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楼主: amphibia
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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 2015-11-14 00:17 | 只看该作者
本帖最后由 colt1981 于 2015-11-14 00:18 编辑
PUG 发表于 2015-11-14 00:15
首先,你没摊上事,别紧张。

“首先说你第一个问题,我想你应该清楚这指的是电池电能利用效率 ...

直怒干的效率高于普通单浆直升机这是有定论的。。。航模直怒干因为旋翼头结构问题所以操纵性和机动性都比普通航模直升机差。

欢迎继续阅读楼主其他信息

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发表于 2015-11-14 00:45 | 只看该作者
colt1981 发表于 2015-11-14 00:17
直怒干的效率高于普通单浆直升机这是有定论的。。。航模直怒干因为旋翼头结构问题所以操纵性和机动性都比 ...

除了支奴干,还有Ka50。它们并不是为了炫复杂,而是为了效率。

我们很多人拿一个随手装的四轴和一个成熟设计的直机,比如450来对比,其结论可以是五花八门。。。。。最后被眼花缭乱的错误东西引导到错误的认识。

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 楼主| 发表于 2015-11-14 00:52 | 只看该作者
magictalent 发表于 2015-11-13 20:44
为什么要设90%油门并换3s电池?我的x3 6s 2520 60%油门,如果不定速还可以更低,就算飞3d也很多人都低于90 ...

我不确定长期使用过低油门比例,是否会给电调寿命带来折损,包括随机故障率。没有这方面的研究。

我只知道大概长期油门100%撒开了跑,让转速达到真实kv值 x 电压,这种运行模式对于电调是最轻松的


这里还涉及几个问题,大家还没有提问,我也讲讲我的理解,码字多,请见谅。

1. 高端车模用的无刷有感系统,电直用的是无刷无感系统,那么直升机为什么不用有感排线?没有这排线,直升机电调怎么知道电机轴所处的相位?不知道相位,无刷电调怎么知道切换电路的时点?

2. 好盈50A/100A v3是无刷无感系统,但是配了一根rpm转速线,这个线跟车模无刷有感系统的有感线是什么关系?

3. 有的模型即便长期100%油门也会发热惊人,比如1/8电约野跑跑街基本都是油门全开,既然没有66楼说的磁场坍塌,为什么还是电机电调烫手?

4. 输出电流取决于什么?


这是泡了一些老外技术论坛之后,我看来的解释,原文我不一定找得到了。

1a. 高端车模上用的无刷有感系统,是在电机磁芯后面配了磁场电圈,通过有感排线实时把电机轴相位告诉电调,有助于电调控制输出相位。但是精准控制相位,并不代表能解决上面66楼说的低油门磁场坍塌发热的问题,只是在转速变化的时间段内,比较精准线性。凡是经常加减速的模型车,不管是1/8电越还是1/10平跑房车,照样风扇伺候。

1b. 无刷无感系统(包括直升机的外转型,和低端车模的内转型)都是利用电机轴转动起来以后产生磁场霍尔效应(Hall Effect),电调能感应到电机转起来以后的“反电势”,我理解,就是无刷无感电调能感觉的有反向电压跟他对着干,通过检测这个反向电压来判断电机轴位置。这里有涉及几个问题,需要大家探讨:

     1b1. 低转速下启动阶段,霍尔效应弱,反电势太小,怎么办?常见的无刷无感电调,在启动阶段,切换到另一种输出模式,就是3根电机线,每个切换周期只给两根电机线通电,然后检测另外没有通电的电机线的反电势。等转速上来了,再三相通电,全方位检测反电势。

     1b2. 对于无刷无感系统,即便转速上来了,霍尔磁场在无刷无感电机的滞后性还有好几微秒,对于上万转的模型电机,精度不够,我猜仅仅是因为直升机螺旋桨相对恒速,所以这个滞后不是大问题。

     1b3. 问题又来了,如果无刷有感系统对于转速变化很细腻,这么多优点,那多旋翼为什么还不用?成本?程序开发?还是因为外转型电机无法使用有感排线?

2. 好盈50A/100A v3配的rpm线,插在vbar上,似乎就是把遥控器100%油门信号和vbar governor设置的转速进行同步。比如油门100%对应2400转,那么50%油门,就是1200转。即使有这跟rpm线,低油门时磁场坍塌导致电调发热的问题照样存在。

3. 100%油门野跑得1/8电越发热的问题,就是简单的热损耗,热功率 = 电流平方 x 电阻。 1/8电越也是动辄150A电流,保守算平均100安培,100安培平方 x 0.01欧姆内阻电阻,也有惊人100瓦发热功率。你想想一个100瓦飞利浦卤素灯泡的发热量,开10分钟能不烫手吗?

4. 输出电流是取决于负载端的阻力。阻力越大,电调为了维持转速,就会加大电流。电流越大,磁场越强,因此提供的扭矩越大。这里也带出了另一个直升机选择电机kv值和电机齿轮齿数要尽量让理想转速在85%以上原因。假设有两个系统需要克服同样的旋翼阻力,一个是1500kv马达在100%油门达到你的理想转速,另一个是3000kv马达在50%油门达到你理想的转速。前者每秒钟8千周期都使劲,后者每秒只有4千周期能使劲。因此后者要靠2倍峰值电流,才能提供前者的等效扭矩。电流的峰值变化翻倍,磁场坍塌释放的热量也就更大。因此无论如何, 选择电机kv值和齿轮数很重要。任何时候靠低油门来维持电直飞行都不是最优方案。

谈的比较散乱,也可能出错,大家凑活看,轻点批。



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 楼主| 发表于 2015-11-14 01:12 | 只看该作者
本帖最后由 amphibia 于 2015-11-14 01:54 编辑
PUG 发表于 2015-11-14 00:15
首先,你没摊上事,别紧张。

“首先说你第一个问题,我想你应该清楚这指的是电池电能利用效率 ...

我隐约感觉鱼鹰起飞的高能耗,就论证了多旋翼的相对低效率

就飞行效率排名,我判断

       A 固定翼搭载2米直径螺旋桨水平飞行  >  B 固定翼搭载1米直径螺旋桨水平飞行  >  C 直升机搭载10米直径螺旋桨悬停  >  D 固定翼搭载2米直径螺旋桨强行垂直悬停

也就是说鱼鹰运输机巡航水平飞行就是最高效的A方案,但是垂直起飞阶段就是最低效的D方案,还不如C方案的直升飞机。鱼鹰垂直起飞说白了就是个多旋翼,这个阶段要使出吃奶的劲,这一点不是也恰恰论证了多旋翼飞行器天生不如直升飞机?

这也提出另一个创新,我记得有一家老美公司也搞了一个带固定翼翅膀的多旋翼飞机。克服低效率的起飞后,能调整四个马达方向往后吹,变成固定翼的高效率飞行。好像就是参考鱼鹰的设计。

















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 楼主| 发表于 2015-11-14 01:16 | 只看该作者
tangozai 发表于 2015-11-13 22:23
难得的认真交流贴
感谢楼主,我一直都想了解油门%与esc工作效率之间的关系。以前飞x7,因为也是悬停党, ...

我也搞了好久。第一次飞450ex,就是用6s1400mah,强行设置50%油门飞2200转,像你说的,飞久了电调和电机真的要热的要着火的势头。那个电调我不敢再用了,也不敢卖出来坑人。常识上我不甘心换3s,因为常识告诉我3s效率低,岂不是更热?潜心研究才知道缘由。现在450ex跑3s开100%油门,欢得很,电机电调基本都是冰凉的。
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发表于 2015-11-14 01:23 | 只看该作者
这要看电调是怎样设计的。
50% 油门并不代表电机,电调的负载低。
所以才有齿轮比这个东西,转速,扭矩,攻角,桨的长度都要配合起来才行。

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 楼主| 发表于 2015-11-14 01:28 | 只看该作者
colt1981 发表于 2015-11-14 00:17
直怒干的效率高于普通单浆直升机这是有定论的。。。航模直怒干因为旋翼头结构问题所以操纵性和机动性都比 ...

大家分析的问题越来越深了。我判断支奴干和俄罗斯K52肯定效率如果说高于单旋翼直升机。我猜原因是没有尾巴。据说普通直升飞机这个水平吹风的尾翼要损耗20-25%功率。
主奴干和K52的两个螺旋桨拼主旋翼效率,我猜比不过CH53E超级种马一个巨型螺旋桨,但是架不住超级种马也要有超级马尾。超级马尾不是省油的灯。

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 楼主| 发表于 2015-11-14 01:31 | 只看该作者
本帖最后由 amphibia 于 2015-11-14 01:33 编辑
Hawk208 发表于 2015-11-14 01:23
这要看电调是怎样设计的。
50% 油门并不代表电机,电调的负载低。
所以才有齿轮比这个东西,转速,扭矩, ...

问题是电机齿很多时候受到物理或者厂家开模的局限。比如我也想forza 450ex,跑6s电池开90%油门跑2200转。但是计算后发现电机齿要 7T 齿轮。没法加工啊。或者要把电机换成900kv,我又不会绕线。所以只能选择跑3s电池。

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发表于 2015-11-14 01:33 | 只看该作者
amphibia 发表于 2015-11-14 01:28
大家分析的问题越来越深了。我判断支奴干和俄罗斯K52肯定效率如果说高于单旋翼直升机。我猜原因是没有尾 ...

你还忽略了一台横列式直升机信鸽 Mi-12

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 楼主| 发表于 2015-11-14 01:42 | 只看该作者
Hawk208 发表于 2015-11-14 01:33
你还忽略了一台横列式直升机信鸽 Mi-12

直升机的魔力确实比车模和船模有意思多了。这么多奇奇怪怪的机型,也亏这些工程师想得出来。啥时候咱们才国家能走在航空研发的前端啊。。。

91
 楼主| 发表于 2015-11-14 04:19 | 只看该作者
本帖最后由 amphibia 于 2015-11-14 04:23 编辑
PUG 发表于 2015-11-14 03:51
“我隐约感觉鱼鹰起飞的高能耗,就论证了多旋翼的相对低效率”

这次你是在千里之外了。鱼鹰设计用途是 ...

你说的有道理。。。鱼鹰是一个妥协折中的设计。我只是觉得鱼鹰桨尺寸已经相当大,我感觉折中点基本偏向垂直起降。

鱼鹰桨尺寸与鱼鹰尺寸关系基本接近那种能飞1个多小时的多旋翼飞行器。


   

另外,考虑到在1950年以前的低推重比的内燃机直升飞机就已经能垂直起飞。但是鱼鹰要靠90年代以后的涡轮喷气发动机才能起飞。我似乎更有信心单一大旋翼整体效率。



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发表于 2015-11-14 04:22 | 只看该作者
amphibia 发表于 2015-11-14 00:52
我不确定长期使用过低油门比例,是否会给电调寿命带来折损,包括随机故障率。没有这方面的研究。
我只知 ...

建议你再看多点书。有一些基本的错误。

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 楼主| 发表于 2015-11-14 04:29 | 只看该作者
PUG 发表于 2015-11-14 04:22
建议你再看多点书。有一些基本的错误。

有错误敬请指出。如果有比较好的教材,欢迎推荐。这方面知识太散了。我看helifreak和一些德国论坛也是激烈争论。


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发表于 2015-11-14 04:37 | 只看该作者
好帖  绝对的好帖  学习了
来自苹果客户端来自苹果客户端
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发表于 2015-11-14 04:46 | 只看该作者
进来学习
96
发表于 2015-11-14 04:48 | 只看该作者
amphibia 发表于 2015-11-14 04:19
你说的有道理。。。鱼鹰是一个妥协折中的设计。我只是觉得鱼鹰桨尺寸已经相当大,我感觉折中点基本偏向垂 ...

“另外,考虑到在1950年以前的低推重比的内燃机直升飞机就已经能垂直起飞。但是鱼鹰要靠90年代以后的涡轮喷气发动机才能起飞。我似乎更有信心单一大旋翼整体效率。”

还是回到起点,鱼鹰擅长的不是垂直起飞,它设计的目的就不是高效的垂直起飞。容易实现和整体机械效率也不是一回事。考量一个指标要看你这个指标是不是适合被考量的对象。




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发表于 2015-11-14 05:27 | 只看该作者
amphibia 发表于 2015-11-14 04:29
有错误敬请指出。如果有比较好的教材,欢迎推荐。这方面知识太散了。我看helifreak和一些德国论坛也是激 ...

有感系统是指由传感器,霍尔效应传感器是用在有感系统里的,你看的排线应该是霍尔效应传感器的引线。
无感系统是指无传感器,是由反电动势来确定换相。

在你第四个问题中的举例的错误是,3000Kv那个的电机的供电会是1500Kv的一半,同转速下油门是一样的,点火的频率会是一样,只是幅值不一样。3000Kv是靠匝数达到与比它高一倍电流同样的扭矩。

同样的电机结构,材料和尺寸。其扭矩是一样的,和Kv没关系,KV不同改变的是功率中电流和电压两个因子的搭配关系。

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发表于 2015-11-14 06:03 | 只看该作者
另外,就航模,特别是450级别,传送距离不过巴掌,提高电压对提高效率帮助不明显。所以,提高电池的效能的作用是几乎没有。

多轴和单轴效率比,从载荷系数入手,你会发现单轴是无法比多轴在效率上有优势的。
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 楼主| 发表于 2015-11-14 08:17 | 只看该作者
PUG 发表于 2015-11-14 06:03
另外,就航模,特别是450级别,传送距离不过巴掌,提高电压对提高效率帮助不明显。所以,提高电池的效能的 ...

因为很多东西定性分析,没有精力去定量计算,我看您有很多老帖是涉及计算。很敬佩。别的我不熟悉,我学的就是工程优化,就像任何系统优化,都有一个收益递减的规律和事与愿违的临建点。不计算,很多时候单独定性分析容易钻到局部优化里。我隐约感觉不要说真的军用航空工程,就是电直里面,涉及变量种类,每个变量的变化范围、互相应变情况,许多我都不知道从何下手。过分简化就可能出现谬以千里的问题。至今还有众多问题很挠头,比如螺旋桨越长、越宽肯定升力越好,但是越长越宽,肯定越重?那最佳点在哪里?又比如电池越大越重,续航最长的电池究竟应该占机身总重量百分之多少?或者向你提到依靠增加电压来降低发热的收益递减如何计算?以后多跟您请教。{:1_57:}


100
发表于 2015-11-14 08:25 | 只看该作者
PUG 发表于 2015-11-14 06:03
另外,就航模,特别是450级别,传送距离不过巴掌,提高电压对提高效率帮助不明显。所以,提高电池的效能的 ...

你从头到尾都在拿所谓的理论说话,但实际情况根本就不是你想的那样。别在这光凭脑袋想,多做做实验比啥都强,有时候你的出发点就是错的,飞机这东西要考虑的因素太多了,不是基于一个点就能盖掉全部的,所以做实验是最直接最可靠的方法。美国军方已经为我们做了很多实验了,有些不争的事实咱们就别在这浪费时间了。
最后感谢你能用那么大篇幅来回答,谢谢
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