Электромотор для ФПВ модели (выбор, устройство, отзывы)

[expertx 29]

для любителей импелеров есть простой расчёт силы тяги (ньютон) на уровне моря равной 

произведению диаметра крыльчатки (метр) в четвертой степени и частоты вращения (герц) во второй степени------например 0.075м х0.075м х0.075м х0.075м

500гц х500гц=0.0000316м4 х250 000гц2=7.9н=800 грамм силы!!!

 а механическая   мощность на валу (ватт) равна произведению тяги на диаметр и на частоту-----например 7.9н х0.075м х500гц=7.9н х37.5мвс=296 вт!!!

 

[expertx 29]

соотношение максимальной горизонтальной скорости самолёта к скорости сваливания называется коэффициентом запаса по скорости или запас кинетической энергии для планера !!!

для каждого класса ла он определенный ------например для медленно летающих 3д пилотаг , парителей и бпла достаточно 2-2.5 кратное соотношение скоростей

для  пилотаг и бойцовок уже 2.5-3 , для гонок 3-4, для рекордно скоростных 4-5 и иногда доходит 6!!!скорость потока от винта на полном газу,как произведение шага на частоту вращении должна быть в 1.2-1.3 раза больше максимальной воздушной скорости ла !!!

тяговооруженость или соотношение тяги на стопе при полном газе к весу самоля у 3д пилотаг и парителей 1.5-2 раза, у пилотаг и бойцовок 1, у бпла и тренеров 0.7-0.8,у гонок и скоростных 0.5-0.6, у эконом классов достаточно всего 0.3-0.4!!!

 

Изменено 27 декабря, 2018 пользователем expertx

[expertx 29]

теория пропульсивных систем или движителей типа винтов, пропеллеров,крыльчаток ,плавников,насосов и реактивных ракетных двигателей основана на реактивном движении ньютона или любое действие вызывает противодействие------тоесть при непрерывном отбрасывании массы назад со скоростью приращения система получает импульс движения  вперёд или реактивную тягу!!! математически сила тяги в ньютонах---это произведение массового расхода рабочего тела (килограмм  в секунду) на приращение скорости отбрасывания этого тела (метров в секунду)!!! 

массовый расход рабочего тела или воздуха в нашем случае----это произведение плотности (кг на м3) на объёмный расход (м3 в с) или плотность (кг на м3) на сечение ометаемой поверхности круга винтом (м2) на входную скорость воздушного потока (м в с)!!!

приращение скорости потока ---это разница выходной скорости и входной (м в с)!!! на стопе считается что приращение и скорость обрасывания воздуха винтом равны----- тогда тяга=плотность х  площадь ометания х на квадрат скорости потока в плоскости вращения винта!!!

в упругой среде типа газ под давлением или воздух идеальный винт вкручивается за один оборот на расстояние истиной поступи,которая меньше геометрического шага винта на длину проскальзования ,а  скольжение деленное на длину окружности диаметра  винта    задаёт угол атаки  лопастей!!!

 произведение поступи на частоту вращения  и есть скорость потока в сечении  винта!!!

соотношение длины проскальзывания к шагу называется коэффициентом скольжения  или Кскол!!! 

а соотношение поступи к шагу это коэффициент упора и он же кпд идеального винта или Купор!!!

на стопе  скольжение однолопастного квадратного винта ,где шаг равен диаметру Кскол=1-Купор=1- 0.43=0.58 максимально!!!значит при тойже частоте вращения  скорость отбрасываемог потока минималена, а значит мала тяга и кпд винта на стопе всего 43%!!!

если добавить вторую лопасть ---то Кскол=1-0.5=0.5  или кпд двухлопастного квадратного винта уже 50% на стопе!!! скорость потока вырастает в 1.2 , а тяга в 1.4 раза!!!

при трёхлопастном варианте Кскол=1-0.55=0.45 или кпд=55% ,скорость вырастает в 1.3 раза, а тяга в 1.7 раза!!!

при четырех лопастном Кскол=1-0.6=0.4 или кпд уже 60%,скорость растёт в 1.4 раза и тягав 2 раза  по отношению к однолопастному!!! 

вывод при уменьшении скольжения увеличивается упор и кпд идеального винта,а также растёт тяга на стопе!!!

а  вот в полёте при набегающем потоке равному скорости полёта  при Кскол=0.2-0.1 относительное скольжение уменьшается и падает приращение отбрасываемого воздуха,как следствие падает тяга примерно в два раза для квадратного винта!!!

 

  

 

[expertx 29]

идеальный винт при вращении в мягкой среде типа вода или воздух не имеет профильное сопротивление лопастей,срыва потока с лопастей и потерю мощности на закручивание потока  !!! это как модель кпд при вкатывании груза в горку под углом без трения ------где кпд системы равна соотношению высоты к пройденному пути или к катета к гипотенузе или синусу  углу подьёма !!! кпд винта ---это соотношение приращенной мощности потока среды  к потребляемой механической мощности вращения!!! на практике  начальный кпд или Квв воздушных винтов в большой авиации 0.95 или 95% обусловлен огромными габаритами диаметром 5-6 метров ,узкими с большим удлинением лопастями и большим числом Рейнольдса более миллиона ,низким профильным сопротивлением,малой шероховатостью и низкой частотой вращения 10-12 герц и большим относительным шагом, как соотношение шага к диаметру 2-3раза!!! и в полёте на крейсере при Кскол=0.1 имеет кпд около 90%!!!

в малой авиации  с начальным  кпд винта похуже Квв=0.9 в полёте около 85%,так как меньше габариты диаметром 3-4 и больше частота вращения 15-20  герц!!!

в сла уже Квв=0.85 и реальный кпд 80% не более при 25-30 герц диаметр 2-3 метра!!!

ультролайты Квв=0.8 реальный кпд не более 75% при 40-50 герц и диаметр1.2-1.7 м!!!

на бпла крупных размеров Квв=0.75 и кпд =70% при винтах до 1 метра и частотой 60-70 герц при К скольжении 0.2!!!

на средних авиамоделях Квв=0.7 и кпд =65% при диаметрах 0.5 -.0.7м  при 80-100 герц!!!

на малых Квв=0.65и кпд 60%  при д=0.3-0.4м при 110-120герц!!!

ну и аля паркфлаеры с Квв=0.6 и кпд =55% при д=0.2-0.25 м 150-200 герц!!!

[expertx 29]

на авиамодельных самолетных винтах малого диаметра серединная часть ометаемой площади не работает на тягу и соотношение паразитной части может достигать до 15-25% от общей и зависит от формы лопастей и конструктива комли---получается дырка от бублика !!! это также уменьшает тягу и кпд винта!!!

так как угол атаки лопасти к набегающему  потоку  в горизонтальном полёте зависит только  от относительного скольжения ,а само скольжение зависит от режима полёта или потребной тяги то получается что при эконом режиме на среднем газу скольжение винта минимально 0.1-0.15 и угол атаки всего 2-3 град, при полном газу на максимальной скорости полета скольжение уже 0.2-0.25 и угол атаки 4-5 град, при полёте в пологую горку скольжение 0.3-0.35 и угол 6-7 град,при крутой горке скольжение 0.35-0.4 и угол 8-9 ,при вертикальном полёте вверх скольжение 0.4-0.45  и угол атаки максимален 10-12 град----пик тяги и мощи!!!

[expertx 29]

цены  на  пропеллеры   в магазине одного типоразмера  могут различаться  в 8-10 раз------объясняется это в первую очередь брендом,материалом и качеством исполнения!!! самое главное это симметричность геометрии лопастей для динамической  и  моменты инерции для статической балансировки-----обычно дорогие  изначально  сбалансированны,но лучше сразу в магазине проверить балансиром или хотя бы на отвертке----если дисбаланс большой,то лучше не покупать !!! жесткость лопастей на кручение должны соответствовать частоте вращения------например для медленных слоуфлаеров небольшая эластичность допускается,а для скоростных это неприемлимо  может зафлаттерить-----при вибрациях разрушается пограничный слой на профиле и правильное обтекание лопасти,что  приводит к резкому падению тяги и кпд вмг в целом!!! 

[expertx 29]

иногда из энергомотоустановки  состоящей из цепи преобразований энергии типа электрический аккумулятор и вмг требуется вытянуть долговременную максимальную мощность без разрушающих последствий для эму-----например воздушный бой или гонка на летающих  крыльях 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!!!

 

если суммарную массу, винта, бк электромотора,регулятора хода и аккумулятора, то есть масса полной энергомотоустановки  ЭМУ разделить на  потребляемую максимальную мощность без вреда для компонентов, то цифра получается всегда 1кг на 1 квт или удельная мощность эму 1кг на квт=1грамм на вт при времени максимальной мощности всего в 5-6 минут или ток не превышает 10-12С для нормальной работы акку , тогда минимальная масса для эму бпла мощностью 100 вт не менее 100 гр  или для одноместного сла 10 квт=10кг !!!    если массу эму принять за 100% то относительная масса винта 4-5%,бк мотора с крепёжной рамой 23-25% ,регуля с радиатором 7-8%,литьевый акку с проводами 60-65% ---- для увеличения продолжительности полёта нужно увеличивать относительную массу акку и понижать массу вмг, но тогда удельная мощность эму будет менее  одного ватта на грамм!!!   например весовая ведомость конкретной оптимальной эму примерно будет следующей----мотор 45 грамм (типичный аутрайнер 2209) +пропеллер 10гр +регуль 15гр+акку липо 130гр =итого сумма 200 грамм и значит долгая мощность 200 вт!!!

[expertx 29]

соответственно при  сильнозаряженном ла для гонок коэф мощности 3-4 единицы----тогда масса эму равна массе ла 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 в с!!! это и есть возможный теоритический пик скорости в горизонте для авиамоделей!!!

сделать маленький планер лк массой 110-120 грамм на коленке возможно ----остальная масса 80-90 грамм это  управляющая электроника ( приёмник ру,рулевые машинки ,гиростабилизация ,телеметрия с видео онлайн)

Изменено 18 января, 2019 пользователем expertx

[expertx 29]

из институтского курса лопаточных машин--- все типы крыльчаток осевых и центробежных это лишь разновидность винта----преобразователя мощности потока в механическую вращения при генерации и наоборот при режиме движителя !!!

 кпд преобразования не превышает 90% даже при огромных размерах !!!

 так как тяга винта для самолётов не играет ни какой роли от  стопа до скорости сваливания, то шаг  подбираеться так, чтобы срыв потока на лопастях пропадал именно на границе сваливания ла----тоесть на стопе мотор немного перегружен по моменту сопротивления при винте фиксированного шага  или вфш, чем выше нагрузка на крыло тем больше скорость сваливания  и крейсер-----пик тяги рассчитанный на скорость планирования с АКмах или 1.2-1.3 скорости сваливания даёт максимальную  скороподъёмность типичное соотношение шага к диаметру 0.62--0.8 ----высокий крейсер или 1.5-1.8 скорости сваливания дает пик кпд на винте  ш к д =0.9-1.1---- пик скорости на гонках 1.2-1.6 шага к диаметру винта---правда долго разбегаться будет при вфш или нужен дополнительный ускоритель в виде тягоча или резиновая катапульта  или пороховой  двигатель или сразу виш !!! 

тяговые винты с  ш к д 0.4-0.5  имеет смысл использовать лишь в случае  пика тяги на стопе,когда приходиться вертикально стартовать с малых площадок  и быстро набрать безопасную высоту---- правда кпд этих винтов в горизональном полете очень низок---поэтому выгодней летать импульсами----короткий крутой набор высоты с углом 40-60 град потом планирование с макси аэрокачеством--- процесс повторяеться на высотах 100-200 м для малых бпла и на 300-500м для мотопланеров  !!!

 оптимальное соотношение скорости полёта к скорости потока от винта называеться пропульсивным коэф и равен 0.9 на крейсере ----0.8 на пике скорости---- 0.7 на наборе высоты или пик тяги в горку !!! и поэтому не выгодно использовать прямой трд на относительно малых скоростях полёта----там скорость потока или истечения струи газов 500-1000 м в с , а наши до звуковые скорости полета всего 20-50 м в с!!!! а вот преобразовать мощность трд в медленное вращение большого винта  выгодно ---------скорость потока сравнима со скоростью полета ----турбовинтовые рулят

[expertx 29]

про воздушные импеллеры---- или винт с малым диаметром и относительно  большим шагом в профилированной трубе ---это преобразователь механической мощности вращения в кинетическую мощность потока с высокой выходной скоростью и малой тягой  !!! 1) типичный относительный шаг многолопастного винта 2-3 диаметра !!! 2)  желательно чтобы кол-во лопастей в крыльчатке было больше и не кратно спрямляющим лопаткам ---например 4 лопасти и 3 лопатки или 6 лопастей и 5 лопаток----это связанно с частотой и амплитудой паразитной пульсацией локальных скачков давления между лопастью и лопаткой---чем тише и выше  по тону вой, тем выше кпд импеллера !!! 3)обычно длина входной горловины равняется одному радиусу крыльчатки и длина сопла двум радиусам !!!  4)соотношение входной площади губы к площади сечения сопла не более двух единиц или коэффициент сужения потока 1.5-2!!!  интересно что потребляемая мощность электроимпеллеров  на полном газу пропорциональна квадрату от подводимого напряжения и ток линейно пропорционально напруги , а  вот у открытого винта моща в третьей степени от напруги----тоесть открый винт более жесткий по моменту и значит по потребляемой силе тока---- например авимодельный импеллер с диаметром шестилопастной крыльчатки 64 мм и бк моторчиком в 3000 кв потребляет 7,5 ампер при 8 вольтах---11а при 12в---15а при 16в=240 вт мощи и тягой на стенде 420 грамм !!!