0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатели для радиоуправляемых моделей схема

Радиоуправляемый самолёт

Радиоуправля́емый самолёт (РУ-самолёт, RC-самолёт) это модель самолёта, которая управляется с помощью радио или инфракрасной связи. Вес радиоуправляемых моделей начинается с десятков граммов [1] и может достигать десятков [2] , а в военной отрасли даже сотен килограммов [3] .

Содержание

  • 1 Классификация
    • 1.1 Тип
    • 1.2 Силовая установка
      • 1.2.1 Модели с электродвигателями
      • 1.2.2 Модели с ДВС
      • 1.2.3 Модели с реактивными двигателями
    • 1.3 Размеры
    • 1.4 Управление
  • 2 Комплект поставки
  • 3 Радиус действия
  • 4 См. также
  • 5 Примечания

Классификация [ править | править код ]

Тип [ править | править код ]

В основном радиоуправляемые модели делятся на следующие типы:

  • Тренировочные (или «тренеры») — простые, как правило, недорогие модели-высокопланы, выполненные по нормальной аэродинамической схеме с V-образным крылом. Реже встречаются тренеры-низкопланы, которые рассчитаны на продолжение обучения. Просты в управлении, умерены в маневренности и скорости. Конструкция модели прощает большинство ошибок начинающего «пилота». Для этих целей часто планер самолёта выполнен не в виде обтянутого силового набора, а из вспененного пластика. Редко тренировочные самолёты своим видом напоминают реально существующий прототип из настоящей авиации. Облик модели принесён в жертву простоте управления и живучести всей конструкции в целом. Встречаются «тренеры» с тянущими и толкающими винтами приводимыми в действие ДВС или электродвигателями.
  • Пилотажные — модели рассчитанные на выполнение сложного и высшего пилотажа. Подходят опытным «пилотам». В массе своей это низкопланы, среднепланы и бипланы. Оснащаются ДВС, электродвигателями или реактивными двигателями. Пилотажные модели бывают как напоминающие реально-существующий прототип, так и нет. Часто маневренность и тяговооружённость самолёта ставится во главу угла, и модель лишь напоминает самолёт как таковой. Часто кроме классической аэродинамической схемы применяется схема летающее крыло.
  • Фан-флайеры — модели рассчитанные на выполнение сложного, высшего пилотажа и, так называемого, 3D-пилотажа. Такие модели оснащены очень крупными управляющими поверхностями, отклоняющимися на большой градус и мощными и быстрыми исполнительными механизмами. Как правило тяговооружённость фан-флаеров сильно выше единицы. Большинство таких моделей построены по нормальной аэродинамической схеме, но не претендуют на копийность.
  • Копии и полукопии — масштабные модели своим внешним видом, типом силовой установки и летными характеристиками максимально приближенные к реально существующим или существовавшим самолётам. Как правило, такие самолёты имеют убираемые шасси и механизацию крыла. Реже встречаются копии выполненные столь подробно, что имеют управление аэродинамическими и колёсными тормозами, открывающимся фонарём кабины, тормозным парашютом, бортовыми огнями и т. п. Оснащаются ДВС, электродвигателями или реактивными двигателями.
  • Военного и специального назначения. Встречаются модели для самого разного ряда задач: аэрофотосъемка, трансляция и ретрансляция сигнала, ударные задачи, проведения экологических экспериментов, доставка медикаментов, продуктов и почты при оказании экстренной помощи в процессе ликвидации аварий и катастроф в труднодоступных и опасных для человека местах, а также для военной, инженерной, радиационной, химической и биологической разведки. Множество подобных летательных аппаратов управляются не по радио, а перемещаются по заранее заложенному в модель маршруту. В последний могут вноситься поправки по радиоканалу.

Силовая установка [ править | править код ]

Как правило, РУ самолёты оснащаются электро- или двигателями внутреннего сгорания. Реже встречаются модели оснащённые реактивными двигателями.

Модели с электродвигателями [ править | править код ]

До широкого распространения литий-полимерных аккумуляторов это был достаточно дорогой и ограниченный вариант силовой установки. С появлением же последних, тяговые аккумуляторы моделей стали сравнительно лёгкими и мощными (большая токоотдача). Как правило, питание всей системы происходит от тягового аккумулятора емкостью приблизительно от 70 до 7000 мА·ч и напряжением 3,7-37 Вольт. Наряду с LiPo аккумуляторами все ещё используются Ni-MH и NiCd, а в последнее время на рынке начали появляться LiFePO4 (см. статью Аккумуляторы для радиоуправляемых моделей).

Электронный регулятор хода (ESC) зачастую оснащен преобразователем (BEC) напряжения тягового аккумулятора к бортовому (4,8 либо 6 Вольт). Это требуется для питания сервомеханизмов, приёмника, гироскопа и прочей бортовой аппаратуры.

Двигатель в большинстве современных РУ самолётах бесколлекторный трёхфазный бездатчиковый. Обороты большинства подобных двигателей лежит в пределах 150-7000 KV(обороты на вольт), мощность — от 10 Вт до 15кВт. Вес от единиц граммов до трёх килограммов. Основное распространение получили двигатели с ротором вращающимся вокруг статора (так называемые outrunner (англ.) ). Реже встречаются с ротором вращающимся внутри статора (так называемые inrunner (англ.) ). Подобные двигатели в отличие от ДВС применяются как с пропеллерами так и с импеллерами. Коллекторные двигатели все ещё применяются, хотя быстро вытесняются бесколлекторными.

Модели с электродвигателями представлены, как правило, летательными аппаратами от 7-8 граммов до 10 кг. Электрическая силовая установка используется на моделях разных классов.

  • Преимущества:
    • Модель всегда чистая: не имеет следов топлива, смазки, выхлопа, характерного запаха, — что удобно для хранения и обслуживания в жилом помещении.
    • Двигатель не может заглохнуть.
    • Двигатель можно полностью выключать и включать неограниченное количество раз в течение полета (крайне полезное свойство для мотопланеров), остановленный пропеллер создает заметно меньшее воздушное сопротивление, чем постоянно вращающийся на небольших оборотах.
    • Гораздо проще в обслуживании и предполетной подготовке. Не требует кропотливой настройки, специфических инструментов. Последнее сводится к зарядке или замене аккумуляторной батареи.
    • Работа электродвигателя практически не зависит от внешних условий (температура воздуха, влажность, атмосферное давление).
    • Звук работы двигателя обычно значительно тише.
    • Возможность запуска модели в жилых помещениях.
    • Возможность постройки модели как больших так и очень мелких масштабов.
    • Модель не меняет массы и центровки в течение полёта, либо модель проще проектировать, поскольку не нужно учитывать изменение массы топлива.
    • Аккумулятор не разряжается внезапно в отличие от выработки жидкого топлива. Сперва уменьшается тяга, что служит сигналом о скором истощении силового аккумулятора. По той же причине модель всегда будет оставаться управляемой (двигатель требует значительно больше энергии чем сервомеханизмы).
    • Значительный моторесурс, относительная дешевизна электродвигателей и запасных частей.
    • Удобство центровки модели с помощью тяжёлого силового аккумулятора.
    • Легче подобрать геометрически подходящий двигатель для копийных моделей.
  • Недостатки:
    • LiPo аккумуляторы требуют аккуратного к себе отношения, поскольку пожароопасны.
    • Тяга двигателя заметно изменяется во время полета, поскольку аккумулятор разряжается, и его напряжение падает.
    • Определенная сложность выбора связки аккумулятор — двигатель — регулятор хода, вызванная зависимостью параметров каждого из этих устройств от параметров другого устройства, а вместе — сильно влияют на массу модели и её летные характеристики.
    • Отсутствие выхлопа и характерного шума работы ДВС, роднящих модель с полноценным прототипом, и создающих определенную «атмосферу».
    • Довольно медленная зарядка аккумуляторных батарей, жесткие требования к процессу заряда некоторых типов аккумуляторов, как следствие, необходимость использовать сложные зарядные устройства.
    • Аккумуляторы обычно имеют большую массу (от 15 до 60 % от массы модели), и требуют правильного расположения в отсеках модели для избежания повреждения бортовой аппаратуры тяжелым аккумулятором при ударе о землю.
Читать еще:  В трактор поставили двигатель
Модели с ДВС [ править | править код ]

Модели с ДВС представлены, как правило, летательными аппаратами от 700—1000 граммов до десятков кг. Применяются двухтактные или четырёхтактные двигатели. Основное распространение имеют калильные двигатели, значительно реже встречаются компрессионные, пневматические [4] или бензиновые двигатели. Наибольшее распространение имеют одноцилиндровые атмосферные двигатели. К экзотике можно отнести роторные [5] , оппозитные, рядные многоцилиндровые [6] , звездообразные [7] , инжекторные и двигатели с турбонаддувом. Иногда встречаются многомоторные модели.

Бортовое питание обеспечивается независимым от двигателя источником энергии.

  • Преимущества:
    • После заправки топливом модель снова может подниматься в воздух.
    • Дымовой выхлоп и характерный шум работы ДВС, роднящих модель с полноценным прототипом.
    • По мере выработки топлива модель становится легче (как правило, на 10-25 %).
    • Тяговые характеристики не меняются в течение всего полёта.
  • Недостатки:
    • Больше шума в отличие от электроверсий.
    • Двухтактные ДВС имеют характерный высокий звук работы, отличающийся от «больших» авиационных двигателей.
    • Необходимость регулярного обслуживания ДВС.
    • Трудности содержания модели в чистоте: следы топлива, смазки, выхлопа, характерный запах. Неприемлемо для хранения и обслуживания в жилом помещении. Кроме того, требует соответствующей обработки модели для исключения повреждения её конструкции компонентами топлива.
    • Требует до- и послеполётного обслуживания, специфических инструментов. Особенно с калильными двигателями.
    • Топливо сравнительно дорого. Для калильных двигателей используются смеси, основанные на метаноле и масле, касторовом либо синтетическом.
    • Модель, у которой «сел» аккумулятор теряет управление не выключая двигатель и не снижая его обороты. Заметить тенденцию к разрядке аккумулятора в воздухе не просто.
    • Зажигание бензинового двигателя создает ощутимые помехи для бортового приёмника.

Радиоуправляемые модели научат голландцев пилотировать новые самолеты

Аэрокосмический центр Нидерландов в ближайшее время начнет использовать радиоуправляемые модели для подготовки операторов уменьшенных беспилотных версий перспективных пассажирских самолетов. Как пишет Aviation Week, радиоуправляемые модели и уменьшенные беспилотники позволят выработать приемы управления перспективными пассажирскими самолетами, выполненными по принципиально новым аэродинамическим схемам.

Многие авиастроительные компании и исследовательские центры занимаются разработкой электрических и гибридных пассажирских самолетов. В последних, в частности, за движение будут отвечать электромоторы, а питать их будут генераторы, приводимые газотурбинными установками. Считается, что такая схема позволит сделать экономичные самолеты. При этом использование электродвигателей позволит пересмотреть аэродинамические схемы летательных аппаратов, например, благодаря большей свободе в выборе мест их размещения.

Новые аэродинамические схемы потребуют и нового подхода к пилотированию самолетов. Для подготовки операторов голландский центр приобрел две радиоуправляемые модели: поршневую Super Mugin с размахом крыла 4,5 метра и массой 55 килограммов и реактивную JSM Xcalibur с размахом крыла 2,4 метра и массой 15 килограммов. Сперва операторы будут проходить начальную подготовку на модели Super Mugen с поршневым двигателем и толкающим воздушным винтом, а затем на Xcalibur с реактивным двигателем.

В 2018 году разработчики намерены доверить подготовленным операторам управление уменьшенной беспилотной моделью самолета Scalar. Это будет универсальный летательный аппарат массой 120 килограммов. Его длина составит 3,9 метра, а размах крыла — четыре метра. Аппарат будет оснащен двумя реактивными двигателями. Особенностью модели станет то, что она позволит отрабатывать различные аэродинамические схемы — на универсальный каркас можно будет устанавливать различные панели, меняя аэродинамическую конфигурацию Scalar.

Как ожидается, испытательные полеты Scalar будут проводиться с лета будущего года в голландском аэропорту Твенте.

В середине февраля текущего года Аэрокосмический центр Нидерландов и Делфтский технический университет занялись разработкой различных аэродинамических схем перспективных гибридных самолетов. По итогам разработки исследовательские организации проведут моделирование и определят схемы, лучше всего подходящие для гибридных самолетов с точки зрения аэродинамических характеристик, продолжительности полета и топливной эффективности.

Проект рассчитан на шесть лет. Финансирование работ ведется из общего фонда Евросоюза в рамках программы Clean Sky 2. В общей сложности на проект планируется потратить 5,18 миллиона евро. Проект разработки аэродинамических схем гибридных самолетов получил название NOVAIR. По итогам разработки планируется создать несколько моделей новых летательных аппаратов и провести их летные испытания. Первый полет модели нового гибридного самолета запланирован на 2021 год.

Читать еще:  Двигатель hd78 технические характеристики

Какая модель лучше, с ДВС или с электродвигателем.

На этот вопрос нет однозначного ответа. Каждый двигатель имеет свои плюсы и свои минусы.

Однако, еще несколько лет назад бесспорное превосходство было на стороне радиоуправляемых моделей с Двигателями Внутреннего Сгорания (ДВС). Связано это, безусловно, было в основном с тем, что технологии того периода просто не могли добиться от электромоторов необходимой тяги, а аккумуляторы были не способны отдавать большие токи и не обладали необходимым запасом емкости. Однако, модели, работающие на электродвигателе все-таки были представлены на рынке в некотором количестве. Правда их средняя цена не позволяла рядовым моделистам приобрести себе такие модели. Таким образом, модели с электродвигателями считались скорее игрушками для развлечениями и не могли составить конкуренцию моделям с ДВС.

На сегодняшний день ситуация быстро меняется, благодаря темпу развития технологий. Двигатели становятся все более совершенными, аккумуляторы имеют больший ток отдачи. Вес и габариты таких электродвигателей становится много меньше, делая радиоуправляемые модели легче и составляют теперь серьезный противовес ДВС.

Однако, выбор мотора- все-таки дело рук моделистов. Им в конце- концов решать, кто победит в этой интересной схватке. Мы же собрали для вас все плюсы и минусы обоих двигателей, что бы упростить вам выбор и сэкономить время на раздумья.

  • Плюс: Модели с ДВС изначально меньше требуют вложения средств, из-за сравнительно недорогих двигателей (если не брать в расчет спортивные двигатели), но впоследствии, стоимость эксплуатации будет выше за счет дорогого топлива.
  • Плюс: Постоянная тяга ДВС в начале и в конце полета (заезда, если речь идет об автомодели), приятный копийный звук (особенно у 4-х тактных двигателей).
  • Плюс: Большее время полета/заезда из-за умеренного расхода топлива и достаточного объема топливного бака.
  • Минус: Настройка двигателя требует определенных навыков, и без правильной настойки двигатель не будет работать или будет работать неправильно.
  • Минус: Модель с ДВС со временем покрывается толстым слоем масла и налипшей на него грязи, из-за наличия в выхлопных газах большого количества несгоревшего масла. Требуют тщательного мытья не только фюзеляжа/шасси, но обслуживания и консервации двигателя, и особых условий для хранения.
  • Минус: модели с ДВС (в основном авиа) довольно громоздкие, так как маленькие модели под ДВС не производят (исключение автомодели, бывают масштаба 1:18).
  • Плюс: Нет необходимости настраивать двигатель
  • Плюс: Быстрый старт (подключить разъемы АКБ и модель готова к эксплуатации)
  • Плюс: Модель, как правило, остается чистой, так как отсутствует выхлоп (за исключением автомоделей, которые катались по грязи).
  • Плюс: Невысокая стоимость эксплуатации (при правильной эксплуатации АКБ, так как такие аккумуляторы очень капризны и требуют правильного ухода и обслуживания, отклонение от норм эксплуатации таких аккумуляторов ведет к их немедленному выходу из строя).
  • Плюс: Размеры моделей могут быть размером от 25 см до 2 метров в размахе крыла, если авто, то мини10 см до моделей 8-го масштаба. То есть становится возможным использование небольших электролетов и автомоделей в помещении.
  • Минус: Модели с электродвигателями изначально существенно дороже из-за дорогих электродвигателей, регуляторов хода (которых нет в ДВС моделях) и LiPo аккумуляторов.
  • Минус: Необходимость иметь большой запас АКБ для продолжительных полетов/заездов.
  • Минус: Необходимость использования специального (чаще недешевого) зарядного устройства для LiPo аккумуляторов.
  • Минус: Небольшой запас (по сравнению с ДВС) летного времени
  • Минус: Нелинейная тяга при расходовании емкости аккумулятора (в конце мощность заметно падает). Так же влияние температуры окружающей среды, на холоде емкость теряется.

Хотим отметить, что наше сравнение все-таки является сильно обобщенным. В каждом случае можно найти и достаточно много исключений. Этот список, конечно не полон и может быть добавлен еще многими характеристиками. Однако, на наш взгляд, он отражает основные различия между электродвигателями и ДВС. Однозначно можно сказать одно: нет плохих моделей и плохих двигателей. Выбор это всегда вопрос личных предпочтений и желаний.

Преобразователь напряжения для радиоуправляемой модели

Бортовые источники питания радиоуправляемых моделей имеют, как правило, номинальное напряжение 4,5. 12 В. Высококачественные электродвигатели на такое напряжение бывают в продаже довольно редко и по немалой цене. В то же время ассортимент доступных электродвигателей на напряжение 24. 27 В достаточно широк, но для них невозможно найти малогабаритный источник питания, поэтому необходим преобразователь напряжения. Существенное преимущество использования электродвигателей на повышенное напряжение — уменьшенный потребляемый ток, что облегчает требования к транзисторам выходных каскадов сервоприводов рулевых машинок и регуляторов хода. Повышается КПД узлов управления двигателей, что экономит и без того ограниченные энергетические ресурсы, имеющиеся на борту модели. Описываемый преобразователь напряжения позволяет применять электродвигатели с номинальным напряжением 24. 27 В совместно с аппаратурой радиоуправления. Для рулевых машинок моделей неплохо подходят, например, двигатели серии ДПР с полым ротором, имеющие малую инерционность при трогании с места и реверсировании. Как автономное устройство, данный преобразователь напряжения можно использовать и в других целях.

Схема устройства изображена на рис. 4.24. Это так называемый обратноходовый инвертор с широтно-импульсной стабилизацией выходного напряжения, отличающийся высоким КПД.

При входном напряжении 4,5. 9 В стабилизированное выходное напряжение может быть установлено любым в пределах 18. 27 В, изменяясь не более чем на 0,1 В при увеличении тока нагрузки от 1 до 500 мА. КПД преобразователя с полной нагрузкой — 85%. Задающий генератор на элементах DD1.1 и DDI .2 вырабатывает прямоугольные импульсы. На входы 8, 9 элемента DD1.3 они поступают продифференцированными цепью СЗ, R2, R3. Номиналы резисторов выбраны с таким расчетом, что постоянная составляющая напряжения в точке их соединения несколько превышает пороговый уровень, при котором элемент DD1.3 изменяет свое состояние.

Читать еще:  Характеристики шаговых двигателей таблицы

Отрицательные выбросы, пересекая порог, формируют на выходе элемента DD1.3 (вывод 10) короткие положительные импульсы. Последние заряжают конденсатор С5 через малое прямое сопротивление участка база-эмиттер транзистора VT2. По окончании импульса левая (по схеме) обкладка конденсатора С5 оказывается соединенной с общим проводом, а напряжение, до которого зарядился конденсатор, — приложенным к базе транзистора VT2 в отрицательной полярности, закрывая его. Далее начинается перезарядка конденсатора С5 коллекторным током транзистора VT1. Скорость этого процесса зависит от напряжения на базе VT1.

Транзистор VT2 остается закрытым, пока напряжение на его базе не достигнет приблизительно 0,8 В. В результате длительность положительных импульсов на коллекторе VT2 и входах 12, 13 элемента DD1.4 зависит от режима работы транзистора VT1. Дважды проинвертированные элементом DDI.4 и транзистором VT3 импульсы открывают силовой ключ — полевой транзистор VT4. При открытом транзисторе VT4 ток в катушке индуктивности L1 нарастает по линейному закону.

После закрывания транзистора этот ток не прерывается, продолжает течь, спадая, через диод VD1 и заряжает накопительный конденсатор С8. Установившееся напряжение на этом конденсаторе превышает напряжение питания во столько раз, во сколько время накопления энергии в магнитном поле катушки L1 превышает время ее передачи в конденсатор С8.

Часть выходного напряжения с движка подстроечного резистора R14 поступает на инвертирующий вход усилителя постоянного тока DA2. На его неинвертирующий вход подано с резистивного делителя R4, R5 образцовое напряжение. Выходное напряжение

ОУ, пропорциональное разности образцового и входного (с учетом делителя R13, R14) напряжения, поступает на базу транзистора VT1 и управляет длительностью импульсов, открывающих транзистор VT4. Таким образом, образуется замкнутая цепь автоматического регулирования. Если выходное напряжение снизилось (например, в результате увеличения тока нагрузки), напряжение на инвертирующем входе ОУ уменьшится, а на его выходе — увеличится. В результате упадет эмиттерный ток транзистора VT1, протекающий через резистор R8, а вместе с ним — и коллекторный. Конденсатор С5 будет перезаряжаться медленнее. Длительность открытого состояния транзистора VT4 возрастет, выходное напряжение преобразователя увеличится.

Напряжение питания основных узлов преобразователя стабилизировано интегральным стабилизатором DA1.

Устройство собрано на односторонней печатной плате размерами 70×55 мм, показанной на рис. 4.25. Подстроечный резистор R14 — СГ13-38Б или РП1-63М. Остальные пассивные элементы — любого типа, подходящие по параметрам и габаритам. В качестве микросхемы DDI, кроме K561J1A7, можно использовать K561TJ11, другие микросхемы серии К561 при напряжении питания 3 В работают неустойчиво. По той же причине не следует заменять микросхему К140УД608 (DA2) другими ОУ. Транзисторы VT2, VT3 могут быть любыми из серии КТ315 или КТ3102, а VT1 — серий КТ361, КТ3107. КПД преобразователя заметно зависит от падений напряжения на диоде VD1 и на открытом транзисторе VT4. Поэтому, подбирая замены указанным транзистору и диоду, следует обращать особенное внимание на эти параметры, выбирая приборы, у которых они минимальны,

Напряжение отсечки полевого транзистора должно быть не более 4 В. Амплитудное значение коммутируемого им тока в рассматриваемом случае значительно больше тока нагрузки, поэтому транзистор следует выбирать с допустимым током стока не менее 6 А. Если под нагрузкой транзистор VT4 заметно нагревается, его необходимо снабдить теплоотводом, место для которого на плате предусмотрено. Диод VD1 должен быть рассчитан на прямой ток не менее 10 А. Указанный на схеме КД2996В можно заменить на КД213А. Катушка L1 индуктивностью 18. 20 мкГн должна иметь малый магнитный поток рассеивания, поэтому для нее выбран броневой магнитопровод Б26 из феррита М1500НМ.

Обмотку из пяти витков жесткого изолированного провода диаметром 1,5. 2 мм наматывают на оправке подходящего диаметра, сняв с оправки, защищают слоем изоляционной ленты и помещают в магнитопровод, Между его чашками необходим немагнитный зазор 0,2 мм. Изоляционную прокладку соответствующей толщины укладывают между центральными кернами. Это предотвращает поломку чашек при стягивании магнитопровода винтом.

Чтобы уменьшить площадь платы, катушку L1 крепят к ней лежащей на боку. Выводы обмотки вставляют в соответствующие отверстия и припаивают к контактным площадкам. Конденсаторы С7 и С9 показаны на схеме штриховыми линиями. Обычно в них нет необходимости, но если транзистор VT4 сильно греется, установка этих конденсаторов может помочь. Их емкость подбирают опытным путем. Приступая к проверке собранного преобразователя, следует иметь в виду, что при выходном напряжении 27 В и токе нагрузки 0,5 А первичный источник питания напряжением 6 В должен быть рассчитан на ток не менее 2,5 А. Перед первым включением преобразователя движок подстроечного резистора R14 должен находиться в среднем положении, в дальнейшем с его помощью устанавливают необходимое выходное напряжение.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector