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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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楼主
发表于 2015-11-13 11:21 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |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

沙发
发表于 2015-11-13 11:29 | 只看该作者
低转速很容易失速的。。。
3
 楼主| 发表于 2015-11-13 11:35 | 只看该作者
Hawk208 发表于 2015-11-13 11:29
低转速很容易失速的。。。

低转速,当然没法爽飞3D。乐趣也不在3D。装上go pro和FPV直接改航拍也许是下一步我的方向。另外,对于我真的不完全怕炸鸡花钱。而是真的没有时间和勇气去反复修飞机和调试。我猜许多悬停侠也是。




4
发表于 2015-11-13 11:39 | 只看该作者
之前看过一个logo800的LowSpeed 3D视频。楼主这篇收集的很好。
5
发表于 2015-11-13 11:43 | 只看该作者
低速是误区,长航时一般都是想往无人机方向发展的,但是低转速导致抗风性能大减,还是要走提高整体效率的路子...
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 楼主| 发表于 2015-11-13 11:44 | 只看该作者
abao2000 发表于 2015-11-13 11:39
之前看过一个logo800的LowSpeed 3D视频。楼主这篇收集的很好。

谢谢赞赏。

我一直就不信邪,不认为多旋翼留空时间比直升机长。但是每次进入直机论坛,发现国内外都是5分钟内起降,就不解。一直到我了解了原来是主流3D飞机主旋翼过高的转速导致高能耗。我才开始研究。发现直升机的真实留空潜力。





7
 楼主| 发表于 2015-11-13 11:48 | 只看该作者
colt1981 发表于 2015-11-13 11:43
低速是误区,长航时一般都是想往无人机方向发展的,但是低转速导致抗风性能大减,还是要走提高整体效率的路子. ...

那看你需要多抗风。如果不用3D,也不谈F3C比赛,纯休闲飞。同一块电池,我打包票低转速能效高。3D暴力飞行转速,应该是远远高于真实直升飞机等效转速。

8
发表于 2015-11-13 11:51 | 只看该作者
amphibia 发表于 2015-11-13 11:48
那看你需要多抗风。如果不用3D,也不谈F3C比赛,纯休闲飞。同一块电池,我打包票低转速能效高。3D暴力飞 ...

不考虑抗风肯定转速越低越省电...考虑抗个4-5级风,700有复翼机至少也得1500-1600

9
 楼主| 发表于 2015-11-13 11:53 | 只看该作者
colt1981 发表于 2015-11-13 11:51
不考虑抗风肯定转速越低越省电...考虑抗个4-5级风,700有复翼机至少也得1500-1600

可能地区不同,我感觉就我的水平,广东一带除了台风天气,其他logo 600以上的4kg以上飞机都挺抗风的。我不比赛,估计对抗风容忍程度比较低。想想都明白陀螺仪稳定性来自高转速。自行车骑慢了都容易倒。

10
发表于 2015-11-13 11:57 | 只看该作者
支持 楼主,另外大桨翼型也很影响留空时间,
目前市面都是面向3D使用的对称翼型桨

换成平凸桨会有较大提高
11
发表于 2015-11-13 11:57 | 只看该作者
amphibia 发表于 2015-11-13 11:53
可能地区不同,我感觉就我的水平,广东一带除了台风天气,其他logo 600以上的4kg以上飞机都挺抗风的。我 ...

加飞控飞全自主必须要求飞机本身有一定抗风性...飞机抗风性不足,飞控再修正也回不来

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发表于 2015-11-13 11:57 | 只看该作者
我喜欢低转速飞,支持楼主研究报告!延长直升机的续航,对于配合开源飞控的研究,有很重要的意义!
13
发表于 2015-11-13 12:01 | 只看该作者
我的意思不是说不能爽飞3D,而是转速低到一定程度时,直升机的舵面就失效了。
直升机的失速有时比固定翼更危险。
14
 楼主| 发表于 2015-11-13 12:02 | 只看该作者
crazyboyyy 发表于 2015-11-13 11:57
支持 楼主,另外大桨翼型也很影响留空时间,
目前市面都是面向3D使用的对称翼型桨

你说的很有道理。真正的直升机好像除了robinson R22、R24等轻型直升飞机,其余都是非对称主旋翼(asymmetrical blades)

但是在遥控直升飞机上,似乎唯一生产非对称主旋翼的就是spinblades,但是他家的主旋翼好像安全可靠度不高。我一直不敢买。


15
发表于 2015-11-13 12:04 | 只看该作者
说的很对,我的飞机480,3s的电池2200容量,飞行12分30秒,但是在紧急时候猛推油不锁尾,炸鸡无数
来自苹果客户端来自苹果客户端
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 楼主| 发表于 2015-11-13 12:06 | 只看该作者
colt1981 发表于 2015-11-13 11:57
加飞控飞全自主必须要求飞机本身有一定抗风性...飞机抗风性不足,飞控再修正也回不来

你这么一说,我很有感触。450在3s低转速降落如果有风,控制平稳降落就有难度,弄不好就尾桨扫地。但是上了6s,就容易控制很多。



17
 楼主| 发表于 2015-11-13 12:08 | 只看该作者
Hawk208 发表于 2015-11-13 12:01
我的意思不是说不能爽飞3D,而是转速低到一定程度时,直升机的舵面就失效了。
直升机的失速有时比固定翼更 ...

那你是高估我的水平和动作难度。我的飞行方式,基本等于F1赛场开拖拉机。

我听说,越是低转速,越考验飞行员动作的柔和度和预判性,是不是有点像油机的意思?


18
 楼主| 发表于 2015-11-13 12:09 | 只看该作者
event 发表于 2015-11-13 12:04
说的很对,我的飞机480,3s的电池2200容量,飞行12分30秒,但是在紧急时候猛推油不锁尾,炸鸡无数

请加长尾翼,增加尾翼转速,增加尾管长度,同时调整vbar或者其他陀螺仪参数。

19
发表于 2015-11-13 12:10 | 只看该作者
转速低了,陀螺效应降低,三轴陀螺仪的增稳性能也降低了。其实,可以考虑用多桨来弥补这一点!
20
 楼主| 发表于 2015-11-13 12:18 | 只看该作者
本帖最后由 amphibia 于 2015-11-13 12:20 编辑
zhangpengsir 发表于 2015-11-13 12:10
转速低了,陀螺效应降低,三轴陀螺仪的增稳性能也降低了。其实,可以考虑用多桨来弥补这一点!

多桨绝对是终结解法。君不见所有半隐身的武装直升飞机(阿帕奇,卡曼奇,直10)都采用4片以上旋翼。只有老式和轻型直升飞机用2片主桨(robinson R22,美国越战用的UH-1 Huey)
但是在只是在遥控电直上,多桨做动平衡难度,炸鸡成本,甚至额外的浆片自身重量都要考虑。一想到我就头疼。





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