Редактирование: Предел возможностей электро ВМГ-ликбез

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 22-25% --------1/4

регулятора хода с радиатором 8-10% --------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!