расчет площади крыла авиамодели

Если ты пока лишь начинаешь интересный и затратный путь в радиоуправляемый авиамоделизм, непременно решил строить модель самостоятельно и у тебя в голове периодически возникают вопросы – как выбирать профиль, как рассчитывать стабилизатор и какой ширины делать рули – то эта статья как раз для тебя!

Я вряд ли смогу построить твою модель вместо тебя и торжественно тебе ее вручить :-), но могу дать множество полезных советов и здравых идей относительно того, как и что делать для получения желанного положительного результата и главное — чего делать наверняка не следует.

Большая часть повествования будет относиться преимущественно к учебным моделям самолетов, которые обычно рекомендуют строить новичкам, хотя некоторые вещи (они будут особо отмечены) справедливы и для пилотажных моделей. Все повествования разбито на два вида информации – советы о том, как можно (надо) делать и советы о том, чего делать не надо.

Изготовление любой модели начинается с ее расчета. Расчет – не такая уж сложная вещь, тем более, что считать то надо всего ничего.

Подавляющее большинство авиамоделей проектируются и изготавливаются под конкретный двигатель или тип двигателей. Так как масса и мощность двигателя обычно связаны между собой, расчет модели может с одинаковым успехом производиться как по мощности двигателя, так и по его массе.

Даже если двигателя у тебя еще нет, а ты только собираешься купить его – узнать массу двигателя не составляет проблем (она всегда прописана в технических характеристиках на двигатель). К примеру, масса модельного ДВС кубатурой 2,5 миллилитра составляет от 200 до 250 грамм, масса 5 кубового ДВС – 300 грамм, масса 7,5 кубового – чуть больше 400 грамм. Если твоя модель будет электрическая – в качестве исходной массы для расчета бери массу электродвигателя вместе с ходовым аккумулятором.

Зная двигатель и его массу, можно сразу прикинуть полную массу будущей модели. Для 2,5 кубового двигателя массой 250 грамм масса учебной модели составит 700-800 грамм. Для 7,5 кубового ДВС массой 400 грамм масса модели составляет обычно чуть менее 2 Кг.

Теперь, зная массу будущей модели, находим ее основные геометрические размеры. В первую очередь – это размах и ширина крыла. Размах крыла связан с его шириной отношением, называемым «относительное удлинение крыла». У большинства моторных моделей удлинение имеет величину от 5 до 6 единиц. Т.е. если крыло имеет размах 1 метр, его ширина составляет 20 см. Чем больше удлинение крыла – тем лучше летает модель, но тем более высокие требования предъявляются к прочности конструкции крыла и маневренность модели падает. Именно поэтому на моторных моделях удлинение имеет сравнительно небольшое значение.

Размеры крыла увязывают с массой модели и желаемой нагрузкой на единицу несущей поверхности. Нагрузка на крыло обычно выражается в граммах на квадратный дециметр. Она определяет минимальную полетную скорость модели и ее стойкость к ветру. Чем меньше нагрузка – тем маневреннее модель и меньше ее минимальная полетная скорость, но тем сильнее ее сносит ветром. Для учебных, равно как и пилотажных моделей, нагрузку на крыло обычно стараются выбирать от 35 до 40 грамм на квадратный дециметр. Для небольших моделей с электрической тягой нормальной нагрузкой считается 20-25 грамм на дециметр квадратный.

Зная массу модели (предположим, у нас получилась масса 2 кг для 7,5 кубового ДВС) и желаемую нагрузку (пусть будет 40 гдм) находим размеры крыла. Делим 2000 грамм на 40 получаем 50 квадратных дециметров. Пусть удлинение крыла равняется 6. Тогда размах крыла равен корню из (50 умножить 6). Получаем 1,7 метра. А ширина равна 1,7/6 = 28 см.

Профиль. Для учебной модели выбираем простой плоско-выпуклый, типа Кларк-игрек. Он хорош тем, что просто в изготовлении – снизу крыло плоское, а значит, его можно собирать, положив на плоскую поверхность стола и собранное крыло будет достаточно ровным. Профиль такая штука, что заморачиваться с ним имеет смысл лишь на планерах, где аэродинамические качества имеют ключевое значение, и на спортивных моделях чемпионского уровня. Имеет значение толщина профиля.. Она обычно выражается в процентах – отношение длины профиля к его толщине в самом толстом месте. Для учебной модели толщину профиля желательно выбрать в районе 15%.

На моторных моделях, и в том числе пилотажных профиль имеет весьма второстепенное значение и от него требуется соблюдение лишь некоторых основных характеристик, зачастую – лишь технологичность изготовления. Но все же есть вещи, которых с профилем делать не стоит совершенно.

Ни в коем случае не следует делать профиль плоским, тем более на учебной модели. Модель, конечно, летать сможет. Но будет обладать совершенно ужасными срывными характеристиками, что будет приводить к тому, что при потере скорости при совершении виража или тем более какой либо фигуры пилотажа модель будет «сваливаться» — терять заданную траекторию полета, заваливаться на бок и сильно тяготеть к поверхности планеты. Это будет происходить оттого, что воздушный поток на малых скоростях и больших углах атаки будет срываться с острых кромок профиля и подъемная сила, удерживающая модель в воздухе, будет спонтанно исчезать. Со всеми вытекающими последствиями. Таким образом, профиль ни в коем случае не должен иметь острых кромок – обводы должны быть плавными и естественными, как у рыбы.

У пилотажных моделей применяют симметричные профили (одинаково выпуклые что сверху, что снизу) толщиной 15-20%. Это определяется условием достижения симметричности прямого и перевернутого полета, а так же эффективностью работы крыла на малых скоростях.

Стабилизатор.

У любой модели должен обладать определенными размерами и находиться на определенном расстоянии от центра тяжести модели. Площадь стабилизатора для обеспечения устойчивости должна составлять от 20 до 25% от площади крыла. У нас крыло имело площадь 50 квадратных дециметров, значит, стабилизатор должен иметь площадь от 10 до 12,5 квадратных дециметров. Удлинение стабилизатора, в отличие от крыла, может быть достаточно произвольным и не сильно влияет на летные свойства модели. Расстояние, на которое стабилизатор вынесен назад от центра тяжести (ЦТ) измеряется в единицах ширины крыла модели и обычно составляет от 2 до 2,5 значений ширины крыла. Ширина крыла у нас была, кажется, 28 см. Значит, стабилизатор будет вынесен от ЦТ на 70 см. Это расстояние от ЦТ до центра стабилизатора. ЦТ находиться в 30% ширины крыла, при условии, что крыло прямоугольной формы (для учебной модели обычно делают именно такие крылья, так как их делать проще), значит, от задней кромки крыла до центра стабилизатора мы получим 50 см.

Форму стабилизатора выбираем в меру своей испорченности. Можно примерно срисовать форму с фотографий других моделей, которых у тебя наверняка есть. Главное – чтобы площадь стабилизатора соответствовала расчетной. Небольшие ошибки приветствуются.

Профиль у стабилизатора на многих моделях, в том числе и пилотажных, обычно отсутствует. Стабилизатор представляет собой плоскую конструкцию, толщиной с толщину реек, из которых он изготовлен.

Аэродинамические рули.

Элероны на большинстве моделей идут вдоль всей заднее кромки крыла. Это определяет их простоту конструкции, возможность использования в качестве закрылков и работоспособность на малых полетных скоростях за счет обдува воздушным потоком от работающего двигателя.
На учебных моделях и моделях классического пилотажа площадь элеронов составляет 18 площади крыла. Так как крало у нас простое прямоугольное, отделяем от его ширины (28 см) 18 и получаем 3,5 см. Т.е. задняя часть крыла, полоска, шириной 3,5 см будет элеронами. Размеры элеронов можно увеличить до 16 ширины крыла, но тогда нужно будет чуть уменьшить их расходы (максимальные отклонения), особенно если модель учебная.

Элероны должны обладать высокой жесткостью на кручение. И еще они должны крепиться к крылу на шарнирах как минимум в трех точках, чтобы исключить прогиб.

Руль высоты обычно составляет 14 от площади стабилизатора. Киль модели обычно имеет площадь 12 площади стабилизатора, а руль направления на нем – 14 площади киля.

Типичные расходы (максимальные отклонения) всех рулей на учебной модели обычно составляет +-20 градусов.

Углы установки.

Стабилизатор и крыло большинства современных моделей крепятся в одной плоскости. Двигатель устанавливается на 1-2 градуса валом вправо и на 1-2 градуса валом вниз.
Если модель учебная, то крыло крепиться к верхней части фюзеляжа и угол выкоса двигателя вниз может достигать 3 градусов. Если модель без элеронов – то угол установки двигателя вниз можно увеличить до 5 градусов. Это повышает устойчивость модели по крену.

Ни в коем случае не рекомендуется устанавливать двигатель на учебной модели с нулевым выкосом или выкосом вверх. Это не только уменьшает устойчивость модели, но и увеличивает ее минимальную полетную скорость, что затрудняет успешное управление ею.

Расположение центра тяжести в определенном месте под крылом модели обеспечивается величиной выноса двигателя, как самого массивного элемента конструкции, вперед. Если не прибегать к методике расчета центра тяжести, которая основана на суммировании масс элементов, помноженных на их удаление от некой точки отсчета конструкции, а описывать ее мне лень и весьма небыстро, в первом приближении прикинуть величину выноса двигателя вперед можно примотав его (двигатель) скотчем к рейке и приделав к уже собранным остальным элементам конструкции, расположенных друг относительно друга так, как это будет на законченной модели. И подобрать такую длину рейки, когда цент тяжести находиться точно в 8,5 см (30% для крыла шириной 28 см) от переднего края крыла под ним.

В модели двигатель будет крепиться на мотораму, которая будет крепиться к моторному шпангоуту — прочной передней стенке фюзеляжа, сразу за которой будет топливный бак. Конструкцию топливной системы и принципы установки и настройки двигателя хорошо рассматривают другие статьи, напомню лишь, что крепление двигателя должно обеспечивать виброизоляцию двигателя от корпуса модели и в то же время быть жестким. Бак желательно тоже виброизолировать, иначе двигатель будет глохнуть чуть раньше, чем полностью израсходуется топливо.

Для учебной модели актуально такое крепление двигателя, когда глушитель расположен с левого или с правого боку от фюзеляжа. Это повышает вероятность сохранения целостности крепления глушителя к двигателю при аварийных встречах с планетой.

Собранная модель должна обладать необходимой прочностью и жесткостью. Перегрузки в обычном полете могут достигать 5g, а в экстремальном – до 10g.

Как бы ты там не делал свою модель, лучший способ убедиться в надежности – это проверить. Собираем модель до такого состояния, в котором она (предположительно) будет летать. Ставим бортовой аккумулятор, привинчиваем крыло, не забыв надеть на вал двигателя предварительно сбалансированный пропеллер (обе лопасти имеют одинаковую массу – чем одинаковее – тем лучше!). Пропеллер, кстати, должен располагаться на валу так, чтобы перед самым началом фазы сжатия ДВС он находился в горизонтальном положении. Чтобы не ломаться при посадках.

Итак, модель собрана и как бы готова к полету. Установи ее так, чтобы кончиками крыла она опиралась на два расставленных стула. Если сверху на модель положить груз, массой равный массе модели (2 Кг) и при этом крылья не начнут складываться и хрустеть – можно считать, что твоя модель способна выдерживать перегрузки до 4ж. Если не боишься – положи для верности сверху еще пару килограмм.

Стабилизатор. Не должен. Отваливаться, если взяв модель за фюзеляж, интенсивно помахать хвостом по воздуху.

Шасси, если таковое имеется, хотя для учебной модели оно зачастую излишне, так как мешает посадке в траву, должно так же выдерживать перегрузки. Представь себе, что твою модель подняли над землей на метр или около того, и плашмя бросили на твердый асфальт. Ну, как там шасси, не развалилось? Это я к тому, что даже у очень опытных пилотов посадка с плюханьем модель на асфальт с некоторой высоты является вполне штатной и нормальной. Далеко не всегда и не любую модель удается завести на полосу так, чтобы она плавно коснулась поверхности и из полета перешла в качение.

Еще крыло должно обладать жесткостью на кручение. Если взяв крыло за один из концов и попробовать покрутить им вокруг продольной оси крыла – происходить это должно с заметным усилием и минимальными отклонениями (не перестарайся! У нас нет цели раскрутить крыло, с дуру и сломать можно!).

Установке аппаратуры внутрь так же посвящено много статей, напомню лишь, что приемник должен располагаться позади аккумулятора, если смотреть по направлению полета модели, и ни в коем случае ни наоборот! При особо удачных ударах об землю бортовой аккумулятор часто разлетается на сильно помятые отдельные банки, нетрудно представить, что приемник от такого взаимодействия, если окажется на пути аккумулятора, просто взорвется, как куриное яйцо, которое пнул футболист! Приемник необходимо так же замотать в толстый слой поролона.

Обтягивать модель можно чем угодно, но поверхностный слой должен быть влаго- и малостойким. Выхлоп ДВС, даже если он летит, как тебе кажется, в бок от модели, за пару полетов непостижимым образом умудряется обгадить маслом всю поверхность модели, расположенную позади двигателя. Если модель обтянута бумагой – пропитай ее эпоксидным лаком. Или обтяни сверху канцелярским скотчем. А лучше – и то, и другое. Модель не чемпионская, за каждым граммом массы гнаться смысла нет, а вот повышать эксплуатационные характеристики весьма полезно для нервов.

По этой же причине, а еще потому, что модель учебная и может иногда больно стукаться об землю, крыло проще, быстрее и дешевле изготавливать из пенопласта. Естественно, с помещенным вовнутрь лонжероном необходимой прочности и обтянутое снаружи чем-либо. Такое крыло вырезается из цельного куска пенопласта при помощи терморезака.

Фюзеляж учебной модели проще делать в виде параллелепипеда. Куда уж проще – склеить вместе 4 вырезанных по размеру куска фанеры, чтобы получилась длинная труба квадратного сечения! По вкусу вклеиваем в нее шпангоуты (поперечные переборки), делаем необходимые отверстия. К задней части можно сделать сужение фюзеляжа.

Воздушный винт играет не последнюю роль в обеспечении летных характеристик модели. Любой ДВС позволяет устанавливать на него некоторый диапазон винтов, отличающихся шагом и диаметром. Как правило, с увеличением диаметра винта для заданного ДВС шаг винта уменьшается, и наоборот. Винт малого шага и большого диаметра обеспечивает хорошую тягу и малую полетную скорость. Учебная модель с таким винтом летит сравнительно медленно, позволяя неопытному пилоту успевать управляться с моделью. На пилотажных моделях такие винты полезны тем, что позволяют выполнять вертикальные фигуры, точно и быстро управлять скоростью полета модели (на малых оборотах винт малого шага работает как тормоз, не позволяя модели разгоняться). А высокая скорость для пилотажа не требуется. Винты малого диаметра и большого шага обеспечивают высокую полетную скорость. Такие винты позволяют модель противостоять довольно сильному ветру.

Окраска модели хотя и является исключительно делом испорченного вкуса владельца, имеет прямое отношение к возможностям модели в воздухе. Если модель будет плохо видно с земли, низ крыла не будет отличаться от верха, пилот вряд ли сможет результативно управлять ею стоя на земле!

Таким образом, окраска модели должна:
1 Быть хорошо видна издалека;
2 Низ модели должен отличаться от верха;
3 Если модель зеленого цвета, хорошенько подумай, затем еще раз подумай, а потом еще раз подумай, сколько времени тебе понадобиться на ее поиски, если она приземлиться в высокую траву на поле? Впрочем, если ты собрался летать исключительно зимой или вместо травы на вашем поле лишь голый асфальт, можно красить модель и в зеленый цвет.
Хорошо зарекомендовали себя следующие схемы окраски: красная сверху, черная или темно коричневая снизу, оранжевая и темно-серая, темно синяя и красная, желтая с черным. Различности низа верха можно так же достигнуть разницей рисунка сверху и снизу. Разница должна быть кардинальной – например, сверху крыло черное и желтое в центре, тогда снизу стоит сделать крыло желтым, с черной серединой. Желательно, если цветовая граница верха и низа будет проходить по передней кромке крыла. Это помогает различать положение модели, когда она летит строго на пилота (довольно частая ситуация). Как показывает практика, самой заметной окраской, различимой в любую погоду и все время года является ярко красная окраска без бликов. По возможности – флюресцентная.

Категорически не следует красить модель:
1 В светлые – белый, светло серый, светло коричневый или нежно голубой цвет. Их крайне плохо видно на фоне неба;
2 В блестящий (отражающий) серебристый или золотистый цвет – их ВООБЩЕ не видно на фоне неба, к тому же, они дают сильные блики на солнце и периодически ослепляют пилота, затрудняя визуальный контакт с моделью;

Даже если у вас отличное зрение и вы гоняете модель лишь на небольшом удалении от себя – максимально заметная окраска улучшает видимость модели и позволяет выполнять пилотирование более точно, что, естественно, имеет ключевое значение на соревнованиях. Ну и для души приятно! Ведь модель, прежде всего, должна нравиться владельцу!

Видео:Центр давления профиля крылаСкачать

Avia-Hobby

—>

—>

of your page —>

Видео:Вычерчиваем профиль крыла авиамодели по таблице профилей.Скачать

Каталог статей

Видео:Самый аэродинамически эффективный самолет!Скачать

Электрическая силовая установка авиамодели – простейшие расчеты и практическая реализация.(часть 1)

Видео:Расчет на прочность подкосного крыла. Часть 2. Определение сечений полок.Скачать

Лирическое отступление.

Массовое использование бесколлекторных моторов и литий-полимерных аккумуляторов прочно обосновалось в нашей жизни не так уж давно.

Какие-то 5-6 лет назад прошли первые успешные опыты hivolt-а – и тут же стайки шустрых ЕПП-самолетов на первых отечественных БК и высокоамперными металл-гидридных аккумуляторах формата «ААА» начали бодро вытеснять коллекторные редуцированные мотоустановки. Все чаще стали звучать непривычные слова — «инраннер», «аутранер». На рынок пришли чешские «AXI» от Model Motors, контроллеры Castl Creations, MGM Compro, Jeti (уже заслужившая хорошую репутацию у нас в стране).

Бесколлекторные системы начали становиться вполне осязаемой реальностью и для массового моделизма. Энерговооруженность электросамолетов стала стремительно расти. Привычное значение с 0,5-0,6 постепенно подросло до 0,8, дальше до 1, а потом и вовсе стала стремиться к 1,5-2. Рынок быстро реагировал на запросы моделистов, и вот уже с витрин постепенно стали вытесняться 350-е и 400-е коллекторные моторы.

Тут в страну пришли первые доступные LiPo аккумуляторы, и это стало воистину переломным моментом. В среде моделистов хоббийного уровня электролет из худосочного бедного родственника превратился в полноценного спортсмена, довольно уверенно играющего мышцами, пускай пока и в «легкой весовой категории».

Года 4 назад еще бодро обсуждались радужные перспективы БК, и его потенциальные возможности подвинуть малокубатурные калильные моторы на самолетах вплоть до 120-130 см размахом. И «калилки» быстро подвинулись, к большой радости и гордости электролетчиков.

Деление самолетов на «электролеты» и «нормальные самолеты» начало постепенно размываться сначала в .10-.15 классе (100-110см размах, до 1 кг весом), а затем БК прочно обосновались и в .25-.30 классах (120-130см/до1,5 кг). Вполне серьезно встал вопрос о перспективах дальнейшего развития мотоустановок. Бытовало стойкое мнение, что самолет более .30 класса на электричестве неразумен из за стоимости своей эксплуатации. Большие токи требовали больших аккумуляторов с большой токоотдачей и дорогих контроллеров, а это неприемлемо задирало любой хоббийный бюджет. Дебаты шли долго и шумно, и я в качестве эксперимента приступил к постройке пилотажки .46-го класса с БК в качестве силовой установке, с претензией уложиться в эксплуатационный бюджет аналогичного самолета с калильным мотором. Рынок уже давал некоторый выбор моторов этом классе, аккумуляторы большой емкости тоже были не в диковинку, но все же для того времени поиметь 700-800 ватт на электричестве с претензией обойти калильные моторы класса .40-.50 было довольно серьезной заявкой в амфибийной среде. Ведь спор шел не про потенциальную возможность, а именно о доступности таких решений.

Камень преткновения – недорогие аккумуляторные сборки с невысокой токоотдачей, которые предполагалось использовать. А штампы, которыми мыслили элетролетчики того времени, предполагали высокий рост токов с увеличением мощности мотора. Один мудрый человек, в нашей с ним переписке, подал идею поднимать напряжение, оставив токи на приемлемом уровне, и я с благодарностью за эту идею зацепился.

Сейчас это кажется забавным, но тогда не было массового опыта использования сборов в 5-6-8 банок. Этим вовсю пользовались спортсмены, но они не баловали массового хоббийного моделиста своим вниманием. Поэтому многое было в новинку и опираться на «коллективный опыт» не приходилось. Но все складывалось более-менее удачно, и самолет был закончен. Результат превзошел все ожидания. Мотор, потребляя всего 35 ампер при напряжении в 22 вольта, запросто выдал 700 с лишним ватт. Самолет резво набрал высоту, унося с собой последние сомнения в том, что электричество у нас, хоббийных пилотов, рано или поздно будет не менее массовым чем ДВС во всех классах самолетов, а то и станет более популярным.

Через год – 1200 ватт на Экстре 330 .50 – уже ни у кого не вызывает большого удивления. При этом, мотоустановка неожиданно обходит по всем показателям знаменитую Yamada YS-63, имея аналогичный бюджет сезонной эксплуатации, и это подтверждает один из довольно искушенных пилотов, которому я предложил потестировать самолет – и для меня пройден еще один психологический рубеж. БК не только способен тягаться с ДВС. Он уверенно ее превосходит!

Проходит еще некоторое время, и ситуация сегодня наглядно подтверждает это. Цены на литий-полимерные аккумуляторы медленно, но неумолимо снижаются, их токоотдача растет, порой далеко превосходя необходимые пределы. Линейки имеющихся на рынке моторов покрывают любые запросы, от 10 граммовых комнатных стрекоз, до электроконверсий 200сс бензиновых самолетов под 25 кило весом. 10-ти баночная аккумуляторная сборка – обыденность на пилотажных соревнованиях даже в удаленных уголках страны. Даже само понятие «электролет» уже отошло в прошлое. Сейчас есть «просто самолет». Какая силовая установка на борту — решает сам владелец, исходя из своих личных субъективных предпочтений. Калильный мотор, бензиновый или электрический – значения никакого не имеет. А ведь прошло – всего каких-то 5-6 лет. Воистину – революционные темпы!

Думается, развитие моторов в ближайшей перспективе будет пока развиваться в сторону расширения линейки, повышения КПД и общего качества изготовления. Пока не видно предпосылок для появление чего-либо радикально нового.

А вот разработчики и производители аккумуляторов вполне могут порадовать моделистов новыми решениями в области химии, а так же дальнейшим развитием существующих типов, и как следствие — дальнейшим снижением веса, ростом емкости, токоотдачи и большими зарядными токами. По большому счету – сегодня накачивание мощности в самолет ограничено лишь приемлемым весом силовой батареи.

Как это сделать наиболее эффективно, не прибегая к сложным расчетам и теоретическим выкладкам – я попытаюсь изложить в этой статье.

Видео:Советы моделистам. Центровка модели самолета | ALNADOСкачать

Алгоритм расчета мотоустановки.

Единственная задача мотоустановки – вращать воздушный винт в определенном диапазоне оборотов. Более – ничего. Поэтому выбор мотора, аккумуляторов и контроллера всегда зависит от воздушного винта, который мы, в свою очередь, выбираем для нашей модели. Для выбранного винта требуется подобрать мотор необходимой мощности, а для его питания требуются определенные параметры аккумулятора.

Понимая после расчетов, какие пиковые токи будут проистекать в цепях мотоустановки, мы должны будем выбрать контроллер (регулятор хода).

Последовательность наших действий выглядит теперь вполне ясно и логично. А именно:

Винт > Мотор > Аккумулятор >Контроллер.

Итак – «пляшем от винта»!

Видео:Стреловидность крыла - Основы авиации #10Скачать

Воздушные винты.

Основные параметры воздушного винта, которые мы учитываем при грубом (черновом) подборе мотоустановки – это его диаметр и шаг. Эти параметры зависят в основном от размера самолета, его типа и назначения.

Для копийной модели винт (винты) должны быть соразмерны общему масштабу модели, и иметь требуемое количество лопастей. Для спортивных и тренировочных самолетов – размеры выбираются исходя из необходимых тяговых характеристик, скорости потока от винта и площади обдува этим потоком рулевых плоскостей. Т.к. основную массу некопийных любительских самолетов можно по типу мотоустановки отнести к пилотажным (исключая модели для боя и мотопланеры), стоит подробнее остановиться на этом типе и специфике подбора размеров винта для них.

Самое простое – исследовать статистику, и рассмотреть размеры винтов, рекомендуемых известными и проверенными производителями самолетов (изобретение своего велосипеда – не всегда благодарное занятие).

Если по каким либо причинам такая статистика недоступна, можно принять примерную зависимость, исходя из размера самолета, что бы определить отправную точку для дальнейших размышлений. Для большинства пилотажных самолетов среднего и большого размера (больше 1,5 м) диаметр винта для начала расчетов можно взять как 1/4 от размаха крыла, или чуть (на дюйм) больше для самолетов небольшого размера (1-1,3м).

Действительно – если посмотреть на самые популярные самолеты с устоявшейся комплектацией, то диаметры винтов будут выглядеть примерно так:

Для простоты можно воспользоваться и этой нехитрой табличкой – для начала она вполне сгодиться. Следует так же учитывать, что, как правило, более скоростные модели, полукопии и тренеры используют винты диаметром поменьше, а фан-флаи и самолеты с развитыми 3D способностями – винты большего диаметра. Так же, часто возникают подвижки в +/- 1-2 дюйма для конкретной модели. Но в целом (как пример статистики), табличка выглядит вполне реально.

Если описывать упрощенно, то диаметр винта в большей степени определяет статическую тягу мотоустановки (грубо говоря, сколько может «поднять» такой винт, будучи направленным вверх), и площадь обдува рулевых плоскостей, как правило элеронов (хвостовое оперение почти всегда находиться в потоке от винта, и обдувается на 100%).

Несложно догадаться, что от статической тяги сильно зависит поведение самолета на вертикальных маневрах, когда подъемная сила крыла попросту отсутствует.

Шаг винта — определяет в большей степени скорость потока воздуха, отбрасываемый от винта (хотя и влияет на статическую тягу мотоустановки тоже, правда в меньшей степени).

Образно говоря – с какой скоростью можно будет двигать поднятый статической тягой груз, и до какой скорости можно разогнать самолет в горизонтальном полете. Второе важное влияние, оказываемое шагом винта — это скорость потока, которым будут обдуваться рулевые поверхности. Т.е от нее сильно зависит скорость реакции самолета на рули, особенно хвостовые. Попадая в крайности можно получить абсурдные ситуации, при которых, например, самолет, обладающий огромной статической тягой, сможет держать на висении привязанный утюг, но не сможет двигаться из отсутствия достаточного потока от винта. И наоборот.

Соответственно, большая тяговая вооруженность важна при выполнении вертикальных фигур и элементов 3Д-пилотажа. А для скоростных самолетов, гонок, бойцовок – большее влияние оказывает скорость потока и тяга играет уже второстепенное значение.

Самолеты, летающие современные пилотажные комплексы, содержащие много вертикальных составляющих — должны обладать обоими свойствами с приличным запасом. Конечно, иметь запас и по тяге и по скорости потока — хорошо для любого самолета, но ввиду разных причин одновременно не всегда это можно заложить в мотоустановке – это один из серьезных компромиссов, на которые придется пойти при наших расчетах…

Третий «параметр» винта, оказывающий сильное влияние на его свойства – это его тип.

К сожалению, многие начинающие моделисты не принимают его во внимание, и основываясь только на размерах и шаге винта, часто не получают желаемого результата, а иногда и вовсе теряют мотор или сжигают контроллер, перегружая их.

Самые распространенные винты производит фирма АРС. Их подразделение по типам винтов можно назвать сложившимся стандартом де-факто. Из тех типов, которые для нас представляют интерес можно назвать:

Тип «Е» (electro) — классические пилотажные винты для электромоторов. Самый распространенный тип, для оборотов 6-8 тыс, небольшой массы, с прочной ступицей. Размерности — почти любые.

Тип «SF» (slowflyer)- очень легкие винты с увеличенной тяговой характеристикой, для легких моделей. Рассчитаны на низкие обороты (до 6 тыс.). Диапазон размеров от 8х3,8 до 13х4,7. Часто используются «внештатно» вместо Е-серии на моделях вплоть до 1,5 кг для получения очень большой тяговооруженности (правда ценой некоторых потерь), на свой страх и риск. Имеют легкую небольшую ступицу и невысокая (по сравнению с Е-серией) прочность.

Тип «Р» (pusher) – т.н. «толкающий винт». Винт обратного вращения. Стоит заметить, что на электроустановках понятие «толкающий» не особенно актуально, потому что мотор может вращаться в обоих направлениях. Ориентирован больше на ДВС.

Тип «F» (folding)- складной винт (вернее — комплект лопастей, для установки на специальную муфту – «хаб») как правило, для моделей планеров.

Есть еще специализированные типы — С, W и пр., но в данной статье мы их рассматривать не будем из за их специфических применений.

В наших расчетах мы будем в основном опираться на тип Е и тип SF – как на наиболее часто применяющиеся универсальные винты.

Тип Е применяется почти на любых типах самолетов, от маленьких «летающих крыльев», до спортивных пилотажных самолетов 2 метра размахом и даже выше.

Тип SF, штатно – на легких, медленно летающих моделях, преимущественно 3D, «не штатно» — на 3D самолетах размахом до 1300мм и весом до 1,5кг. Забегая вперед скажу почему – SF обладает тяговым коэффициентом в 1,5-2 раза более высоким чем E-серия. Но при этом нагрузка на мотор так же вырастает в 1,5-2 раза.

И в большинстве случаев потери КПД тоже растут. Но это мы рассмотрим чуть ниже.

А пока приведу несколько примеров винтов на вполне конкретных и известных всем самолетах:

1. Click (150-граммовый зальный самолет) – 8×3,8SF, 8×4,7SF
2. Zoom/Super Zoom/Flash/Sniper (под 3D) – 10х3,8SF, 11х3,8SF
3. Hyperion Helios-10 — 9х6Е, 10х5Е, 11х5,5Е
4. Sebart Katana 30E — 13х4Е, 13х6Е, 14х7Е
5. Pilotage Hotpoint 40 – 15x10E,16x8E
6. Sebart Angel’s 50E – 16х8Е, 16х10Е
7. Pilotage Katana 50EV2 – 16x8E
8. RCF Extra 260 26cc – 18x8E
9. Sebart Katana 120 — 20x10E

Примерно понимая, о каких самолетах идет речь – можно предположить, какие винты лучше использовать на аналогичных по классу и назначениях самолетах.

Теперь, понимая логику применения тех или иных винтов, мы можем подходить к следующему звену нашей цепочки – к выбору бесколлекторного электромотора

Видео:Советы моделистам. Профиль крыла самолета | Хобби Остров.рфСкачать

Моторы

Что бы не раздувать статью до уровня многотомного труда, я хочу сразу опустить упоминание некоторые типов двигателей и нюансы их использования. Мы будем рассматривать бесколлекторные двигатели с внешним ротором – они составляют около 95% самолетных электромоторов, а расчеты редуцированных мотоустановок с двигателями с внутренним ротором (инраннеры) имеют те же принципы, что и расчеты аутраннеров, лишь с небольшими нюансами.

В целом, приведенные способы расчета на практике проверенно работают в диапазоне мотоустановок от 50 до 2500 ватт. Честно признаюсь, расчеты для микросамолетов весом в 100-150 грамм не всегда совпадали с практическими замерами (вернее, совпадали, но наилучшие результаты получались эмпирическим подбором компонентов, иногда в противоречие расчетам), а расчеты свыше 2,5квт мне не удавалось ни проверить, ни подтвердить, хотя у меня есть надежда, что они будут тоже верны.

В целом, адресуя статью скорее начинающим строителям и пилотам, думаю, что их запросы будут удовлетворены диапазоном мощностей в 50-2500 ватт. Итак.

Какие параметры БК мотора нам нужно знать, чтоб подобрать необходимую модель?

Первое – максимально допустимый ток, который мотор в состоянии безболезненно переварить. Если в процессе работы это значение будет превышено – мотор попросту сгорит. Если ток в предельных режимах работы будет существенно ниже – значит мы не до конца «нагружаем» двигатель, и попросту не используем его потенциальные возможности.

Иногда в описании присутствует параметр «рабочий ток», или «ток максимального КПД» — это как раз тот диапазон токов, при котором мотор используется максимально эффективно. Если этот параметр не указан – значит его значение лежит где-то в районе 80-90% от максимально допустимого тока в предельных режимах работы.

Сразу отмечу, что в 99% случаев под предельным режимом подразумевается работа мотоустановки на 100% газа в статическом состоянии (грубо говоря — на самолете, который стоит на земле и удерживается руками). Более тяжелого режима для самолета подобрать сложно — попробуйте свой автомобиль привязать к дереву и попробовать как следует погазовать, будучи на первой передаче. Неизвестно кто кого победит, но я уверен, что для мотора и трансмиссии это будет куда более суровым испытанием, чем езда на максимальной скорости или светофорные гонки. Слава богу, для самолета с воздушным винтом такое испытание менее вредно. В любых других условиях – полет на максимальной скорости, висение и фигуры пилотажа – нагрузка на мотор и протекающие в нем токи будут ниже. Об этом надо помнить.

Второй параметр – это количество оборотов на вольт, или kV. Оно обозначает, сколько оборотов в минуту делает вал мотора без нагрузки (без винта), на каждый вольт поданного на него напряжения (аккумуляторной батареи). Попросту говоря, если на мотор с kV=1000 подать 7 вольт, то он будет без винта вращаться со скоростью 7000 об/мин. Если подать 11 вольт – то 11000 об/мин.

Внимательный читатель сразу заметит практическую сторону этого параметра. Действительно, если с мотором с kV = 1000 и аккумулятором 7,4в абстрактный винт заставить вращаться со скоростью 5000 об.мин, то для мотора с kV=500 для достижения тех же оборотов придеться использовать аккумулятор в 14,8 вольт. Замечу сразу, что в этом примере мы не говорили о разнице в токах! Об этом будет ниже, куда более серьезно.

Третий параметр – внутреннее сопротивление обмоток. Оно сильно влияет на КПД нашего мотора, и на его токопотребление. Обычная единица измерения – мОм, но иногда у некоторых производителей и в некотрых таблицах эту единицу подменяют например кОм-ами или Ом-ами, просто сдвинув запятую в сторону. Это не должно сильно пугать, достаточно посмотреть в параметр похожего мотора, что бы понять куда следует сдвигать запятую в числе, чтоб привести данные к принятому нами стандарту.

Теперь, как применять имеющиеся параметры. Ставим задачу – вращать определенный винт с нужными оборотами (т.е. получая необходимую тягу и скорость потока), не выходя за пределы допустимого для мотора тока, и обеспечивая нужное время работы мотоустановки (обычно 7-10 минут). Все это мы должны рассчитать, исходя из возможностей использовать те или иные аккумулятор (сборку), укладываясь в допустимый вес и бюджет.

Видео:Продувка самолета Игоря Негоды в симуляторе SolidWorks FlowСкачать

Логика расчетов электродвигателя

Мы примерно оцениваем, какое питание мы можем обеспечить для мотора, исходя из веса и размеров модели, и имея уже два более-менее понятных нам компонента (винт и напряжение питания) – ищем последнее «неизвестное» — мотор. Используя более высокое напряжение, мы уменьшаем потребляемые токи при одинаковой потребляемой мощности, но проигрываем в весе аккумуляторов из за большого количества банок.

Применяя низкое напряжение питания – мы экономим на количестве банок аккумулятора, но поднимает токи и соответственно емкость и токоотдачу аккумуляторов (опять же – вес немного растет). Опять же компромисс. Единственно, этот компромисс имеет устойчивую тенденцию — чем больше вес самолета и необходимая мощность мотоустановки, тем большее напряжение эффективнее всего использовать.

Приведу примеры наиболее популярных решений, от которых можно отталкиваться:

Не стоит воспринимать это таблицу слишком прямо и однозначно – это всего лишь популярные варианты – в каждом конкретном случае могут быть вариации.

Итак, у нас есть подобранные винты в небольшом диапазоне допустимых размеров, и есть пробный вариант с питанием мотора. Теперь нам остается подобрать мотор с нужным kV и с необходимой мощностью (переваривающий необходимый максимально допустимый ток при заданном нами напряжении).

Для этого придется использовать программу Motocalc.

Видео:Характеристики крыла-профиль, сужение, крутка.Скачать

Motocalc и его практическое применение.

Мотокалк – программа, позволяющая производить расчеты электрических мотоустановок, и анализировать полученные результаты. Сайт программы – www.motocalc.com Там же можно скачать демонстрационную версию, которую хватит на месяц работы. Далее, придется покупать лицензию. Замечу, что оно стоит того, т.к. цена вполне оправдывает возможности программы, позволяя сэкономить немало денег на тестовых пропеллерах и неудачно подобранных моторах.

Я не ставлю задачу написать полное руководство пользователя – они написаны без меня, и даже частично переведены на русский язык. Я попробую дать краткое изложение процесса работы, и вкратце объяснить, на что следует обратить внимание при расчетах.

Итак. Motocalc

После установки, программа стартует с так называемого MotoWizzard. Видимо считается, что эта система способна дать рекомендации по мотоустановкам, но на деле логика ее работы устарела лет на 10, и мотосетапы, предлагаемые ей, актуальны разве что для эры коллекторных моторов. Поэтому, самое разумное действие – закрыть его и сразу перейти к модулю расчетов.

Для начала зайдем в «настройки», и выполним необходимые установки. Думаю, тут вопросов возникнуть не должно.

Просим выводить все в метрической системе, кроме размеров воздушных винтов, которые оставляем в дюймах. Данные по атмосфере и температуре можно оставить без внимания. Список данных выводимых в таблицах можно оставить полностью отмеченным. В Other Options можно сразу снять галочку запуска МотоВизарда. В общем — можно просто привести ее к виду, как на иллюстрации, и нажать ОК.

Далее, определяем для себя приемлемый диапазон размеров винтов, и заполняем параметры в соответствующем разделе:

В разделе Gear ratio не указываем ничего – там закладываются передаточные отношения редуктора, которого у нас, как мы договаривались, нет (если же он есть, скажем, с связке с инраннером – можно туда ввести эти данные, суть расчетов не поменяется).

Вводим диапазон диаметров, и шага винтов, (Diam – диаметр, и Pitch- шаг) или, если считаем только для винта одного конкретного размера, то заполняем левые поля, а правые оставляем пустым (как пример на иллюстрации – 18х8). Если были заданы несколько размеров винтов – мотокалк даст расчеты отдельно для всех размеров.

Размеры нескольких винтов указываются по возрастанию, слева на право, «by» – с каким ступенью в дюймах мы увеличиваем размеры.

В графах P и T-Const задается тип винта и производитель. Например, для винтов АРС – Т. Const равна единице. Далее вводим P-const — тут уже немного сложней и ответственнее. Разворачиваем свиток P-const:

Видим список типов винтов, отсортированных по производителю, и типу винта. Выбираем нужный тип, и соотношение шага к диаметру (P/D=). Скажем, для винта 18х8 P/D будет 0,44, то есть лежать в диапазоне 0.0 to 0.5, а для винта 18х10 – соответственно уже 0.5 to 1.0.

Хочу обратить внимание, что это очень важный параметр, от которого будет зависеть как рассчитанная тяга, так и потребляемый ток. Пренебрежение этим – одна из самых распространенных ошибок у начинающих пользователей программы, и как следствие – большие погрешности в расчетах.

К сожалению, эти константы не имеют стандартов (они используются только в мотокалке), и для неизвестного винта (которые отсутствуют в базе программы) очень сложно подобрать верное значение. Возможный путь – визуальное сравнение винта с присутствующими в базе винтами, и выбор похожего аналога по форме лопастей.

Некоторый выбор констант есть на сайте мотокалка: motocalc.com

Если лопастей 3 или более — указываем их количество в графе Num Blades.

Далее переходим к разделу аккумуляторов (Battery).

Нажав Open, попадем в довольно объемную базу данных по аккумуляторам. Покопавшись в ней, кроме LiPo батарей, там можно обнаружить также А123 (LiFe), которые набирают популярность. При отсутствии нужного аккумулятора просто выбираем его аналог с подходящей емкостью и токоотдачей. Я например чаще всего пользуюсь данными Hyperion или Kokam . Далее вводим предполагаемое количество банок в сборке (Series Cells), и при необходимости — количество параллельных включений (скажем, 2 банки 2100мА включенных параллельно, дают нам емкость 4200мА). Если параллельно включение не используется, то в соответствующей графе указываем единицу. Так же, можно задать диапазон этих значений. Так же, в итоге, будут выданы расчеты для всего указанного диапазона. Как я уже говорил вначале, количество банок будет одним из компромиссов, на которые нам приходится идти.

Следующим этапом будет выбор мотора. Сразу отмечу, что задача эта непростая, и увязывание винтов, напряжений аккумуляторных сборок и мотора — по сути, будет нашим главным компромиссом, искусство поиска которого вырабатывается только с опытом.

Итак, что мы имеем в разделе Motor:

Поле представляет собой набор параметров мотора, которые могут быть введены вручную для любого мотора, либо выбраны в базе данных (довольно объемной), нажатием на кнопку Open. При вводе уникального мотора, самыми важными параметрами является «Motor Constant» — т.е kV (или rpm/V) , и Resistance – внутреннее сопротивление. Не имея одного из этих параметров – расчет не будет иметь смысла из за полной недостоверности результатов. «No-Load Carrent» (ток холостого хода) — оказывает влияние на результат на уровне погрешности, и без необходимости им можно просто пренебречь, подставив значение около 0,5-1А. Вес мотора (Weight) – нужен только для определения веса самолета и расчета летных данных, точность и ценность которых довольно сомнительная, но об этом я расскажу ниже. Т.к. мы приняли, что используем Бесколлекторные моторы с внешним ротором – ставим галочки на Brushless и Out-ranner.

Что бы не пересчитывать огромное количество моторов, стоит подробнее остановиться на способах сужения поля поиска из огромной базы, если у пользователя нет никаких отправных точек для выбора мотора. Конечно, проще и разумнее всего обратиться к статистике, посмотрев kV и мощности моторов, рекомендуемых производителями для аналогичных по классу самолетов, или ориентируясь на позиционирование мотора его производителем. К сожалению, часто рекомендации производителей далеки от оптимальных, особенно часто этим грешат производители бюджетных моделей из юго-восточной Азии. Более крупные и известные производители иногда рекомендуют мотоустановку минимального уровня, которой достаточно для уверенного поддержания самолета в воздухе, но не более. Собственно поэтому, даже при четко прописанной рекомендованной комплектации к самолету от его производителя – стоит проверить их с помощью расчетов. Если таки статистика недоступна, попробуем разобраться сами, в каком диапазоне и по каким критериям стоит искать моторы для расчетов. Проще всего определиться максимально допустимыми токами (заявленной мощностью), затем примерно определить диапазон kV, который будет для нас приемлемым.

Чтоб определиться с приемлемыми для нас токами, рассмотрим для начала необходимую мощность, которая нужна для нашего самолета. Есть некоторое значение энерговооруженности, которое выведено эмпирическим путем моделистами всего мира, выражаемое в количестве потребляемых ватт мощности на килограмм веса самолета.

Для тренировочных самолетов, копий и полукопий — это значение лежит в пределах 180-200 ватт/кг. Для пилотажных самолетов, 3D и фан-флаев — порядка 300-400 ватт/кг. У электропланеров–парителей (не хотлайнеров) – в диапазоне 150-200 ватт/кг. Для хотлайнеров — измеряется уже в киловаттах на килограмм массы, но это уже частные случаи, которые мы рассматривать не будем.

Определив для себя напряжение (или диапазон напряжений) аккумуляторной сборки, мы можем вывести максимальное токопотребление нашей мотоустановки, разделив значение необходимой мощности на напряжение питания мотора (Imax = W / Vbatt). Таким образом, мы существенно сужаем область выбора электромоторов, оставив себе только те, у которых разрешенный ток не ниже вычисленного нами значения, и по возможности находящийся в диапазоне, покрывающим запас в 10-15% . Рассматривать более мощные моторы уже не оправданно, потому как их КПД будет уже ниже, и они будет обладать лишним весом.

Так же следует понимать, что максимальный ток, это единственный параметр, ограничивающий использование мотора. Несмотря на рекомендуемое напряжение питания в некоторых описаниях моторов, оно может быть любым. Другое дело, что с повышением напряжения при одном и том же винте, растут и токи.

Если поднимать напряжение питания, одновременно уменьшая размеры винта (оставаясь, тем самым, в пределах допустимых токов) – мы можем существенно повышать мощность мотора, по сути, в неограниченных пределах (конечно, если не рассматривать ресурс механических составляющих, таких как подшипники и валы, и свойства магнитов). Другое дело, что в итоге мы выйдем за минимальный предел в размерах винта, которые могут быть использованы. По сути, мощность – это не параметр мотора, а значение, получаемое с помощью нагрузки конкретного мотора конкретным винтом. На одном и том же моторе мы сами регулируем получаемую мощность, варьируя размерности винтов и (или) питающее напряжение (количеством банок в сборке), пока не упираемся в пределы допустимых токов (что чревато выходом его из строя), или наоборот, в недостаточную загруженность мотора (что попросту неэффективно).

Другое важное ограничение по токам – это токоотдача аккумуляторов, сверх которой мы тоже не должны выходить. Вообще, исходя из приемлемого времени работы мотоустановки для обычного пилотажного самолета – порядка 7-10 минут – оптимальным максимальным значением тока будет порядок 10-15С (где С — рабочая емкость аккумулятора). Даже при допустимой нагрузке на аккумулятор в 30С, мы получим время полета порядка 3-4 минут и ниже, что не всегда разумно. Напротив, имея токопотребление ниже 10С — стоит задуматься, а нужен ли аккумулятор такой емкости, т.к. емкость батареи напрямую влияет на ее вес (и ее стоимость, кстати), которыми не стоит пренебрегать.

Выбор диапазона kV, в котором будут происходить расчеты — это вопрос личного опыта, и опять же — статистики. Можно конечно расчетами перебрать все значения kV от 100 до 2000, но это займет массу времени.

Для упрощения задачи можно исходить из такой таблички:

🌟 Видео

Аэродинамика для всех - Часть 4 Аэродинамические характеристики, ПоляраСкачать

Урок 136. Подъемная сила крыла самолета (часть 2)Скачать