт разгрузит мотор в полёте и ток упадёт до Iобщ/1.28=23/1.28=18а !!!

Для скоростных винтов Ш/Д=0.6-1.0 при полной удельной мощности бк аутрайнеров 4-6вт/г есть удобная эмпирика---- проверочное золотое тождество электро вмг на полном газу на стопе---- Uакку х Iмах=Fст х Hв х fнаг =Рпот потребляемая элетрическая мощность вмг примерно равна произведению силы тяги на теоритическую скорость потока (шаг винта х частоту вращения)----например Рпот= 23А х12В=276Вт и 5.3Н х 0.113м х 460 об/с=275вт

крейсер Для электро-вмг половина мощности (вт) примерно равна произведению тяги(н) на воздушную скорость(м/с) в полёте 0.5Uакку Iпотреб = Fтяга vвоз---зная три переменных по телеметрии всегда можно вычислить неизвестную!

Например легко вычислить тягу на крейсере---(0.5х11в х 5а)/25м/с=27.5/25=1.1н=110г-----тяга равна силе аэросопротивления! или найти скороподъёмность на вертикали как ----(0.5х11в х 20а)/(0.4кг х10 м/с2)=110вт/4н=27.5м/с или около 100км/ч!

запус с руки бпла Скорость планирования у гонок на макси АК с симметричным 10% профилем равна корень квадратный из утроенной нагрузки на крыло Vпл=(3mg/Sкр)0.5=(3 х0.4кг х 10м/с2/ 0.08м2)0.5=(150)0.5=12.25м/с, скорость сваливания в 1.25 раза меньше!!!

У всех типов электрических аккумуляторов есть приятное свойство для силового старта на моторе, а именно повышенное напряжение на банку при полном заряде -----например липо акку имеет 4.2 в на банку при номинальной полке под нагрузкой в 3.7в! Этот излишек потенциала энергии примерно в течении 10-15% моторного времени даёт вмг прирост тяги на старте в 1.2 раза и мощность в 1.3 раза, что облегчает взлет с руки и набор рабочей высоты в 100-150 м! На практике возможно кинуть рукой 2 кг бпла с нагрузкой до 100 г/дм2 на полном газу даже в штиль при Ек=200дж-----надо быстро разогнаться бегом и толкнуть ла, как копьё над головой под углом возвышения 10-15 градусов со всей силой! При наличии ветра всегда взлетать против него---это намного облегчит силу броска при старте!