|
|
| Строка 1: |
Строка 1: |
| | | | |
| − | Механика дронов-----автор Книжников ВВ
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Максимальная механическая мощность на валу в ваттах---это произведение желаемой тяги на стопе в ньютонах на желаемую скорость полёта в метрах/секунду!
| |
| − |
| |
| − | если тягу выразить через тяговооруженности Тст на стопе умноженную на силу тяжести,а скорость потока через коэф.запаса скоростей ла (Кск-- скорость макси горизонтальную делить на скорость сваливания) умноженную на скорость сваливания-----то произведение тяговооруженности на коэф. запаса скорости ла есть безразмерный коэффициент энерговооружённости Кэв!
| |
| − |
| |
| − | Этим Кэв очень удобно оперировать для определения необходимой удельной стартовой мощности ла, как соотношение максимальной механической мощности на валу к стартовой массе или заряженность---- например Кэв=1 эквивалентен полётной удельной мощности ла в 100 вт/кг!
| |
| − |
| |
| − | например для полноразмерных ла на полном газу вмг----условно называется
| |
| − |
| |
| − | 1) слабозаряжен 60вт/кг или малый Кэв= Тст Кск =0.6=0.4х1.5 типичен для мотопарапланов ---
| |
| − |
| |
| − | 2) среднезаряжен 100 вт/кг или Кэв=1=0.5х2 для мотодельтиков и учебных сла ----
| |
| − |
| |
| − | 3) сильнозаряжен 160 вт/кг или Кэв=1.6=0.5х3.2 для многоместных и грузовых ла----
| |
| − |
| |
| − | 4) суперзаряженный 250вт/кг или Кэв=2.5=1.0х2.5 = 0.62х4 для пилотажных и гоночных ла!
| |
| − |
| |
| − | механическую мощность легко посчитать как Рм(вт)=Кэв mg(н) Vсвал(м/с)!
| |
| − |
| |
| − | Кстати из формулы Кэв=Тст Кск=0.3х3.3=1 можно быстро летать при небольшой мощности, но слабой тяговооруженности имея маленький скоростной винт с Ш/Д=1-1.2 что характерно для зализанных спортивных мотопланеров и бпла!
| |
| − |
| |
| − | Так как минимальная тяговооруженность Тмин это обратная функция от аэродинамического качества, то минимальный коэф мощности при скорости планирования 1.25 сваливания Кэв=1.25Тмин=1.25/ АКмах очень маленький 0.1-0.2 для авиамоделей и 0.05-0.03 для пилотируемой авиации.
| |
| − |
| |
| − | В режиме барожирования на минимальном крейсере при АКмах крылатых электро-бпла класса минидрон удельная мощность падает в 4- 5 раз и обычно около 25- 30 вт/кг или Кэв= 0.25- 0.3 с учетом КПДвмг=50%!
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Коэффициент запаса мощности
| |
| − |
| |
| − | соотношение пиковой мощности вмг к минимальной мощности полёта, когда крылья ещё держат у бпла самолётного типа или режим висения у коптера называется коэффициент запаса мощности! -----
| |
| − |
| |
| − | Кмощ=Рмах/Рмин=(Fст Vмах)/(Fхмин Vсвал)=(Fст/Fхмин)(Vмах/Vсвал)=Kтяги Kск=(Tст AKмах) Kск!!! где Тст=Fст/(mg)--тяговооружённость
| |
| − |
| |
| − | обычно оптимальный запас скорости у авиамоделей Кск=2.5 и запас по тяге Ктяги =6,
| |
| − |
| |
| − | а у полноразмерной авиации Кск=3 и запас по тяге Ктяги =5
| |
| − |
| |
| − | у разных типов беспилотников он сильно отличается----например
| |
| − | *1) у самолетных типа классика это 13-15
| |
| − | *2) у авиамоделей лк 10-12
| |
| − | *3) у конвертопланов 5-6
| |
| − | *4) у вертолетных и мультироторных 3-4
| |
| − |
| |
| − | Запас мощности показывает на возможный прирост горизонтальной скорости в среде или возможный угла подъёма в горку.
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Аэродинамическое качество планера
| |
| − |
| |
| − | АК максимальное на прямую зависит от удлинения крыла, как соотношение несущей площади к квадрату САХ или размаха к ширине прямоугольного крыла!
| |
| − | эмпирически для классических самолётов с прямым крылом АКмах=Как Куд, где поправочный коэф.
| |
| − |
| |
| − | Как=1-1.5 для авиамоделей, Как=1.5-2 для малой авиации, Как=2-2.5 для большой!
| |
| − |
| |
| − | Где первые цифры для самолётов с не убираемым шасси и грузовым подвесом, вторые для зализанных планеров!
| |
| − |
| |
| − | Поперечную перегрузку на самолёт в вираже на полном газе удобно рассчитать как произведение тяговооруженности на максимальное АК -----
| |
| − |
| |
| − | Кперегруз=Тст АКмах=Ктяги-----он же запас тяги, например 0.7х10=7 единиц же!!!
| |
| − |
| |
| − | У крылатых бпла показательна характеристика как произведение полного кпд движителя на текущее Аэродинамическое Качество
| |
| − |
| |
| − | Ка= КПДвинта АК ---- эта функция напрямую связана с ЭТС ла !
| |
| − |
| |
| − | например---- у модели самолета кпд винта около 60% или 0.6 и текущее АК= АКмах/(Кск)X, где АКмах приближенно равна удлинению крыла и коэф. скорости равен 2 -----тогда Ка=0.6х6/2 =1.8!
| |
| − | для сравнения у полноразмерного максидрона кпд винта 0.8 и АКмах=25 и тогда получаем Ка=20 при минимальной крейсерской скорости и Ка=10 при максимальной скорости!
| |
| − | Если этот Ка разделить на ускорение свободного падения примерно 10 м/сек2 ,то получим этс ла-----
| |
| − | 1.8/10 =0.18 для модели самолёта и 10/10 =1.0 для дрона----то есть полноразмерный максидрон почти в 5.55 раз совершенней авиамодели бпла на моторном режиме при крейсере!
| |
| − |
| |
| − | смотри статью "ЭТС-ликбез"
| |
| − |
| |
| − | Правило площадей
| |
| − |
| |
| − | в дозвуковой авиации существует правило площадей для миделя -----то есть соотношение миделя ла к общей несущей площади должно быть не более Кмн = Sмид / Sнес = 0.2 !
| |
| − | Тогда гарантированы высокие летные качества!
| |
| − | *1) для парителей ----0.06-0.08
| |
| − | *2) бпла-мотопланера----0.1-0.12
| |
| − | *3) грузопассажирские лайнеры---0.14-0.16
| |
| − | *4) пилотажный самолёты или поршневые истребителя---0.18-0.2
| |
| − | *5) реактивные истребители---- 0.2
| |
| − | *6) гидросамолёты----0.25
| |
| − | *7) конвертопланы----0.35
| |
| − | *8) коптер----1-2
| |
| − |
| |
| − | например---- у ру модели экстра 300 размахом 1100 мм -----мидель крыльев 2х1.5дм2=3дм2, а сечение фюзеля с фонарём 1.2 дм2 плюс хвостовое оперение 0.3 дм2 и колесного шасси 0.1дм2 ---итого общий мидель 4.6дм2! при площади крыльев 2х11.5 дм2= 23дм2 соотношение Кмн=4.6дм2/23дм2=0.2-----тогда при удлинении крыла в 5 единиц получаем для модели АКмах=1.2х5=6 гарантированно!
| |
| − | для модели биплана аэробайк при размахе 1600мм общий мидель 13дм2 и несущая 65дм2 ----тогда Кмн= 0.2 и АК=7.5!
| |
| − | для пилотажного мотопланера при размахе 2000 мм мидель крыла равен 4 дм2 и остального 0.55+0.25=0.8дм2 -----итого 4.8дм2 при несущей 40дм2 получаем Кмн=0.12 ---- тогда при удлинении крыла в 10 раз, АКмах=14 гарантированно!
| |
| − | также это соотношение называют аэродинамической пузатостью при соотношении более 0.2!!!
| |
| − | к знаменитым пузатеньким самолётам относятся советский ишачок или И-16 , большинство самолётов первой мировой, гидроавиация, американский "беременный гуппи", космические челноки "буран" и "шатл",а также крылатые ракеты и другие ла!!!
| |
| − | кстати все коптеры одновинтовые и многороторные имеют чрезмерного большую пузатость и поэтому низкий этс!
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Лобовое сопротивление
| |
| − |
| |
| − | *1) У водоизмещающих надводных и подводных транспортных средств,а также у дирижаблей и ракет сила сопротивления движению пропорциональна квадрату скорости ,а поглощенная мощность в третьей степени от скорости плавания во всём диапазоне практических скоростей!
| |
| − |
| |
| − | *2) У крылатых летательных аппаратов типа гонка с симметричном профилем крыла в диапазоне от скорости сваливания и до 4-5 этих скоростей сила общего сопротивления растёт пропорционально скорости полёта, а мощность во второй степени !
| |
| − |
| |
| − | Максимальная воздушная скорость горизонтального полёта Vгор=0.72Vо=0.9H Kхх Uакку, где скорость потока холостого хода нулевой тяги Vо=Hо fхх=1.25 Hгеом fхх !!!
| |
| − |
| |
| − | Такая же закономерность у глиссирующих судов с переходного режима и до максимальной скорости плавания!
| |
| − |
| |
| − | У крылатых ла с несущим профилем крыла типа плосковыпуклого сила общего сопротивления растёт в степени полтора от скорости полёта и Vгор=0.64Vо !!!
| |
| − |
| |
| − | У ла с вогнутовыпуклым профилем типа птичьего лобовое сопротивление растёт в квадрате от скорости полёта
| |
| − | и Vгор=0.51Vо!!!
| |
| − |
| |
| − | *3) У катающихся на колёсах сухопутных транспортных средствах типа вездехода аэродинамическое сопротивление очень мало при их практичных скоростях и сила сопротивления равна силе трения качения колес плюс трение в трансмиссии можно сказать постоянна ,а мощность пропорциональна скорости!
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Силовые установки
| |
| − |
| |
| − | Все СУ разных энергетических типов и конструкции при дросселировании имеют более низкий кпд или эффективность,чем на полном газу -----примерно в 1.2 раза на половине газа у двс, но при этом ресурс су многократно увеличивается!!!
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Органические топлива
| |
| − |
| |
| − | У всех типов двс есть простая закономерность полного сгорания углеводородов в кислороде воздуха, как соотношение массы воздуха к массе топлива 15 единиц норма ----при 14 считается смесь богатая или сладкая---при 16 смесь бедная или кислая!
| |
| − | Удельная теплотворность бензина и керосина 42 000 000 дж/кг или 42 кдж/г-----тогда для воздушно-топливной смеси на уровне моря справедлива теплотворность 3 400 000 дж/м3 или 3.4 кдж/л!
| |
| − |
| |
| − | Рабочий объём цилиндров пд умноженный на частоту вращения для двухтактников это секундный расход в литрах----
| |
| − |
| |
| − | например 0.17л х 112 об/с=19.1л/с, тогда тепловая мощность 19.1л/с х 3.4кдж/л =65 квт и на валу 17 лошадок или 12,6 квт и КПД=12.6квт/65квт=0.19=19%!
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Поршневой ДВС
| |
| − |
| |
| − | Нормальная литровая мощность поршневых двух-тактных авиамодельных двс 100 вт на 1 куб см для метанольных и 50 вт на куб см у бензиновых!
| |
| − | Удельная мощность поршневых двс у метанольных около 2 квт/кг и у бензиновых 1 квт на кг массы мотора.
| |
| − | Например у калильного 2.5 см3 объёма моща на валу при полном газе около 250 вт ---- масса современного мотора 125 грамм!
| |
| − | У бензинового двухтактника 20 см3 типичная мощность 1 квт при массе около одного килограмма!
| |
| − | При форсировании мощности за счет настроенной резанансовой выхлопной трубы литровую мощность можно поднять в два-три раза, но ресурс сразу падает в десятки раз от номинала, поэтому на дроны ставят наоборот дефорсированные поршневые двс желательно четырёхтактные и используют не более пол-газа на крейсере для гарантийного увеличения ресурса!
| |
| − |
| |
| − | Особенность атмосферных карбюраторов модельных двигателей ---это фонтан-облако маленьких капель топлива над входным патрубком воздухозаборника,часть которых просто сдувается потоком от винта----чтобы поднять экономичность надо закрепить на входе диффузора сеточку с ячейками 0.5х0.5 мм из синтетики или медной проволки---она же защитный фильтр от крупного загрязнения!!!
| |
| − |
| |
| − | У модельной кубатуры до 30 см3 кпд двух-тактников не превышает всего 10-12% из-за фундаментальной зависимости потерь по правилу куб-квадрат!
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | ГТРД
| |
| − |
| |
| − | Турбина---это разновидность ДВС непрерывного ламинарного горения с полностью симметричной балансировкой относительно оси вращения и поэтому там нет паразитных вибраций----при не правильном запуске возможно получить обратное горение-помпаж с разрушением лопаток компрессора!!!
| |
| − | Использование газотурбинных реактивных двигателей в бпла оправдано лишь при больших скоростях полёта ----более 0.6 маха или 200 метров в секунду и мощностях в 1000 квт и более и актуальна лишь для максидронов из за больших габаритов и высокой степени сжатия многоступенчатого осевого компрессора----тогда кпд турбины доходит до 25%!
| |
| − | В модельных размерах наблюдается огромная прожорливость ----например авиамодельная турбина на одноступенчатом центробежном компрессоре при тяге всего в 200 ньютон (20 кг силы) кушает почти 600 мл жидкого топлива в минуту или 10 мл в сек !
| |
| − | Для сравнения при той же тяге от вмг в 200 н на поршневом бензиновом двс в 80-100 кубиков расход на порядок меньше или всего 1мл в сек при полном газу на стопе!
| |
| − |
| |
| − | КПД модельных турбин не превышает 10%!!!
| |
| − |
| |
| − | более подробно смотри статью "тепловые машины"
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Эд
| |
| − |
| |
| − | Максимальная потребляемая удельная мощность бесколлекторных электро-двигателей типа аутрайнер при нормальной долгой эксплуатации и хорошем охлаждении обычно 3-4 вт/г или 3-4 квт/кг ! При форсаже эд напряжением в 1.5-2 раза от номинала рекомендуемым производителем можно повысить пиковую удельную мощность до 6-8 вт/г при броске мощности на 2-3 секунды, но велика вероятность спалить мотор ,так как выделяется много тепловой энергии омических потерь!
| |
| − | Удельная тепловая мощность рассеивания мотора эквивалентна приращённой температуре Тпр(0.2вт/г=20грС-----0.5вт/г=50грС----1вт/г=100грС-----2вт/г =200грС) ----температура мотора это сумма температур воздуха и теплового приращения Тм=Тв+Тпр при среднем обдуве 15-20м/с----
| |
| − |
| |
| − | Омическое сопротивление мотора при тепловых потерях 1вт/г увеличивается примерно в полтора раза при температуре обмоток +120грС!!!
| |
| − |
| |
| − | На практике при полезной загрузке удельной мощности в 1вт/г эд работает на дросселированном КПД=75-80% при модельной размерности и мощностью тепловых потерь всего 0.2вт/г----типичный крейсер на дронах при 95% времени автожизни или щадящий режим эксплуатации электро-эму типа связки мотора, регулятора хода и аккумулятора и максимальном ресурсе.
| |
| − |
| |
| − | более подробно смотри статью "предел электро ЭМУ"
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Расчёт ттх рм
| |
| − |
| |
| − | Максимальный момент на управление аэродинамическим рулём считается на скорость в пикировании на полном газу под углом в 30 град к горизонту ! Для самолёта эту скорость можно принять как произведение геометрического шага винта и максимальной частоты вращения мотора без нагрузки-----например винт с шагом 6 дюйм или 0.15м при 11 вольт и кв электромотора 1200 или 20 гц на вольт---получаем скорость как 0.15м х 11в х 20 гц на в=33 метра в секунду!
| |
| − | Далее по упрощённой формуле максимальной подъемной силы для элерона при отклонении в 15 гр считаем как половину плотности воздуха кг/м3 х площадь элерона в м2 х квадрат максимальной скорости ----
| |
| − | например 0.5 х 1.25кг/м3 х 0.02м2 х 33м/с х 33м/с=13 ньютон=1.3кг силы!
| |
| − |
| |
| − | Принято считать центр давления пластины как 40% сах элерона или 0.4 ширины от оси вращения ---
| |
| − | обычно относительная ширина элерона одна четверть-одна пятая сах крыла ----тогда при сах крыла в 20 см или 0.2 м ширина получается 5 см или 0.05м ----а момент сопротивления 13н х 0.4 х 0.05м=0.26н м или 2.6 кг см!
| |
| − | внимание с учётом соотношения плеч качалок относительно осей вращения как один к трём например у машинки 10 мм и у руля 30 мм получаем ,что на входе серво будет всего 0.86 кг см------с учетом полутора-кратного запаса по моменту хватит 1.4 кг см типа 9 граммовой сервы !
| |
| − |
| |
| − | На практике длина штанги-толкателя от кабанчика рулевой машинки до качалки аэроруля не более 100 мм -----так как этот элемент работает не только на растяжение, но и на сжатие и может потерять устойчивость!Качалка всегда крепится как можно ближе к оси вращения руля со сквозным крепежом!!!
| |
| − | Обычно диаметр отверстия на качалке изначально рассчитан на данную силу толкания -----например 1мм это 1 кг силы----1.5мм уже 5 кг силы----2мм уже 10кг для стальной проволки типа велосипедной спицы!
| |
| − |
| |
| − | смотри статью "Сервоприводы-ликбез"
| |
| − |
| |
| − | Приводы манипулятора
| |
| − |
| |
| − | Для исполнительных механизмов типа рука-манипулятор для захвата груза или буров в зависимости от силовой нагрузки используют различные виды механических мышц----например
| |
| − | *1) в диапазоне 5-20 ньютон или до 2кг силы удобны легкие модельные аналоговые электро сервоприводы массой 10-30 грамм обычно на 5-6 вольт!!!
| |
| − | *2) при нагрузке до 20 кг силы используют уже мощные цифровые рулевые машинки массой 50-300 грамм и напряжением 7-8 вольт!!!
| |
| − | *3) до 50 кг силы начинают применять промышленные актуаторы массой 0.5-3 кг с напряжением 12-24 вольта!!!
| |
| − | *4) при усилии до 100 кг силы выгодно применять пневмо усилители на сжатом воздухе от компрессора до 10 атмосфер!!!
| |
| − | *5) при усилии свыше 200 кг уже оправдана полноценная гидравлика
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Ресурсность сильно-нагруженных компонентов
| |
| − |
| |
| − | для модельной размерности ресурс выработки компонента в часах ориентировачно равен----
| |
| − | *1) одной массе бк электромотора в граммах на среднем газу---100г это 100 ч суммарной работы
| |
| − | *2) удвоенной массе сервопривода в граммах при подруливании----2х50г это 100 ч
| |
| − | *3) утроенной массе регулятора хода в граммах----3х33г это 100ч
| |
| − | *4) четырем массам закрытого понижающего редуктора на крейсер в граммах---4х25г это 100ч
| |
| − | *5) пяти массам видеопередатчика в граммах-----5х20г это 100ч
| |
| − | *6) шесть масс пропеллера ----6х17г это 100ч
| |
| − | *7) одна пятидесятая поршневого двс в грамм на среднем газу ---350г/50 это 7ч
| |
| − | Усталостный ресурс конструкции самого носителя класса минидрона от знакопеременных нагрузок 100-150ч!
| |
| − | Кол-во двух часовых миссий всего 50 штук или один сезон работ! Реальная стоимость амортизации 2-3 тыс. руб/ч
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Рекорды
| |
| − |
| |
| − | рекорды нужны для подстёгивания научно-технической мысли!!!
| |
| − |
| |
| − | все рекорды беспилотников по скорости, дальности, высоте или глубине основываются на пределе сопромата конструкций ---например
| |
| − |
| |
| − |
| |
| − | горный кинетический планер может развить скорость в вертикальном затяжном пикировании в 750 км/ч--- при выходе из пике перегрузка достигает 25же!!!
| |
| − |
| |
| − | скорость на моторе в горизонте для электро-гонок 450 км/ч!!!
| |
| − |
| |
| − | непрерывный полёт модели планера на ру трое суток!!!
| |
| − |
| |
| − | высота подъёма у квадрокоптера 10км!
| |
| − |
| |
| − | дальность полёта авиамодели на бензиновом ДВС 2500км!
| |
| − |
| |
| − | дальность полёта авиамодели на электромоторе 400км!
| |
| − |
| |
| − | дальность прямой видео картинки с борта на землю 150 км!
| |
| − |
| |
| − | мой личный рекорд это полёт по видео-онлайн на пенопластовом лк размахом всего 690мм и массой 400г на удаление в 5км при высоте 500м над центром города!
| |
| − |
| |
| − | но при практическом каждодневном использовании дрона реальные характеристики на порядок меньше по причине ресурсности---потому что все рекорды дронов на грани износа и сразу списываются!!!
| |
| − |
| |
| − | смотри статью "ЭТС"
| |
