středa 30. dubna 2014

Jaký vybrat motor?

Hrabosh: motor http://www.hobbyking.com/hobbyking/stor ... Motor.html ... se sklopkou 12"x5", plánuju 3S LiPo ...

LV: motor je nevhodný na 12" vrtuľu. Tá ho s najväčšou ravdepodobnosťou odrovná

Hrabosh: I když má ta vrtule menší stoupání? (je 12"x5") Myslíš, že i na 2S baterce by se odrovnal?
Jinak já od toho nechci žádný extra výkony, jenom takový pohodový polétání. Navíc budu mít radost, že jsem dostal do vzduchu éro, co by třeba jinej vyhodil.

Takhle od pasu se pohonná jednotka nenavrhuje. 
V horším případě motor přetížíš a zničíš (jak správně poznamenal LV) v lepším budeš dlouho laborovat měnit vrtule (co stojí čas a peníze), nebo se dostaneš do stavu, kdy to i létat bude, ale neupokojivě. 
V první řadě je třeba si pořádně přečíst ty parametry motoru. Pro návrh je rozhodující KV=1450 ot/V, max příkon 690 W (pozor to není výkon!), max proud 48 A a vnitřní odpor 0,019 Ohm.
Teď si musíme spočítat jaký bude skutečný maximální výkon pri napájaní 3S Lipol, kde budeme uvažovat s napětím mezi 3,8 až 4,1 V na článek, čili baterka bude mít od 11,4 až 12,3 V. Pokud nepřekročíme maximální povolený proud 48A, tak na vnitřním odporu vinutí motoru vznikne úbytek 0,912V který promění 43,776W na teplo. Reálný příkon, který se může proměnt na mechanický výkon se pak bude počítat z max proudu a napětí sníženého o ten úbytek, čili od 10,488 do 11,388V a proudu 48A a dostaneme hodnotu od 503,424 do 546,624W. A ještě ho musíme snížit o nějaké další ztráty (asi 10%) takže uvažujme koeficient 0,9. Nakonec můžeme počítat s tím, že z motoru na vrtuli dostaneme od 453 do 492 W mechanického výkonu.
Jelikož známe hodnotu KV=1450 ot/V a víme, že elektromotorické napätí snížené o ztráty na odporu vinutí bude v rozsahu od 10,488 do 11,388V, tak si celkem snadno spočítáme maximální otáčky = KV x U = 15208 až 16513 ot/min při tomhle napětí a max proudu. To je celkem dost (je to příliš a hned pochopíš proč).
Takže teď musíme vybrat vrtuli nejlépe například podle takového grafu - je to původní diagram pro vrtule Aeronaut, který jsem aproximoval pro vyšší otáčky do 16 tisíc (modré čáry, není to úplně přesné a korektní, ale pro ilustraci postačí):
Příloha:
diagrammCAM_to16rmp.jpg
diagrammCAM_to16rmp.jpg

Pokud teď najdeme na svislé ose hodnotu výkonu 450 až 500W, tak vidíme, že pro otáčky v rozsahu 15 až 16 tisíc přicházejí v úvahu rozměry mezi 8x5" a 9x5", co je mnohem méně než Tebou předpokládaná 12x5", která by pri tom výkonu točila jen cca 10 tisíc ot/min. Čili musel bys zvolit elektromotor s asi 1,5 násobně nižším KV = cca 850 až 900. Anebo snížit napětí o jeden článek, tedy s dvoučlánkem bys měl při maximálním proudu elektromotorické napětí kolem 7V, co by sice odpovídalo 10 tisícům otáček, ale výkon by byl pouze 7 x 48 x 0,9 = cca 300W čemu by z grafu odpovídala vrtule mezi 10x6 nebo 7 a 11x4 nebo 5 nebo 6. V žádném případě by ses k vrtuli 12" i velmi malého stoupání nedopracoval! Zase bys potřeboval buď nižší KV nebo snížit napětí. Nižší KV ale znamená víc závitů tenšího drátu, čili menší maximální proud nebo při stejném drátu větší rozměry, a taky větší vnitřní odpor vinutí a pod. - je to prostě začarovaný kruh, který se dá rozseknout jedině o stupeň větším motorem nebo i převodovkou. 
Závěr je, že tenhle motor je příliš vysokootáčkový a pro daný účel naprosto nevhodný. Sklopná vrtule nad 10 tisíc ot/min je už taky trochu problém, musela by být použitá malá pevná vrtule a stejně bys z něj ten "papírový" max. výkon nevytáhl. Myslím si, že potřebuješ podobný motor, podobné velikosti, ale trochu menšího výkonu a s KV max 900 ot/V
Nakonec bych taky zvážil, jestli model o hmotnosti něco přes 1kg takový výkon vůbec potřebuje. Podle mne by takových 200 - 250W docela stačilo a na to je mnoho motorů s KV kolem od 900 až 1100 ot/V.

Hrabosh: Dík moc za ten příspevek o pohonu ... najdu něco kolem 900 ot/V a nechám vrtuli jak je. Ale ešte si to zkusím přepočítat s novým motorem.  

Na ty výpočty najdeš na webu spoustu prográmků - takových pomůcek, kam jen dosadíš některé parametry jako konstanty a s jinými si pak hraješ a hned vidíš jak se to projevuje ve výsledném tahu, otáčkách účinnosti a pod. Podstatou většiny z nich je podobný výpočet, jak jsem uvedl, jenže když ho nevidíš, tak nechápeš všechny souvislosti - proto jsem to tady rozpitval (ale takhle to opakovaně počítat pro různé varianty je asi příliš pracné). I těch grafů k vrtulím od různých výrobců taky najdeš spoustu (to byl taky jenom příklad, navíc extrapolovaný pro vyšší otáčky, co nejspíš už výrobce ani negarantuje, a proto v grafu neuvádí).
Na 1500g hmotnosti by reálných 300W mělo stačit na pohodové stoupání (i když kolmo nahoru po vrtuli to nepůjde). A na to opravdu postačí vrtule 11x4", 11x5" nebo 11x6", s vyšším KV možná i s průměrem 10". Volba stoupání závisí od skutečných otáček a rychlosti letu. Do 12" průměru bych bez převodovky ani nešel. Tah (ale i momentová/výkonová zátěž na motor) totiž roste s průměrem velice strmě úměrně jeho 4. mocnině :!: zatím co se stoupáním jen lineárně. Takže účinek zvětšení průměru o palec má výrazně větší vliv na zátěž motoru než zvýšení stoupání o ten samý palec. :o A použití převodovky zas přinese jednak dodatečné asi 10% ztráty a taky další přírůstek hmotnosti. :( Krom toho nějaká výrazně vyšší účinnost větší vrtule je spíš mýtus (pochopitelně pokud se volí v rozumných mezích - ne nějaké extrémně malé).