自己翻译的，与大家分享(电动飞机基础知识)！申请加精

superatc

在RC GROUP上看到的，觉得非常好，就翻译下，与大家分享，由于本人英语水平有限，不妥之处请大家指正，附英语原文。

简介

这篇短文是为了给模型爱好者提供一些简单的知识，在令人眼花缭乱的设备中为他们的模型去选择合适的动力系统。这篇短文不是为了回答某个人的问题，而是做一个简单的介绍，为了帮助我们理解航模动力系统做个参考

当我看到整篇短文的时候，我觉得选择一个动力系统比我原来所想的更复杂。选择一套动力系统，经常会根据实际情况估计一些数据，可能我们准确的计算出了每一个重要的数据来决定为模型选择一套最合适的动力系统，我们中的大多数人可能会更喜欢基于模型去估算数据这一过程，遗憾的是要有一些必须的知识去做出估算，希望这个短文可以提供这些必须的知识。对于那些对模型完全不熟悉的人，如果他们想做一个模型，我建议从这篇短文开始。即使他开始的时候不理解，最终他们会明白的。一些反复的实验可能不是最好的学习方法，但是有时却是最有效的。许多人只想得到特定的信息，所以每个话题都有一个标题，往下看，你可能会找到你需要的信息

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[ 本帖最后由 superatc 于 2012-3-5 15:40 编辑 ]

superatc

翼载荷与失速速度

翼载荷就是飞机的重量除以机翼的面积。翼载荷大体上反应了飞机的升力与重力的比值，这个比值会影响飞机的爬升率，载重能力和转弯性能。

许多航模爱好者都尽力把模型做的轻。这是因为具有轻翼载荷的模型更容易飞，而且失速速度小。在转弯中，飞机受重力，这将增加它的负荷，就像你挥动一个绳子转圈，在末端的绳子载荷更重。在转弯中翼载荷变大，失速速度就会变得更高。影响飞机失速速度的其他因素还有机翼的外形和展弦比。对于一个比较重的模型，要想有轻的翼载荷，唯一的方法就是曾大机翼。高翼载荷模型失速速度大，这个失速速度在高过载机动下会变得更大。模型落地时的速度仅仅比失速速度大一点，高翼载荷会有高的着陆速度，这需要操作者有更好的操作技术。

翼载荷通常用盎司/平方英尺或克/平方分米来表示。一平方分米等于15.50003平方英寸。如果你想计算航模的翼载荷，试试这个计算器http://www.csd.net/~cgadd/eflight/calcs_wingload.htm。

superatc

电压，电流和功率

当你选择电动航模的动力组件时，你最需要知道的术语是电压，电流和功率。有一个液压模拟实验用简单的方式解释了这些术语。

液压模拟实验有时用来解释电路，灌满水的水管就像电路，电压比作水压，决定了电子流过电路的速度。电流（单位：安培）在同样的模拟中是流过特定点的水量。电压决定速率，总输出以瓦特计算：电压（伏）X电流（安培）=功率（瓦特）

就像我们知道的，电压和电流与马达效率和螺旋桨加在马达上的载荷有关系。在各部件说明书中会告诉你选择什么样的马达，电池，电调和螺旋桨，更接近马达的最高效率。这些内容将在下列段落中更详细的说明。

superatc

选择马达

重量和尺寸

在选择马达前最重要的是记住马达的重量和尺寸。增加额外配重调整重心是我们大家都不希望的。比起尺寸和力量都小的马达我更喜欢大马力大尺寸的马达装在我的模型上。有时只有配重没有别的选择，但是不要忘记马达重量和模型重心的关系，马达的规格非常重要，这是显而易见的，不要买不适合你模型的马达。

你需要一个性能级别适合你模型设计需要的动力马达。3D模型需要推重比大于1:1，而双翼机需要小一些的推重比。记住，如果你的马达运行高于最大效率功率，高出的输入功率会转变成热能。

70-90瓦/磅，训练或慢飞特技模型。

90-110瓦/磅，运动机特技模型和像真模型。

110-130瓦/磅，高级特技机和高速模型

130-150瓦/磅，轻翼载荷3D模型和涵道动力模型

150-200+瓦/磅，各种3D模型

马达

内转子马达和外转子马达

现在知道了你的模型需要什么样重量和动力的马达，那么什么样的马达是最适合的呢，内转子马达还是外转子马达呢？

两者都有支持者和反对者。

内转子马达

内转子马达磁铁直接粘在轴上，周围被铜线圈包围，因为磁铁离轴非常近，所以旋转非常快，这意味着会有很高的转速，但是扭矩低。高转速可以通过变速器改变扭矩。

内转子马达效率更高，动力更强，但是需要减速器驱动大螺旋桨。与外转子马达相比它的KV值更高。模型需要小的螺旋桨高速运行，比如涵道没有变速器的内转子马达是流行的。一旦使用变速器，又要产生额外的花费，还需要维护并且有噪音，但是你仍然可以用内转子马达高效率的带动大桨得到强劲的动力，这就是为什么所有的F5B模型仍然使用内转子马达的原因。

外转子马达

外转子马达是这样构成的，铜线圈在里面，轴被固定在粘有磁铁的外壳上，这个外壳罩在铜线圈周围，因为外壳的重量和磁铁远离转轴，使得它就像一个惯性轮。由于外转子电机的结构，通常外转子电机与内转子电机相比有更低的转速和更高的扭矩，这就使得外转子马达可以不用变速箱就能驱动大螺旋桨。

这意味着免维护，更静音，更便宜（无变速箱）。对于大多数运动机飞行者，这些因素使得它比内转子马达更高效、更有动力。

Kv

KV的意思就是在无负载的条件下，每伏电压下电动马达每分钟转动的次数。你可以想象得到高KV值与低KV值就像一个高性能的2冲程竞赛用摩托发动机与一个4冲程哈雷摩托发动机的不同。就是说他们都输出大致相同的马力，2冲程发动机输出的动力是在11000转/分，而4冲程发动机输出的动力是在3000转/分，对于高KV值与低KV值的电动马达是一样的。如果电压相同，对于竞速模型来说，高KV值的内转子马达配小直径的螺旋桨会更好，对于要求动力的模型，低KV值的马达配大直径的螺旋桨会更好。例如：让滑翔机达到一定高度或像吊机的3D动作。KV值是由线圈的匝数决定的。KV值和绕组匝数的乘积是常数，多的匝数=低KV值，少的匝数=高KV值. (http://bbs.5imx.com/bbs/viewthread.php?tid=480406)

KV值有两个主要的含义：

在同样电压下，高KV值的马达比低KV值的马达旋转的更快。这就意味着如果你选择了低电压电池，你可以选择用高KV值的马达。例如：7节电池滑翔机比赛（7节镍氢或镍镉电池，每节1.2伏，总计8.4伏）。低KV值的马达在8.4伏下不能产生足够的转速达到比赛要求，所以要选择高KV值的马达。
如果没有特殊的限制电压，低KV值的马达可以通过增加电压获得更高的转速。KV值200到300的大型外转子马达就是一个很好的例子。考虑马达的时候一定要考虑电压的限制。

醉酒驾车

赞~≧▽≦)/~

dgxchy

辛苦了！！！！！！

superatc

变速箱
选择内转子马达和变速箱没有说的那么复杂，是非常基础地，与选择外转子马达一样，但是得加个经过计算的变速箱
当选择内转子马达的时候通常有两个型号去选，我用Feigao。例如，在他们的网站上有对于每种马达有一整套的资料，并且有不同配置的建议。Feigao对于比较小直径的马达（27.6mm）“380”，大点的（36mm）“540”。这两种马达有3种不同的尺寸，小、大、X大，这些是Hacker的拷贝数据，“380”是B40型号，“540”是B50型号，这样做非常容易的在网上找到合适的配置数据。对于Hacker与Feigao，他们的变速箱减速比率是相同的，“380”是4.1:1，“540”是6.7:1.
但是6.7:1是什么意思呢？得到了变速箱桨轴的KV值，通过变速箱的比利率简单的改变了马达的KV值，如果我们用FG540-07S举个例子，一个5070KV的马达通过比率是6.7:1变速箱变速，得到的KV值是5070/6.7=757。这将非常适合3S配置的飞机。如果你想用它达到最大安培数，核实电池达到了要求（关于放电系数C在这篇指引里）。就我个人而言，参考了Hacker的配置后，使用Feigao马达变速箱配套产品更容易些。Hacker是质量更好的产品。
Peak Efficiency是个非常好的网站，在那你会知道你想要的配置的性能，就像你自己测量的那样精确，此外网站还会给你一些参考。图表不是很容易读懂，但是如果你先看"how do I read this chart"你会找到读懂它的窍门。

superatc

电子调速器
主要有两种类型的电子调速器，分别对于有刷马达和无刷马达。不能把有刷调子调速器用于无刷马达，反过来一样。考虑到一些可能需要的情况，像刹车和软启动。如果用折叠桨，你会用到刹车，如果用变速箱，你会用到软启动，还有推力开关。这些情况经常出现在遥控滑翔机上。当选择电子调速器的时候，最重要的事情是考虑电子调速器与马达的匹配。选择电子调速器额定安培数高于马达额定安培数是非常好的，可以防止电子调速器过载失效有可能损坏模型。经常能看到电子调速器的负载极限，这意味着你能在限定的时间内通过的最大电流，超过这个限制就是自找麻烦。多数明智的航模爱好者喜欢在电子调速器指标范围内多10%-20%的余度。你需要仪器测量动力系统产生的电压和电流，确保电池、电子调速器或者马达不过载。
什么是BEC？BEC是（battery eliminating circuit电池分离电路，也有翻译成免电池电路）这个器件为航模的伺服舵机提供动力。许多电子调速器有BEC，BEC在额定电压下只能带动一定数量的伺服舵机。电压越高能用的伺服舵机越少。在电子调速器上的BEC带过多的伺服舵机会引起BEC的过热和失效。如果BEC在飞行中失效将会引起灾难性的后果。那么怎样才能让电子调速器安全的带动更多的伺服舵机呢？使用动力电池供电的外置BEC或者UBEC，要带动更多的伺服舵机，这两种方式与用电子调速器内置BEC相比是比较廉价的安全方式。对于伺服系统没使有用电子调速器内置BEC的情况下，接收机电池供电是另外一种提供动力的办法。
临界电压
在电子调速器上设置临界电压，确保电池不会过放而损坏

superatc

螺旋桨的选择
螺旋桨式动力系统载荷的组成部分，错误的螺旋桨能损坏电池，电子调速器和马达。把螺旋桨想象成汽车的档位。某些螺旋桨就像一挡，马达必须工作在高转速去减速。如果驱动4X4螺旋桨，这个螺旋桨将会带动模型在缓慢的速度下大梯度爬升，而发动机不会熄火。可以比较下3D模式下的螺旋桨，动力比速度更正要。另一方面，可能你想飞的快些，这就需要这样一种螺旋桨，就像汽车的高速档，它没有力量启动和在低速下大梯度爬升，但是一旦达到一定速度就会保持这种速度。螺旋桨上的数字，比如10X4，告诉我们直径和螺距，这是一个直径10英寸，螺距4英寸的螺旋桨。10X4的螺旋桨就像上面分析的4X4螺旋桨一样，在低速下能提供更大的动力。如果换成10X7的螺旋桨就会得到更高的速度，但是启动和爬升将会须要更长的时间，额外的负载会使马当流过更高的电流。
螺距和螺距速度
螺距（通常用英寸表示）是在没有滑流的情况下，螺旋桨切割空气完成一个单螺旋前进的距离。螺旋桨的桨叶以一定角度转动使空气移动从而产生推力，这个桨叶的角度决定了螺旋桨的螺距。螺旋桨的桨叶其实就像机翼，攻角越大，产生的升力越大。就螺旋桨来说，在一定转速下，攻角越大，产生的推力越大。
螺距速度是螺旋桨在切割空气时的速度，是由螺旋桨的螺距和单位时间内完成的旋转次数计算得来的，螺距速度不考虑滑流、推拉力或其他可能影响航空器的力。
高翼载荷需要更高的空速才能保持模型在空中飞行。过高的螺距速度意味着更低的推力、更长的起飞距离、更高的着陆速度。推力和高空速兼得会造成重量上的损失，因为缩短起飞距离需要的动力与留在空中飞行需要的动力不是成比例的。
军用飞机是高翼载荷高动力飞机模型的例子，这样的模型应该飞的很快，需要考虑翼载荷。
F5B模型是最极端的高动力高翼载荷的例子之一。更极端获得高螺距速度的例子是需要弹 射器，因为螺旋桨16X16或超过16X17，用弹 射器是为了获得更高的速度和更高的爬升。在理想条件下（零机身阻力，100%螺旋桨效率）能计算出模型的速度，转速X螺距/1056=英里/小时。例如10000转/分X7寸螺距/1056=66英里/小时或105.6公里、小时。
螺距速度不但与翼载荷有关，也与你想用模型做什么有关，就像上述提到的F5B。对于已有的轻型模型或中等重量模型，可以通过螺旋桨与螺距速度的选择决定用途。不必改变任何东西（电流不变）能让使用10X5螺旋桨的GWS台湾II下单翼运动练习机变成使用9X6螺旋桨的高速特技飞机。一般来说1寸螺距对应一寸直径，如果增加一寸螺距，就需要减少一寸直径以保持电流不变。
通常多数飞机使用的螺旋桨比例都是1:2，例如10X5、11X5.5、12X6等等，这是最有效率的（我所听过的）。上单翼练习机可以使用9X7螺旋桨代替11X5.5螺旋桨，一旦飞机减小油门，仍然可以保持足够的升力，越高的螺距会得到足够的空速，可以在低电流下得到更长的飞行时间，非常适合航拍。下面的信息是由来自RC Groups的布鲁斯提供的，关于螺旋桨种类的选择。
作为经验，想要让螺距速度是2.5到3倍的失速速度，如果飞机失速速度在15英里/小时，最好让螺距速度在37.5英里/小时至45英里/小时之间
对于特定的马达，我所知道的一个测试，使用12X6的螺旋桨运行在7165转/分钟，每旋转一圈拉着飞机前进6英寸，所以飞机没分钟前进6X7165或者说是42990英寸/分钟，除以12英寸得到3582.5英尺/分钟，乘以60分钟得到214950英尺/小时，除以5280得到40.7英里/小时。我已经计算出的飞机失速速度是14英里/小时。40.7除以14等于2.9，这个值在螺距速度与失速速度比值2.5至3之间，这是很好的。
选择马达可能要根据螺旋桨直径倒推。我的飞机用了12英寸的螺旋桨，我想要得到适合这个飞机最大直径的螺旋桨。

superatc

锂聚合物电池
安全
安全使用锂聚合物电池
对于与安全使用锂聚合物电池有关的问题请看这个链接
http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=209187
C率
一般地说，C率是与电池能安全的流过多少电流有关的，用容量或C表示。防止电池不断的以最大C率放电，持续不断的最大C率放电会缩短电池的寿命。根据电池的质量，如果想要电池更耐用，保持电流大约在10C左右,短时到20C。放电越缓，电池的寿命越长。
一个2200毫安时10C的电池额定放电电流达到22A（10X2200毫安/1000）同样容量12C的电池额定电流可以达到26yue4riA（12X2200毫安/1000）
高C率的电池内阻更低，这意味着电压降不像负载两端的电压降那么显著，而且更有能量。
这是布鲁斯的测试，2块2100毫安时11.1V锂聚合物电池，负载下高C率高电压的演示
测试了一块20C和15C2100毫安时11.1伏锂聚合物电池，马达电压和推力如下：
15C：9.3V马达电压，44.6盎司推力产生271瓦功率
20C：10.1V马达电压，48.9盎司推力产生318瓦功率
马达从15C，30安培额定电流的电池获得了29安培电流，从20C，40安培额定电流的电池获得了31.5安培电流。对于这个马达，我用两块2100毫安时11.1V15C的电池并联，这样获得两倍的放电率C，或者是60安培的电流。在2块11.1V15C2100毫安时电池并联，并且使用12X6螺旋桨的情况下，这个马达流过了31安培的电流。小心锂聚合物电池生产商会虚标C率，除非你看到测试结果才能相信这个电池，在规定的C率的一半去使用电池，电池的循环次数会更多。
毫安时
mAH（毫安时）是毫安培小时（Milliamp Hour）的缩写，它的意思是电池一小时会放出多少电。数字越大说明电池放电时间越长，容量越大。例如一块2000毫安时的电池可以认为以2000毫安培（2安培）的电流放电一小时。一块1700毫安时的电池可以以1700毫安（1.7安培）的电流放电一小时。1000毫安时（mAh）等于1安培时(AH)
像C率一样，毫安时决定了电池放电的最大电流，就像在C率章节看到的计算结果。例如：如果有三块11.1V10C电池，一块是1000毫安时，一块是1700毫安时，另外一块是2000毫安时，我们可以确定流过下列的安培数是安全的。用毫安时乘以C率除以1000，毫安培转换为安培：
10X1000毫安/1000=10安培
10X1700毫安/1000=17安培
10X2000毫安/1000=20安培

superatc

BEC电动飞机中扮演的角色
安德森
在电动马达的世界里，电子调速器替代了油动动力，它通过控制给马达的脉冲功率控制马达速度，获得预期的马达速度。然而多数的电子调速器还有两个其他功能，低电压保护和免电池电路。
低电压保护电路将会切断马达的动力，把动力给无线电系统，使你能在动力电池能量太低的时候能让飞机安全着陆。就锂电池来说，低电压保护电路也能保护电池，防止电池过放。如果你开始的时候用镍镉或镍氢电池，并且转换到锂电池，请重新设置低电压保护，防止损坏锂电池。
免电池电路提供动力给接收机和伺服舵机。免电池电路是讨论的焦点。
免电池电路源自过去的电动飞机，一个电池给马达供电，另外一个电池给接收机供电，为了减轻重量，免电池电路取代了接收机电池。
在大多数的无线电系统中，接收机被设计成工作在4到6伏之间，为了与此相匹配，典型的免电池电路通过降低马达电池的电压到5伏左右给接收机供电。然而对于越高的马达电池电压，免电池电路越难降低它的电压到5伏。为了降压，免电池电路会发热。电压降的越多，免电池电路产生的热就越多。因此如果马达电池电压超过一定值，免电池电路就不能工作。对于特殊的高电压电子调速器常常不集成免电池电路
免电池电路给接收机也是有额定电流的。舵机数量越多，免电池电路提供的电流必须越大，在这个过程中产生的热就越多。然而对于多数集成免电池电路，马达电池电压越高，免电池电路提供的电流越低。发热导致对安培数的限制，影响到集成免电池电路能支持多少个舵机。
例如，如果马达电池是8.4V，免电池电路能带动4个舵机，如果马达电池再高点，到11V，同样的免电池电路可能只能带动3个舵机，因为从11V到5V的降压产生了更多的热量，电流负载不得不减少，否则免电池电路就会过热。
注意，电子调速器的额定电压可能与免电池电路的额定电压不同。电子调速器额定电压是14.8V,但是免电池电路可能不超过12V，这就不得不给接收机单独供电。如果没注意到这个问题，突然接到4S电池，电子调速器可能没问题，但是免电池电路会不工作，导致坠机。
一位免电池电路的制造者说：许多人都没有意识到他们的集成免电池电路额定电流具有误导性。大部分集成免电池电路的额定电流随着电压的增加在减小。例如，几个标注“3A”免电池电路的25A电子调速器运行在3S下时只能提供0.5A的电流。
如果飞RTF或者到手就能飞的模型，可能电子调速器/免电池电路的说明书不包括在内。飞机制造商可能标明飞机使用8.4V动力。在这个电压下，随机的免电池电路可能会正常工作，然而，如果你决定使用3S电池，问题可能就会产生了。免电池电路可能在几个起落内都是正常的，不一定什么时候就会让你沮丧的回家了。
我们会用到不同的舵机，不同舵机的电流也不相同。如果电流太大，免电池电路将会变热，切断电源，这会阻止免电池电路着火，但是却切断了接收机的供电，这就失去了全部无线电系统的动力，飞机就会失控。
在免电池电路过热的情况下，如果有足够的冷空气流过飞机，免电池电路可能会很快恢复正常，这看起来就像无线电失控，但是这是免电池电路在完全失效的边缘。如果在着陆时电子调速器非常热，原因可能是免电池电路工作在它的额定值边缘。当我们看到这些短时的失控，我们经常认为是无线电系统的问题，但是事实上是免电池电路引起的。

superatc

个案分析
飞手正在用Spektrum 2.4 GHz遥控器，一切都是好好的，突然飞机失控坠毁。各种推断坠机的原因都集中在无线遥控器上。找回飞机后，所有的一切都工作正常，是无线遥控器的问题吗？飞手认真考虑后，认定是免电池电路过载导致的失控。你可以通过下面的连接看看实际情况在2986到3006之间http://www.rcgroups.com/forums/showt...04621&page=200
这不是唯一的这一类型的事件。飞手在失控前测试几分钟，一切看起来都很好，免电池电路工作正常，但是几分钟以后，免电池电路逐渐热了起来。加上马达和电池产生的热量，流过的冷空气不够，免电池电路切断了电源。
保持凉爽
良好的空气流动可以避免免电池电路过热。无论你用什么无线电设备，确保有足够的空气流过飞机，尤其对有良好绝热性能的泡沫制作的飞机。可以再飞机前部做个气孔，但是热量不能从这里出去，还要有一个最够大的孔让空气有良好的流通。如果在动力部分或无线电部分没有足够的冷空气，会引起马达、电子调速器、免电池电路或是电池的算坏和失效。
怎么样飞行会引起热量的积累呢。例如，滑翔机飞行1分钟达到了高度，会有足够的空气流消除积累的热量。但是如果你不断的飞行10分钟，积累起来的热量足以煮了免电池电路、电池，甚至飞机的部件。
确保有足够的空气流过飞机，如果电池热，电子调速器也很热，那么需要更多的冷却。
免电池电路问题的其他原因
你配置正确，免电池电路足够带动你的舵机，并且有足够的冷空气，但是仍然会有问题。如果有个高的载荷在舵机上，这会增加流过舵机的电流。如果舵机卡住，电流会增加。
舵机载荷应该是合适的。舵机动作，会在免电池电路上加上负载，当舵机回到中立点的时候电流会下降。在两次载荷之间，免电池电路会变凉。然而舵机卡阻会使电流增加。你会明白为什么让舵机动作自如没有卡阻。检查拉杆，确保舵机动作自如。
计算机技术在无线电中的应用
在过去用一个舵机带动两个副翼是常见的，4通道3舵机的典型电动飞机。随着计算机技术的应用，两个舵机操作副翼成为趋势，这意味着更多的载荷加在免电池电路上。
随着计算机技术在无线电遥控中的应用，副翼方向舵混控，3个舵机同时工作变得容易。现在在转弯的时候拉杆，4个舵机同时动作。在电动滑翔机上，襟翼、副翼、方向舵升降舵的混控，6个舵机一起都在动。我可以看到免电池电路会变成什么样。
如果你需要的动力大于集成在电子调速器中的免电池电路所能支持的范围或者马达电池比免电池电路能承受的电压高，你将需要独立的接收机供电，或者说是独立的免电池电路。许多公司在次级市场做高电压高载荷舵机的免电池电路。
有不同种类的电路被用于免电池电路功能。这些线性免电池电路主要是集成在电子调速器上。这些低成本免电池电路与马达电池相匹配。有开关模式的免电池电路，与线性免电池电路相比，可以使用更高的电压，很明显，许多次级市场的免电池电路都是这个类型。
无论什么类型的免电池电路，要遵循下面的话，否则有失去飞机的风险。确保提供大量的冷却空气。

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