Механика-ликбез
| (не показаны 53 промежуточные версии 17 участников) | |||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
| − | + | Механика дронов-----автор Книжников ВВ | |
| + | доступный калькулятор по расчёту авиамоделей самолётов и коптеров----http://shop.dualsky.com/info/how-to-calculate-motor_i0019.html | ||
| − | Максимальная | + | Максимальная 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 | + | 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 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 100 вт/кг! | + | 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 | например для полноразмерных ла на полном газу вмг----условно называется | ||
| − | 1) слабозаряжен 60вт/кг или малый Кэв=Тст | + | 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 | + | 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. | + | 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. | + | 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 | + | механическую мощность легко посчитать как Рм(вт)=Кэв mg(н) Vсвал(м/с)! |
| − | Кстати из формулы Кэв=Тст | + | 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 | + | 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 | + | 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! ----- | 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! ----- | ||
| Строка 36: | Строка 38: | ||
а у полноразмерной авиации Кск=3 и запас по тяге Ктяги =5 | а у полноразмерной авиации Кск=3 и запас по тяге Ктяги =5 | ||
| − | |||
у разных типов беспилотников он сильно отличается----например | у разных типов беспилотников он сильно отличается----например | ||
| − | *1) у самолетных типа классика это 15 | + | *1) у самолетных типа классика это 13-15 |
| − | *2) у авиамоделей лк 12 | + | *2) у авиамоделей лк 10-12 |
| − | *3) у конвертопланов 6 | + | *3) у конвертопланов 5-6 |
| − | *4) у вертолетных и | + | *4) у вертолетных и мультироторных 3-4 |
| − | + | ||
| − | + | ||
Запас мощности показывает на возможный прирост горизонтальной скорости в среде или возможный угла подъёма в горку. | Запас мощности показывает на возможный прирост горизонтальной скорости в среде или возможный угла подъёма в горку. | ||
| − | + | смотри статью "динамика" | |
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | + | 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 ! | 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 ! | ||
| Строка 106: | Строка 63: | ||
*8) коптер----1-2 | *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. | + | 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 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! | 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!!! | 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 | + | 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! | + | 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 3-4 этих скоростей сила общего сопротивления растёт пропорционально скорости полёта, а мощность во второй степени ! | |
| − | Максимальная воздушная скорость горизонтального полёта Vгор=0. | + | 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! | 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. | + | 3) У крылатых ла с несущим профилем крыла типа плосковыпуклого сила общего сопротивления растёт в степени полтора от скорости полёта и Vгор=0.64Vо ! |
| + | |||
| + | 4) 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! | ||
| − | + | смотри статью "ЭТС-ликбез" | |
| − | и | + | |
| + | |||
| + | 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 3.36 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 3.36кдж/л =64 квт и на валу 17 лошадок или 12,8 квт и КПД=12.8квт/64квт=0.2=20%! | |
| − | |||
| − | |||
| − | + | 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! | Нормальная литровая мощность поршневых двух-тактных авиамодельных двс 100 вт на 1 куб см для метанольных и 50 вт на куб см у бензиновых! | ||
| Строка 141: | Строка 109: | ||
Например у калильного 2.5 см3 объёма моща на валу при полном газе около 250 вт ---- масса современного мотора 125 грамм! | 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! | У бензинового двухтактника 20 см3 типичная мощность 1 квт при массе около одного килограмма! | ||
| − | При форсировании мощности за счет настроенной | + | 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 | + | 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! | У модельной кубатуры до 30 см3 кпд двух-тактников не превышает всего 10-12% из-за фундаментальной зависимости потерь по правилу куб-квадрат! | ||
| + | |||
ГТРД | 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 детонацию с обратным горением-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%! | 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 ! | 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 ! | ||
| Строка 155: | Строка 125: | ||
КПД модельных турбин не превышает 10%!!! | КПД модельных турбин не превышает 10%!!! | ||
| − | + | более подробно смотри статью "тепловые машины" | |
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | + | Дросселирование газом | |
| − | + | ||
| + | На практике связка электро-вмг, регулятора хода и акку на номинальном напряжении или рекомендуемого производителем электромотора при полном линейном газу принятом за 100% обеспечивает максимум тяги пропеллера и механической мощности на валу! | ||
| + | |||
| + | При 50% процентах газа или в полгаза на обмотки электромотора драйвером эмулируется напряжение в 1.41 раза меньше от номинала и примерно на выходе получается тяга в 2 раза меньше---то есть | ||
| + | расход газа напрямую связан с тягой---полгаза-полтяги, а при трети газа или 33% тяга в 3 раза меньше! | ||
| + | Это хорошо видно по телеметрии на картинке по видео-онлайн! | ||
| + | |||
| + | Из за специфики работы регулятора хода трехфазного бк эд для авиамоделей по принципу шести шагов, где прямоугольные импульсы питают фазы по интегралу напряжения по времени эмулируя амплитуду питания с крутыми фронтами и бросками тока вместо классического аналогово напряжения синусоидальной формы , то наиболее высокую эффективность связка мотор регуль имеет лишь при полном газу , а вот при малом и среднем положении слишком короткие импульсы не полностью преобразуются в мощность и | ||
| + | |||
| + | кпд электромотора при дросселировании просаживается на тепловые потери от скважности | ||
| + | в 1.1 раза в пол газа -----в 1.2 раза в треть газа----в 1.3 раза в четверть газа !!! | ||
| + | |||
| + | Выход такой ---- | ||
| + | |||
| + | 1) использовать для крейсера две трети газа при потери в 1.05 раза, | ||
| + | |||
| + | 2) или применять силовой коммутатор на мощных полевых транзисторах включения обмоток с треугольника при старте на звезду при крейсере, | ||
| − | + | 3) или последовательно- параллельное переключение аккумуляторов в батареи ! | |
| − | + | Ещё есть вариант использования дорогих рх для автомоделей, где уже заложен алгоритм по управлению мощности через размах напряжения правильной синусоидальной формы с датчиками положения магнитопровода по фазам!!! | |
| − | + | ||
| − | + | смотри статью-ликбез "силовые электроприводы" | |
| − | + | ||
| − | + | 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! | 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 ---- | 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. | + | 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 --- | 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 | + | 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. | + | 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 от рулевой машинки до | + | 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 | + | 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 | Для исполнительных механизмов типа рука-манипулятор для захвата груза или буров в зависимости от силовой нагрузки используют различные виды механических мышц----например | ||
| − | *1) в | + | *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 | + | *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!!! | *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!!! | *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 | *5) при усилии свыше 200 кг уже оправдана полноценная гидравлика | ||
| − | + | ||
| + | Ресурсность сильно-нагруженных компонентов | ||
для модельной размерности ресурс выработки компонента в часах ориентировачно равен---- | 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 | *1) одной массе бк электромотора в граммах на среднем газу---100г это 100 ч суммарной работы | ||
| − | *2) | + | *2) удвоенной массе сервопривода в граммах при подруливании----2х50г это 100 ч |
| − | *3) | + | *3) утроенной массе регулятора хода в граммах----3х33г это 100ч |
*4) четырем массам закрытого понижающего редуктора на крейсер в граммах---4х25г это 100ч | *4) четырем массам закрытого понижающего редуктора на крейсер в граммах---4х25г это 100ч | ||
*5) пяти массам видеопередатчика в граммах-----5х20г это 100ч | *5) пяти массам видеопередатчика в граммах-----5х20г это 100ч | ||
*6) шесть масс пропеллера ----6х17г это 100ч | *6) шесть масс пропеллера ----6х17г это 100ч | ||
| − | *7) одна | + | *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! | 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 | + | Кол-во двух-трёх 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 | + | рекорды нужны для подстёгивания научно-технической мысли! |
| − | все рекорды | + | 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! | |
| − | |||
| − | 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 | + | но при практическом каждодневном использовании дрона реальные характеристики на порядок(в 10раз!) меньше по причине ресурсности---потому что все рекорды дронов на грани износа и сразу списываются! |
Версия 15:30, 23 июня 2024
Механика дронов-----автор Книжников ВВ
доступный калькулятор по расчёту авиамоделей самолётов и коптеров----http://shop.dualsky.com/info/how-to-calculate-motor_i0019.html
Максимальная 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 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.
смотри статью "динамика"
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 3-4 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!
3) У крылатых ла с несущим профилем крыла типа плосковыпуклого сила общего сопротивления растёт в степени полтора от скорости полёта и Vгор=0.64Vо !
4) 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!
смотри статью "ЭТС-ликбез"
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 3.36 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 3.36кдж/л =64 квт и на валу 17 лошадок или 12,8 квт и КПД=12.8квт/64квт=0.2=20%!
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 детонацию с обратным горением-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"
Дросселирование газом
На практике связка электро-вмг, регулятора хода и акку на номинальном напряжении или рекомендуемого производителем электромотора при полном линейном газу принятом за 100% обеспечивает максимум тяги пропеллера и механической мощности на валу!
При 50% процентах газа или в полгаза на обмотки электромотора драйвером эмулируется напряжение в 1.41 раза меньше от номинала и примерно на выходе получается тяга в 2 раза меньше---то есть расход газа напрямую связан с тягой---полгаза-полтяги, а при трети газа или 33% тяга в 3 раза меньше! Это хорошо видно по телеметрии на картинке по видео-онлайн!
Из за специфики работы регулятора хода трехфазного бк эд для авиамоделей по принципу шести шагов, где прямоугольные импульсы питают фазы по интегралу напряжения по времени эмулируя амплитуду питания с крутыми фронтами и бросками тока вместо классического аналогово напряжения синусоидальной формы , то наиболее высокую эффективность связка мотор регуль имеет лишь при полном газу , а вот при малом и среднем положении слишком короткие импульсы не полностью преобразуются в мощность и
кпд электромотора при дросселировании просаживается на тепловые потери от скважности в 1.1 раза в пол газа -----в 1.2 раза в треть газа----в 1.3 раза в четверть газа !!!
Выход такой ----
1) использовать для крейсера две трети газа при потери в 1.05 раза,
2) или применять силовой коммутатор на мощных полевых транзисторах включения обмоток с треугольника при старте на звезду при крейсере,
3) или последовательно- параллельное переключение аккумуляторов в батареи !
Ещё есть вариант использования дорогих рх для автомоделей, где уже заложен алгоритм по управлению мощности через размах напряжения правильной синусоидальной формы с датчиками положения магнитопровода по фазам!!!
смотри статью-ликбез "силовые электроприводы"
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-трёх 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!
но при практическом каждодневном использовании дрона реальные характеристики на порядок(в 10раз!) меньше по причине ресурсности---потому что все рекорды дронов на грани износа и сразу списываются!
