Potkurin, sähkömoottorin ja akun mitoitus

mediawiki

Sähkölennokin potkurin, moottorin ja akun mitoitus tehdään samassa järjestyksessä kuin lennokki lentää: ensin valitaan potkuri, tämän jälkeen sähkömoottori ja lopuksi akku.

Sisällysluettelo 1 Potkurin valinta 2 Sähkömoottorin valinta 3 Akun valinta 4 Työkaluja 4.1 Ohjelmistoja 4.2 Verstaaseen 5 Staattisen vedon mittaus 6 Teho-painosuhde 7 Lennokit.net linkit 8 Virheluulot

[muokkaa] Potkurin valinta

Kun lennokkia sähköistetään, ensin valitaan potkuri. Tahdotaanko potkurilta enemmän staattista vetoa kuin nopeutta? Tässä vaiheessa pitää olla tiedossa ilmanopeus-alue jonka jälkeen voidaan laskea potkurin kierrosluku tällä ilmanopeus-alueella.

[muokkaa] Sähkömoottorin valinta

Kun potkuri on valittu, mietitään minkälaisella moottorilla potkuria voidaan pyörittää halutulla kierrosluvulla. Moottorivalmistajat ilmoittavat tuotetiedoissaan moottorin statistiikkaa, esimerkiksi sen kuinka monta kierrosta minuutissa moottori tahtoo pyöriä yhden voltin jännitteellä (kV arvo). Valmistajien taulukoista nähdään yleensä virran määrä tietyllä potkurilla ja kierrosluvulla. Tämän vaiheen jälkeen tiedetään vaadittava virta ja jännite.

[muokkaa] Akun valinta

Kun tiedetään vaadittu virta ja jännite, lopuksi valitaan akku joka kykenee antamaan halutun virran ja jännitteen. Nyt voidaan laskea myös minkälaisia lentoaikoja erilaisilla akuilla saavutetaan ja miettiä painokysymyksiä.

[muokkaa] Työkaluja

[muokkaa] Ohjelmistoja

Akku-Moottori-vaihde-potkuri -paketin arviointiin on olemassa muutama hyvä ohjelmisto, joilla voidaan arvioida ydistelmän suorituskykyä ennen komponenttien hankintaa. Alla linkkejä sellaisiin:

• MotoCalc: hinta 39$
• Drive Calculator: Freeware, ei saa käyttää kaupallisiin tarkoituksiin.
• Prop Power Calcualtor: Pé Reiversin Excel laskuri hehkumoottorille.
• Rod Badcockin verkkosivut: Slough RC Clubin on-line laskurien tekijän kotisivut.
• Slough RC Clubin Prop Power, Thrust and Efficiency Calculations
• Slough RC Clubin Motor Power Train Calculations

[muokkaa] Verstaaseen

• Yleismittari on lähes välttämätön perustyökalu sähkölennokin rakentamisessa.
• Pihtivirtamittarin avulla voidaan mitata akusta otettavaa virtaa ilman kytkentöjen muutoksia. Esimerkiksi Biltemasta saa noin 50Eur hintaisen laitteen, jolla pärjää riittävän hyvin. Voimanlähdepaketin testauksessa tärkeimpien mittausten joukkoon kuuluu virran mittaus kaasun ollessa täysin auki. Virta ei saa ylittää komponenteille annettuja maksimiarvoja. Niin akun, nopeudensäätimen kuin moottorinkin saa nopeasti rikki, jos niitä käytetään liian suurilla virroilla. Virta on syytä mitata myös kun kokeillaan erilaisia potkureita jo olemassa olevaan voimanlähdepakettiin. Virran noustessa liian korkealle, kokeile hieman pienempää potkuria. Eri merkkiset potkurit toimivat myös eri tavoin, vaikka halkaisija x nousu merkintä olisikin samanlainen.

[muokkaa] Staattisen vedon mittaus

Staattisen vedon mittaus voidaan tehdä yksinkertaisessa testipenkissä, jossa moottorin ja potkuripaketin veto johdetaan esimerkiksi talousvaalle. Staattista vetoa ei voi käyttää kuin suuntaa-antavana mittarina. Usein kuulee kysyttävän "paljonko siinä on staattista", mikä on melkein sama kuin kysyisi, auton moottorin kysessä ollessa, pelkkää moottorin sylinterien määrää. Staattisen mittauksen heikkous johtuu useasta syystä. Ensinnäkin staattista vetoa mitattaessa potkuri yleensä sakkaa. Potkuri ei pääse eteenpäin ja se sutii paikallaan. Lennokin lentäessä potkuri toimii aina eri tavalla kuin sakanneena paikallaan. Lisäksi mittauksesta puuttuu täysin lennokin tuomat vaikutukset mittaukseen: lennokin (rungon ja siiven) aiheuttama vastus, rungon vaikutus potkurin virtaukseen. On hyvin hyvin paljon tärkeämpää ymmärtää miten potkuri ja moottori käyttäytyy lennossa, kuin se miten se käyttäytyy staattisessa mittauksessa.

[muokkaa] Teho-painosuhde

Monesti puhutaan teho-/painosuhteesta, myös lennokkien yhteydessä. Harjattomien moottoreiden tapauksessa voidaan käyttää seuraavanlaisia likiarvoja, kun suunnitellaan lennokin voimalaitepakettia erilaisiin tarkoituksiin:

• 50-75 W/kg - käytännön minimiteho erittäin rauhalliselle, suuren kantopinta-alan omaavalle lennokille
• 100-150 W/kg - useimpiin puistolennokkeihin riittävä teho ns. peruslennätykseen, muttei riitä täydelliseen akrobatiaan
• 200-250 W/kg - sporttilennätykseen, mm. silmukat ja jotkut muut tehoa vaativammat pystyliikkeet onnistuvat jo kohtalaisesti
• 300-400 W/kg - unlimited vertical, eli loputon pystynousu, rajoittamattoman suuret silmukat, leijutus ja siitä reipas, pystysuora nousu mahdollistuu, eli käytännössä toiminta ei jää tehosta kiinni

On kuitenkin huomattava, että lennokin vaatima teho riippuu sen aiheuttamasta ilmanvastuksesta. Näitä arvoja voidaan käyttää suuntaa antavina arvoina.

• Esimerkkitapaus I

Kyseessä on trainer-tyyppinen puistolennokki, jonka kärkiväli on tasan yksi metri ja lentopaino 550g. Koneella halutaan lentää rauhallista kaartelua, sekä tarvittaessa hieman taitolentoa. Tähdätään lähtötietojen perusteella 200 W/kg teho-/painosuhteeseen. Tarvittava teho on siis

P = 200 W/kg * 0,55 kg = 110 W

--> Valitaan moottoriksi vaikkapa 150W moottori, jolloin kasvuvaraa jää hieman, eikä moottoria jouduta ajamaan maksimikuormituksella kuin harvoin. Potkurivalinnalla voidaan säätää lennokin lopullista käytöstä tarkemmin.

• Esimerkkitapaus II

Kyseessä on 1,2 kg painoinen F3A-tyyppinen taitolennokki, joten tähdätään 350 W/kg teho-/painosuhteeseen. Tarvittava teho saadaan samalla kaavalla, eli

P = 350 W/kg * 1,2 kg = 420 W

--> Valitaan moottoriksi esimerkiksi 450W maksimiteholle mitoitettu sähkömoottori.

Yli 400 W/kg -teho-/painosuhteeseen on mahdollista päästä nykyisillä, erittäin suuria purkuvirtoja kestävillä LiPo-akuilla, mutta vastaavasti lentoaika jää silloin lyhyemmäksi. Kun käytetään harjallisia moottoreita, voi tavoiteltua teholuokkaa nostaa 20-30% harjattoman moottorin vastaavasta tehosta. Annetut arvot ovat käytännössä suhteellisen turvallisia, kun markkinoilla on liikkeellä monentasoisia moottoreita, joiden hyötysuhde vaihtelee aina 50%:sta jopa 90%:iin, jolloin tarkempi tehosovitus tehdään valitsemalla sopiva potkuri. Mielessä kannattaa pitää myöskin se, että potkurivalinnalla valitaan käytännössä teho, sillä myös kolmen kilowatin moottoriin voidaan kytkeä liian matalajännitteinen akku ja liian pieni potkuri, jolloin ottoteho voi jäädä muutamaan kymmeneen wattiin.

[muokkaa] Lennokit.net linkit

Lennokit.netin puolella näitä aiheita on sivuttu mm. seuraavissa säikeissä:

• Sähköpuolen laskentaohjelmat
• Potkurikoon vaikutus moottorin ottamiin virtoihin?
• KV arvojen pitävyys

[muokkaa] Virheluulot

Usein kuulee kysyttävän "paljonko moottori vie virtaa?". Moottorit itsessään ei vie kuin murto-osan virtaa ja tällöin puhutaan tyhjäkäyntivirrasta - siitä kun moottori pyörii ilman kuormaa. Virran määrä riippuu aina jännitteestä sekä kuormasta, eli potkurista.