白兔女王RANA 发表于 2014-2-24 08:17:49

(转)航模电动动力系统 (一) 系统构成和基本原理

fgyhll前辈写过一篇置顶的好文章《电 动模型飞机动力系统浅析(一、电池)》 不过前辈没有把长征走完,我接过前辈的枪,试图以一个入魔半年的菜鸟的微薄之力来把整套系统介绍一下,其实也是一边学习一边写,希望能和其他新手一块学习,长进。 我略去很多古老的技术,比如有刷电机和减速组,集中介绍一下大家现在主要使用的 锂聚合物电池-电调-无刷电机-直驱浆系统。 为了防止这篇文章成为烂尾楼,我已经把整个文章写出来了,现在一边修改完善一边贴出来。 一次贴多了很多人也就被吓着不想看了,于是采用连载的方式,各个帖子之间用链接串联到一起。

我之前翻译过一些国外的文章,这次是完全自己写,肯定有很多不足,大家看我写的不对的地方和不好的地方,请直接指出来,我会不断地修改完善这个系列。 大家如果觉得对自己有帮助,就帮忙捧个场,让论坛里更多的人看到,我不尽感激。 还是重申我之前一些帖子的观点,本文为尾旋原创,只发表在三国,欢迎引用链接到任何地方,但是谢绝原文转载。


航模电动动力系统 (一) 系统构成和基本原理

在开始之前,先要把最基本的几个公式说一下,学过中学物理的都应该能看懂。
(1) 关于电池的:P=U*I ,P是功率,U是电压,I是电流
(2) 关于电机的:P=T*w, P是功率,T是扭矩,w是转速
(3) 关于牛顿力学的: A=F/m, A是加速度,F是力,m是质量。
(4) 还是牛顿力学的: P=F*V, P是功率,F是力,V是速度。

当代典型的模型电动系统的最基本部件按照能量流动方向的顺序排列是: 锂电池,电调,电机,螺旋桨。

电动系统工作的原理是这样的。直流电从电池里面出来,经过电调,变成交流电,进入电机,通电导线在电机内的永磁体产生的磁场中受到洛伦兹力,于是动子带动电机轴转动。 输出轴或者直接驱动螺旋桨做功,或者通过减速齿轮,甚至变速箱的调节再带动螺旋桨转动。螺旋桨在空气中运动,推动空气产生一个轴向向后的气流和一个切向的气流,根据做用力反作用力的原理,螺旋桨对轴向气流的加速产生一个对螺旋桨自己的推力,拉动飞机做功,而切向的空气加速度,对螺旋桨产生一个反向于螺旋桨转动方向的力,这个力和他的力臂相乘,得出一个力矩,我们一般称之为反扭力矩。 螺旋桨拉力是我们想要得到的,反扭则是我们想要削弱的。

一套动力系统,最重要的指标是什么? 所有人都知道,功率!就像买车的人永远关心自己的动力是否强劲一样,模友要想让板砖飞上天,靠的也是功率。 几乎所有的设备都有他的额定功率,所谓额定功率就是系统能够安全长时间输出的功率。简单的说就是你的电池能够健康循环,电调和电机能长时间运转而不会烧掉或者退磁的功率。 对于电动系统这个整体来说,功率由谁来决定? 答案是整套系统,电池,电调,电机,甚至螺旋桨。水桶理论指出,这个链条中间的最短板决定整个系统的额定功率。 如果你搞一个100A的电调,加2820的电机,配上4节AA电池,相当于买辆1MW功率的坦克,配个点滴瓶子当油箱。 你的电机转不快,你的电池很快短路过放,整个动力系统迅速崩溃。

一整套动力系统的配置和优化,大家追逐的目标是什么? 不是单纯电机的功率,也不是单纯电调的功率,而是整个系统输出效率。 能量从源头电池中流出,经过动力系统最后被转换成飞机的机械能(可能是爬升的势能,可能是加速的动能,最常见的是克服阻力做功),能量在电动系统的链条中的每一次接力都意味着一次损耗,电调转换是有效率(e1)的,电机把电能转换成机械能是有效率(e2)的,螺旋桨把电动机的转动机械能转变成飞机动能也是有效率(e3)的, 动力系统的效率E=e1*e2*e2。 系统的输入功率是电池,这事功率的源头,公式(1)P_in=U*I,电池电压和电流乘积。 系统的输出功率在末尾,螺旋桨,公式(4)P=F*V. 就是你的螺旋桨动拉力和飞机速度乘积。记住是动拉力而不是静拉力,两套完全相同的系统,静拉力必然相同,装在两架不同的飞机上用不同的速度飞行,拉力会截然不同,而效率可能一个天上,一个地下。系统总体效率E=P_out/P_in=e1*e2*e3,各分系统的功率多大基本是由你的钱包决定的,但是如何配置让效率最高,很大程度上是你的知识和头脑决定的。

当然除了效率外,航模动力的另外一个重要指标是重量,或者功率/重量比--由于大家都还基本处在螺旋桨动力时代,时髦的推重比这个喷气飞机的时髦概念在此没有意义,就像同属涡轮发动机家族的涡轮轴(涡轴)发动机的指标永远是千瓦,而他表兄涡扇和涡喷始终标推力一样。 同样优化好的配置,重量基本只和一个因素相关--钞票,所有我就不在这上面浪费笔墨了。

不帅 发表于 2014-3-16 19:00:50

没人回帖。。。我来个吧

海豚的心事 发表于 2014-3-16 19:32:33

是爷们的娘们的都帮顶!大力支持
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