Предел электро ЭМУ-ликбез

Текущая версия на 16:02, 30 января 2026

статья---автор Книжников ВВ

Пиковый режим связки вв, эд, рх и акку.

Иногда из энерго-мото-установки (ЭМУ) состоящей из цепи преобразований энергии типа электрический аккумулятор, регулятор хода и электромотора требуется вытянуть долговременную максимальную мощность без разрушающих последствий для компонентов ----например пяти минутный воздушный бой или гонка на летающем крыле на средние расстояния до 10--15 км "аля формула-1" по видео онлайн 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 на полном газу достаточно продолжительное время[1]

авиамоделисты вот что могут---[2]

моща в 10 кВт на электро-хотлайнере-----[3]

виртуальный калькулятор расчёта э-ВМГ[4] 

ПРОВОДКА

Золотое правило силовой электрики ---эмпирически для медных проводов Iмах(А)=10 Sсеч(мм2), площадь пайки Iмах(А)=1.6 Sпайка(мм2), 
электрический контакт позолоченного разъёма Iмах(А)=dl(мм2)

Особое внимание надо уделять соответствию заявленному току производителем и реальной площади сечения силовых проводов, площади пятака под пайку и самим штекерам силовых электроразъёмов---например если:

1)фазовый провод эд в сечении всего 2 мм2 то максимальный продолжительный ток всего 20А,

2)площадь пятака под пайку фазового провода не менее 3х4 мм2, так как удельное сопротивление олова в 6 раз больше меди,

3)диаметр штекера 2мм при длине захода в 10мм.

И никогда не ведитесь на силовой рейтинг акку, когда на маленькой батареи массой 100--150 г припаяны провода с сечением меди в 6--10 мм2-----это типичная фейковая уловка недобросовестного сборщика акку!

Пиковый предел тяги в Ньютонах пропеллера диаметром в метрах от пиковой потребляемой мощности воздушной электро-вмг в Ваттах в зависимости от габаритов статора бк в мм ---[5]

Для связки пилотажного авиамодельного ВВ с "золотым" соотношением шага к диаметру как Кв=ш/д="0.62" и бесколлекторным электромотором типа аутрайнер всегда есть простая зависимость механической мощности на валу от созданной тяги на стопе----Pмех=(1.4/ро(кг/м3)^0.5(Fст(Н))^1.5/D(м)КПДвнут=*=(1.3коп--"1.5пил"--1.7сам--2гон)(Fст)^1.5/D

потребляемая мощность э-ВМГ зависит от КПДэму и на уровне моря----Pэл=(1.3коп--"1.5пил"--1.7сам--2гон) Fст^1.5/D(0.7нано--0.75микро--0.8мини--0.85миди)
 
тогда усреднённо Fст=*=(0.55гон--0.65сам--0.75пил--0.85коп)(Рэл D)^(2/3), где пик мощи от поколения магнитов Pэл=Uакку Iст=*=(1пер--2втор--3трет--4чет)(вт/мм2) dстат(мм) sстат(мм)

то соотношение пика тяги на стопе в грамм силы к массе мотора в граммах 16(Кпок)^0.67 смотри статью "силовые электроприводы-ликбез"

например для авиамодели тренера массой 1кг при тяговооруженности Тст=1 или Fст=10Н=1кг силы достаточно электродвигателя первого поколения массой всего 1000г/16=63г типа 2213 на полном газу без перекала для стартового импульса при взлёте на 10-15 секунд!

для э-ВМГ с учётом КПДэд----Fст=(0.4нано--0.5микро--0.6мини--0.7миди)(0.1гон--0.15двс--0.2сам--0.25пил--0.3коп) ро D Н (D Uакку Kхх)^2, где Кхх=Kv/60 

ПИК ТОКА Э-ВМГ НА СТОПЕ

Так как наведённый тягой момент аэро-сопротивления пропеллера максимален на стопе Mнав=0.75r Fх=0.75r Fст/АКВ , то и ток и потребная мощность тоже.

  Iст = Iхх + (Коб Fст h  Kхх)/КПДвнут Кред

поступь винта на стопе----- h=Купор Но

эффективность реального винта ------КПДвнут=0.9(Купор)^0.5=*=0.5 n^0.33(D/Н Сул)^0.5

коэф.понижающего редуктора----- Кред=(1--10)

Iст = 1.11(Коб Fст h Kхх)/КПДвнут =1.11х0.9 Fст Купор Н Kхх /0.9(Купор)^0.5=1.11(Купор)^0.5 Fст Н Kхх=1.26 Fст Н Kхх КПДвнут=1.26 Fст Н Kхх 0.5(n^0.667/Сул Кв)^0.5 или более наглядная интерпретация электро-механики ВМГ-----двухлопастной Iст=*=(0.6шир--0.65нор--0.7узк) Fст Kхх(D Н)^0.5

гон----гоночный ВВ с тонким плосковыпуклым профилем Сул=1.1 и Кв=(1.0--1.1) и узкими лопастями соответственно КПДвнут=55%--50%

сам----самолётный ВВ с плосковыпуклым профилем Сул=(1.2--1.3) и Кв=(0.8--0.9) и лопастями средней ширины КПДвнут=65%--60%

двс----ДВС ВВ с толстым плосковыпуклым профилем Сул=1.4 и Кв=0.5 КПДвнут=70%

пил----универсальный пилотажный ВВ с слабо вогнутовыпуклым профилем Сулоп=(1.4--1.5) и Кв=(0.6--0.7) и средней ширины лопастями КПДвнут=75%--70%

коп----коптерный ВВ с сильно вогнутовыпуклым профилем Сул=(1.6--1.7) и Кв=(0.4--0.5) и широкими лопастями КПДвнут=85%--80%

Скорость потока в плоскости винта (м/с) на стопе это произведение поступи (м) на частоту вращения на стопе (об/с)
---Vв=(0.4гон--0.45двс--0.5сам--0.55пил--0.6коп)(H D)^0.5 fст  или Vв=(1.4Fст/ро)^0.5/D--- fст=(2.0коп--2.4сам--3.1гон)(Fст/ро Кв)^0.5/D^2

Теоретическая скорость потока от винта (м/с) в полёте это произведение шага (м) на частоту вращения в полёте (об/с)-----Vв=H fпол, где fпол=1.1 fст=0.8 fхх

ПРЕДЕЛ ЭМУ

Потребляемая мощность на стопе ---Рэл=Uакку Iст=Рмех/КПДэд=*=парк-флай(0.9дв--1.0тр--1.1чт)Fст fст(D H)^0.5

Если потребляемую максимальную мощность без вреда для компонентов разделить на суммарную массу бк электромотора, регулятора хода и аккумулятора, то есть массу полной энерго-мото-установки (ЭМУ), то цифра получается всегда 1квт на 1 кг или удельная мощность эму=1квт/кг ----

Для моделей всего "ОДИН" Ватт на грамм при времени максимальной мощности всего в 5--6 минут или ток не превышает 12-10С для нормальной работы акку!

минимальная масса для эму мощностью 100 вт равна 100 г при массе бпла в 1кг, а для мотопланера полётной массой в 100кг достаточно Рэму(10квт)=mэму(10кг)-----минимальная удельная стартовая мощность для уверенного взлёта это 100вт на 1 кг полётной массы ла!

Если массу эму принять за 100% то

многолопастный пропеллер фиксированного шага (3--5)%-----1/20

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

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

литиевый акку с проводами (70--65)%----------- 2/3

Для увеличения продолжительности полёта нужно увеличивать относительную массу акку по ёмкости и понижать массу вмг, но тогда удельная мощность эму будет менее одного ватта на грамм.

На практике масса аккумулятора типа ЛИПО должна быть не менее двух масс вмг----для ЛИОН должна быть не менее четырёх масс вмг!

mлипо=2mвмг=2(mэд+mрх+mвинт)

например mэд=100г, mрх=40г, mв=10гр----mвмг=100+40+10=150г----mлипо=2х150г=300г

Эмпирика для авиамоделей самолётов по соотношению тяги на стопе в граммах силы на полном газу к общей массе ЭМУ=эВМГ+АККУ(ли-по) в граммах----
в среднем для пилотажных пропеллеров 3гс/г[6], для импеллеров 1.5гс/г, для гоночных всего 2гс/г!смотри статью "гоночные ла"

например для винтовой истребителя-полукопии массой в 500г и тяговооруженности Тст=1 нужна тяга 5Н=500гс и масса ЭМУ в три раза меньше =166г----из них масса акку=110г, вв=6г, эд=40г, рх=10г.

Типичные КПДэд модельной размерности многополюсных аутрайнеров на постоянных магнитах от номера поколения магнитов при удельной мощности (3--6)вт/г и удельной тяге (3--6)г/вт...

Ток холостого хода это 1/20 или 5% от пикового на стопе---мощность потерь на перемагничивание статора Рмаг=Iхх Uакку

Омические потери Ром=R Iст^2----общая мощность тепловых потерь эд Ртеп=Рмаг+Ром----КПДэд=(1-(Ртеп/Рэл))100%

Полный КПД э-ВМГ в полёте с учётом всех потерь очень важная функция для БПЛА-----КПДпол = КПДвнеш х КПДэд х КПДрх х КПДакку

ТАБЛИЦА ТТХ

современных э-ВМГ для авиамоделей самолётов, где тяга на стопе на полном газу равна весу ла Fст=mg(хобби,спорт) ---все данные ориентировочные +-5%!

мотор---1пок---2пок---3пок---4пок---Kхх---R,ом---банок,n---С,Ач---рх,А---э-ВМГ+акку---DхН,дюйм---тяга,Н---обор/сек---Vтеор,м/с---Рэл,вт---КПДпол---режим

нанодрон-зальник полётной массой до 100г
1г-----56%----58%----60%----62%----400---0.55---1sLIPO-----0.2-----3А-----(2+4)г------1.2**х1.2-----0.2-----800------24------10-------15%-----хобби
2г-----58%----60%----62%----64%----300---0.45---1sLIPO-----0.3-----4А-----(4+8)г------1.6**х1.4-----0.35----600------22------15-------20%-----хобби
3г-----60%----62%----64%----66%----250---0.4----1sLIPO-----0.4-----6А-----(5+10)г-----2**х1.6-------0.5-----500------20------20-------25%-----хобби 
5г-----62%----64%----66%----68%----200---0.35---1sLIPO-----0.5-----7А-----(8+15)г-----2.5*х1.8------0.75----400------18------25-------30%-----хобби 
7.5г---64%----66%----68%----70%----150---0.3----1sLIPO-----0.6-----8А-----(10+20)г----3*х2----------1-------350------17------30-------35%-----хобби

микродрон-паркфлаер до 1000г
10г---66%----68%----70%----72%----100---0.25----2sLIPO-----0.8-----7А-----(15+45)г----4*х2.4------2---------370------20------50------40%-----хобби 
15г---67%----69%----71%----73%----80----0.2-----2sLIPO-----1-------8А-----(25+55)г----5*х3--------2.5-------330------22------60------42%-----хобби    
20г---68%----70%----72%----74%----60----0.15----2sLIPO-----1.2-----10А----(30+65)г----6*х3.6------3---------300------23------80------44%-----хобби 
30г---69%----71%----73%----75%----40----0.12----2sLIPO-----1.5-----12А----(40+80)г----(6--5.4*)х4.3---4-----240------24------100-----45%-----хобби
40г---70%----72%----74%----76%----30----0.1-----3sLIРO-----2-------15А----(60+150)г---(7--6.3*)х4.5---6.5---220------25------180-----46%-----спорт
60г---71%----73%----75%----77%----25----0.09----3sLIРO-----2.6-----20А----(90+200)г---(8--7.2*)х5-----8-----200------26------220-----47%-----спорт  
80г---72%----74%----76%----78%----20----0.08----3sLIРO-----3.3-----25А----(110+250)г--(9--8*)х6------10-----180------27------300-----48%-----спорт
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

минидрон-средние и большие авиамодели до 10кг----до Н=1.25n----при тяговооруженности Тст=0.8!
100г--73%----75%----77%----79%----17---0.07-----4sLION-----9-----30А-----(0.15+0.6)кг---(10--9*)х6.5----15-----175-----28------450-----49%----профи
130г--74%----76%----78%----80%----13---0.065----5sLION----10-----35А-----(0.18+0.8)кг---(11--10*)х7-----20-----170-----29------650-----50%----профи
160г--75%----77%----79%----81%----11---0.06-----6sLION----12-----40А-----(0.22+1.1)кг---(12--11*)х7.5---30-----165-----30------960-----51%----профи
240г--76%----78%----80%----82%----9----0.055----7sLION----15-----50А-----(0.3+1.6)кг----(13--12*)х8-----40-----160-----31-----1 300----52%----профи    
320г--77%----79%----81%----83%----7.5--0.05-----8sLION----20-----60А-----(0.4+2.4)кг----(14--13*)х9-----50-----150-----32-----1 700----53%----профи
480г--78%----80%----82%----84%----6----0.045----9sLION----25-----70А-----(0.6+3.3)кг----(16--14*)х10----60-----140-----33-----2 100----54%----профи                             
640г--79%----81%----83%----85%----5----0.04----10sLION----30-----80А-----(0.8+4.4)кг----(18--16*)х11----80-----130-----34-----2 700----55%----профи 
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

мидидрон-гигантские авиамодели до 30кг----до Н=1n         
0.8кг--80%---82%----84%----86%---4-----0.035---11sLION----35----90А-----(1.0+5)кг------(20--18*)х12----100----120-----35------3 500----56%----профи                                                                
1.0кг--81%---83%----85%----87%---3.3---0.03----12sLION----40----110А----(1.3+7)кг------(22--20*)х13----140----110-----36------5 000----57%----профи
1.6кг--82%---84%----86%----88%---2.7---0.025---13sLION----50----140А----(2.0+10)кг-----(25--24*)х14----200----100-----37------7 400----58%----профи 
2.0кг--83%---85%----87%----89%---2.3---0.02----14sLION----60----160А----(2.5+12.5)кг---(28--26*)х15----250-----95-----38------9 500----59%----профи 
2.4кг--84%---86%----88%----90%---2-----0.015---15sLIРO----25----200А----(3+9)кг--------(30--27*)х16----310-----90-----39-----12 000----60%----спорт 

примечание----дана сетка пилотажных воздушных винтов приближённо с "золотым сечением" Кв=0.6 для двухлопастных пропеллеров-D-----------для трёхлопастных-D*-----для четырёхлопастных-D**

режимы эксплуатации-----"спорт" это весь полёт на полном газу----"профи" это взлёт на полном газу и весь полёт в полгаза (эконом-режим круиза для БПЛА)---"хобби" это смешанный для игр.

реали понторезов---[7]