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浅谈 电直 Low RPM 低转速、长续航的理论和实践 (轻松15-30分钟,世界纪录2小时58分)

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发表于 2015-11-13 11:21 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |正序浏览 |阅读模式


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前言:

直升机航模最高境界当然是3D暴力飞行,但是对于许多新上手、也包括悬停神和逍遥派,航线,仿真,航拍,慢飞都是乐趣无穷。国外直升机论坛helifreak也有一个LowRPM(低转速)专区,供大家探讨分享。因为Low RPM分享基本都是鸟语,我来翻译一些实践和经验。

基础理论:

第一点:电力做功基础知识:功率= 电压 x 电流。热损耗= 电流的平方 x 电阻。其他相对不变,电压越高,电流越小,电池能效越高。
经过PUG同学提点,上述第一点有误,需要修改,先跳过。
第二点:针对电直,上述的电池能效仅仅是整体飞行能效的一小部分,还有传动效率、机身重量,旋翼阻力等等

第三点:在主旋翼切角15度以内,主旋翼的升力 切角x 转速 成正比例。大部分旋翼,大于15度切角,就会出现乱流,导致阻力迅速加大。


-因此所有直升机,为了安全,有一个最低转速警报,防止飞行员升力不够,再错误加大切角来挽救升力,导致乱流,恶性循环,然后坠机
- 这个在主流电动遥控直升机甚少出现。原因是今天主流3D电直转速远远远远高于普通巡航需求。

第四点:(这是最容易被忽略),接着上面讲,今天主流3D电直,其实转速远远高于实际航飞需求。450机动辄3500以上转速,700机动辄2000以上转速。这些高转速是为了稳定和快速反应。但是代价是几何级别增加的空气阻力,空气阻力跟速度的3-4次方成正比。比如2000转@5度切角悬停 vs 1000转@10度切角悬停,能耗可能相差4倍以上。

- 另外,本帖66楼和85楼也补充了无刷电机系统的一些基础科普。


理论最高效率飞行:

不谈3D或者F3C飞行比赛,逐步降低主旋翼转速,在11-12度切角 (预留3度切角作为储备),勉强起飞,这是最省电的飞行。

安全警示:
如楼下hawk208, colt1981等谈到,低转速飞行的抗风能力减弱,单靠陀螺仪不能完全弥补偏移。操控要专注,避免分神


实际应用:
- 700级直升机,最低主旋翼转速大概在700rpm,缓慢3D大概1000rpmyoutube上有大量老外视频是在700-1200rpm)。
- 450级,以360mm主旋翼,1600rpm基本是最低的了,稳定一点2000-2200rpm


第一个问题:
- 700级要维持1000转,还要最高电池能效的12s电压,而且考虑esc90%以上油门曲线,那么电机往往只有200-300kv。这种电机基本要自己绕线
- 450级别要维持2000转,还要最高电池能效6s电压,配90%油门曲线,电机kv一般也要在1000以下,市面上不多,或者很重。

权宜解法:
- 700级按12s设置(500kv电机,5kg重量),搭载6s电池。部分机型可以容纳两块6s5300mah, 飞行时间轻松30分钟。
- 450级按6s设置(1700-2000kv电机,1kg重量),搭载3s电池。一块3s2600mah飞行15分钟
- 上述配置,飞行15-30分钟,电机和esc基本常温,轻松写意。

第二个问题:

转速低了,尾桨控制差。快速变换主旋翼切角时,尾巴甩出blow out。


解法:

- 加大尾桨直径(450用68mm,700用115mm)

- 单独加快尾桨转速,比如lynx为X3出了一个14T尾轴

- 加长尾管,加长皮带/传动轴

- 在三轴陀螺仪内调整补偿设置。以vbar为例,有两个设置,一个是5.3.4版本叫collective pre-comp。6.0 neo版本里叫DMA Collective。另一个是acceleration。

- 改为3片/4片尾桨。


分享一些极端案例:

- 案例1簖桥残血大侠的compass7hv能鲸吞两块6s10000mah电池。我判断并联跑1200rpm,最少飞行45分钟。

- 案例2我的forza450ex,并联23s2600mah电池,2000rpm30分钟留空,最大垂直加速度维持1~2米/s^2。 [url=http://www.helifreak.com/showthread.php?t=697285]我在helifreak发帖链接[/url]


世界纪录案例:

2014年德国模友TimoWendtlandMikado Logo 400直接拉长到800级
留空2小时58分钟, 介绍链接





2013年留空2小时31分钟,用Logo 600SE拉长,DIY电机机325kv800mm主旋翼,115mm尾桨,搭载3公斤松下锂离子电池33800mAh,起飞重量5.6公斤。介绍链接



2012年 -
redbird300和他朋友用塑料机身,木头桨,搭载铁锂电池。飞行时间1小时46分钟。









欢迎继续阅读楼主其他信息

637
发表于 2021-11-21 13:29 | 只看该作者
这个太强悍了!
636
发表于 2021-11-21 13:28 | 只看该作者
很详细很专业,赞!
635
发表于 2021-3-9 05:32 | 只看该作者
回帖为成长
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634
发表于 2021-2-24 22:38 | 只看该作者
fengfengguai 发表于 2021-2-24 16:36
你可拉倒吧
你连初中加速度和速度的区别都掰扯不明白还在这叭叭儿的讲啥啊,让人笑掉大牙!

喷子本相就是这样,只会语言攻击了。
633
发表于 2021-2-24 16:36 | 只看该作者
qjc 发表于 2021-2-24 07:31
你是z32254的小号吧。一个到处喷人,号都封了的人在这骂别人是喷子,什么意思呢?

你可拉倒吧
你连初中加速度和速度的区别都掰扯不明白还在这叭叭儿的讲啥啊,让人笑掉大牙!
来自苹果客户端来自苹果客户端
632
发表于 2021-2-24 07:31 | 只看该作者
fengfengguai 发表于 2021-2-23 09:40
甭理qjc,那小子是知名张嘴就来的喷子

他懂了点皮毛,成天跑上来不懂装懂。

你是z32254的小号吧。一个到处喷人,号都封了的人在这骂别人是喷子,什么意思呢?
631
发表于 2021-2-24 07:30 | 只看该作者
wuhao19920619 发表于 2021-2-23 20:38
那麻烦你把验证的数据和论文发一下好吗?学习一下,不胜感激

这个又不是什么新概念,教材里都有。你想要深究可以去看相关的教材。本贴楼主举出的案例也是很好的验证。
630
发表于 2021-2-23 20:38 | 只看该作者
qjc 发表于 2021-2-22 21:37
"小电机小旋翼只要是和大旋翼的等比例缩小,那么也会工作在相应的同等效率点。"
你的观点自已也说了没有 ...

那麻烦你把验证的数据和论文发一下好吗?学习一下,不胜感激
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629
发表于 2021-2-23 19:21 | 只看该作者
fengfengguai 发表于 2021-2-23 09:40
甭理qjc,那小子是知名张嘴就来的喷子

他懂了点皮毛,成天跑上来不懂装懂。

大神pug和楼主并未出现
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628
发表于 2021-2-23 09:40 | 只看该作者
wuhao19920619 发表于 2021-2-22 02:13
这种说法是不科学的。那你想多大是大?450级别还是4500级别?假设随着体积增大效率可以一直提升,那岂不 ...

甭理qjc,那小子是知名张嘴就来的喷子

他懂了点皮毛,成天跑上来不懂装懂。
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627
发表于 2021-2-22 21:37 | 只看该作者
wuhao19920619 发表于 2021-2-22 02:13
这种说法是不科学的。那你想多大是大?450级别还是4500级别?假设随着体积增大效率可以一直提升,那岂不 ...

"小电机小旋翼只要是和大旋翼的等比例缩小,那么也会工作在相应的同等效率点。"
你的观点自已也说了没有数理推断。而且也没有实验验证过。低桨盘负载提升效率则是既有理论也有实验验证的。
626
发表于 2021-2-22 16:11 | 只看该作者
有人说多桨不好做平衡,考虑偶数桨叶,将匹配好的一对做对称安装如何,比如4桨2对于2对之间不平衡会怎样就好比我四桨我只安装2桨一样也行,我一直不明白怎样才算动平衡,我是这样做的桨2将分别称重如果不一样找东西让它匹配一样重然后用桨叶平衡分别桨东西分在2将不多位置达到水平,这样是不是就算完美了
625
发表于 2021-2-22 15:57 | 只看该作者
我也做过这样测试监控功率,粗略测试得出结果确实是低转速大螺距效率更高
624
发表于 2021-2-21 09:59 | 只看该作者
LZ国内怎么登录helifreak?
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623
发表于 2021-2-21 09:45 | 只看该作者
这个跟桨盘载荷有关吧,桨盘载荷小桨长需用功率小省电,追求航时和升限。桨盘载荷大桨短,追求机动性
来自安卓客户端来自安卓客户端
622
发表于 2021-2-21 08:05 | 只看该作者
wuhao19920619 发表于 2021-2-21 07:16
四轴效率低下的原因从电机特性曲线出发去理解似乎可以解释为是由于电机一直工作在低效率区间。
我并不清 ...

高效的飞行器,电机都会去匹配实际需求功率,尽可能在合适区间工作的。即使电机效率都达到100%,同样大小的直升机相比多旋翼,桨盘面积大,效率更高,这才是根本的区别。
621
发表于 2021-2-21 07:23 | 只看该作者
qjc 发表于 2019-3-19 20:34
3d飞行用对称无扭转的桨叶并不是长续航最好的选择。既然市场上缺少直升机长续航桨叶,可以直接用多旋翼桨叶 ...

3390桨根似乎有10mm厚,得需要自己CNC一个桨夹。光固化的不知道强度是否满足要求,不敢轻易尝试。
620
发表于 2021-2-21 07:19 | 只看该作者
风之纹章 发表于 2018-2-5 02:19
好长的帖子,挖了两天坟。楼主知识面宽广,佩服。现在也想就留空实践胡说一些我的看法,不一定正确,且当是 ...

增大桨叶没错。但是否遗漏了一个重要因素,就是需要合适的减速组?也就是说根本目的是为了让电机工作在特性曲线最高效率处?
619
发表于 2021-2-21 07:16 | 只看该作者
PUG 发表于 2016-3-27 04:19
“流过直升机桨页的空气平均线速度更快,比流过多轴桨页的平均线速度还要快。”

四轴效率低下的原因从电机特性曲线出发去理解似乎可以解释为是由于电机一直工作在低效率区间。
我并不清楚频繁的调速对能耗的额外增加有多少,但确实随着油门增加电机效率持续降低,那么等于说电机一直工作在特性曲线效率峰值的右半段。也就是小马拉大车。

因为要靠转速加减(注意不光有加,还有减)来进行姿态控制,那么要么就是大螺距低惯性,电机断电后可以靠风阻快速降低转速(电机负载大),要么就是电调主动刹车。

我觉得以上是四轴效率低下的主要原因。

那么如果改进的话,有两个解决方案,不知那哪个方案是解决问题的根本。

1,上减速组,让悬停转速在点击特性曲线的高效范围内;

2,使用变距系统,让电机一直工作在效率最高转速。

我目前还没有进行完整实验的条件,不过脑测一下,如果使用变距系统+减速组,那么就相当于四个直机的主轴部分。重量*4的同时做功,电池容量等都*4,因此实际效率是不变的。但却减少了尾桨的消耗。那是不是可以说最优解其实是减速组+变距的多轴?(假设变距系统真的对效率改善有所帮助。否则只要上减速组就可以解决问题)

还望各位大佬不吝赐教。
618
发表于 2019-3-19 20:36 | 只看该作者
MAYACUI 发表于 2018-11-5 23:13
我想你是没太理解高电压的初衷电压低了,同等功率下是不是电流就应该升高?你说电调发热是电流大了热点还 ...

降低电压是为了使同样转速时电调工作在更大的油门状态,减小freewheeling过程的损耗。
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