Omezení průměru vrtule

V diskusi na stoupáku o pravidlech malých oběžek se v souvislosti s americkými pravidly „malých oběžek, či náhrady S400, objevily dva názory, které si zde dovolím (skoro přesně) ocitovat:

První:
Jinak poznámka na okraj – kdybychom u nás dali do pravidel jen podobně specifikovanou 2208, tak stoupáme možná i 20m/s při použití vrtule třeba 7×6, nebo dokonce 6×5.

Druhý:
… vůbec nic by se nestalo, to „omezení“ vrtule pouze přesně definovalo ideální pohon, s malou vrtulí se nikam nedostaneš, já to zkoušel na motoru Kv 3400, 28A, motor málem shořel a nestoupalo to…

Kdo má pravdu? Měření by vždy mělo mít přednost před teorií, ale co vlastně říká teorie.

Zjednodušeně: čím větší kv (otáček na volt) motoru, tím menší vnitřní odpor, tím méně energie se ztratí ve vinutí a tudíž lze zvětšit proud. Větší proud znamená větší výkon a tudíž větší stoupavost. Daní za větší otáčky v důsledku kv je menší vrtule, která má horší účinnost. I tak se ale zdá, že větší kv znamená větší výkon. Na druhé straně, motor má ztráty nejen ve vinutí, které jsou funkcí proudu, ale i v železe a ty jsou funkcí otáček.

Pojal jsem podezření 🙂 a opět se uchýlil ke Drivecalcu. “Rychlou” oběžku 2208, s kv=3100, jsem v databázi našel jen jednu od Scorpiona. Následující tabulka ukazuje výsledky získané s nominálním napětím 7.4 V a vrtulemi Aeronaut.

Pro srovnání jsem do tabulky dal i „ostrý inrunner“, Mega je však konstrukčně odlišný a 2x těžší motor.

Výsledky z Drivecalcu tedy naznačují, že zvýšením kv nad určitou mez se většího výkonu, při zachování rozměrů motoru, nedosáhne. Menší ztráty ve vinutí jsou vykompenzovány ztrátami v železe. Povšimněte si posledního sloupce – celkových ztrát. Dle dosavadních zkušeností se zdá, že motor snese určitou zátěž jen po určitou dobu. Pokud by model s ostrým motorem stoupal výrazně rychleji, šlo by snad připustit větší ztráty, protože by motor běžel kratší dobu. Tak tomu však není, Scorpion s vrtulí 8×5 je tak asi mimo realitu.

Další tabulka uvádí maximální stoupavosti určitého modelu s jednotlivými pohonnými jednotkami získané „mýmkalkem“ (o kterém už vím, že je nepřesný, ale pro vzájemné porovnávání variant vyhoví):

A ještě v grafické podobě:

Závěry:

  • Dušek a Američani zase mají pravdu :-),
  • průměr vrtule okolo 10” se zdá být pro motory třídy 2208 opravdu optimální (viz citát výše), samozřejmě s ohledem na předpokládanou dobu chodu motoru a ve smyslu maximálního výkonu po tuto dobu,
  • zvyšování kv vede od určité hodnoty jen k nárůstu proudu (viz porovnání příslušného Axi se Scorpionem s malou a velkou vrtulí) bez zvýšení stoupavosti,
  • kdyby bylo omezení průměru vrtule v RCEK zrušeno, resp. kdyby nebylo bývalo vůbec zavedeno, asi by se nic nestalo (= po bitvě je každý generálem 😉 )

Je to samozřejmě jen teorie, strom praxe je zelenější, doufám, že to někdo proměří :-).

Honza
19.5.2011

komentářů 13

    1. Honzo, jenom na vysvětlenou kde se vzal rozměr vrtule 250 mm. Byl bych rád, kdyby mě doplnil Tomashr, protože si to už tolik nepamatuju.
      Vzhledem k tomu, že se pokusničilo na obou stranách česko-slovenské hranice, tak na plánované schůzce v Holíči 2009 byla na programu i velikost vrtule, resp. její konečný rozměr, který by udržel výběr outrunnerů v nějakých rozumných mezích. Na schůzce se mnou byl i Tomashr, proto se na něho odvolávám.
      V návrzích prokmitnul i rozměr 245 mm, ale u toho se velmi rychle zjistilo, že by se dala použít (s výrobními tolerancemi, které ale nikdo nikdy nespecifikoval) vrtule 9″ a tím pádem i motory s vyšším kv. Takže se tento návrh stopnul a řeklo se, že dodržíme rozměr 10″ s tím, že ho poevropštíme na 250 mm + opět výrobní tolerance. To se mi nelíbilo, protože nevím, co je výrobní tolerance, a proto jsem to do našich pravidel nedal. To je zatím status quo a nevypadá to, že by se to mělo v brzké době změnit. Takže nápad s tímto rozměrem je myslím evropský.
      Když vyjela nová Mega (outrunner), tak už loni bylo jasné, že je víc než malinko za hranou a např. pro finále, nebo opakování startu to bude stírací los. Proto se vymyslelo chlazení, které bod destrukce posouvá kousek dál.
      Píšu o tom kvůli tomu, že ze začátku, a na to si jistě vzpomenete, se lítalo s motory, které měly kv kolem 1300 a tam se mohla použít i větší vrtule, ale tudy cestička nevedla. Šlo se do vyšších kv.
      Zdravím vás.

      1. Jirku malinko doplním – 10 palců je můj nápad z prehistorie, prostě mi to přišlo rozumné. Konkrétní rozměr byl doplněn později, kdy se ukázalo něco, co mi uteklo (přiznávám chybu), totiž že je velký počet variací trámce a že to přináší docela velké rozdíly. Typickým příkladem může být pokusná série AXI 2208/18 – tyto motory byly při použití listů RFM 10×6 na malém kuželu RFM s trámcem cca 32mm opravdu jasně lepší, než normální 2208/20, ovšem s větším trámcem už obvykle shořely. Takže tu je i konkrétní důkaz, že tu nárůst výkonu při použití většího kV a menší vrtule byl.

        Když došlo na konkrétní velikost, tak první návrh byl 242mm, ale tam se poukazovalo právě na ty kV nad 2000, nakonec se do pravidel dostalo 250mm, což se podle praxe zdá, že vyhovuje – pokusy s kV2000 a více zmizely a situace se stabilizovala (naopak se v poslední době lehce laboruje s opakem, tedy vrtule přece jen o trochu větší a kV třeba jen 1600-1700).
        Takže určitě jde brát za doložené, že by s menšími vrtulemi výkony narostly, přirozeně nemohu garantovat těch 20m/s, co jsem psal v diskusi, třeba by to bylo „jen“ 16-18m/s, ale o nárůstu pochybovat moc nelze.

    2. Hm, zatímco Honza počítal, tak já dneska ráno ladil na ploše. Stoupavost s 10×6 mám stabilně 12m/s, špičkově 13m/s, tedy „jen“ o 20-30% víc proti výpočtu. Otáčky pro příkon 200W taky vycházejí proti výpočtu „trochu“ jinak – 8300 ot/min – o kolik se nám posune účinnost? A nakolik vážně lze pak brát ty další výpočty, když se v tom, co mohu porovnat se skutečnými daty, lišíš o desítky procent?

      Honzo neber si to ve zlém, ale opravdu bys měl vyrazit na víc soutěží… Zjistíš, že zatímco ty vymýšlíš jednu kategorii za druhou, tak nám tu zatím stále rostou výkony a houstne konkurence. Já sám se sice nepokládám ani zdaleka za nejlepšího v RCEK, spíš to pěkně flákám, ale i přesto u mě za minulé dva roky třeba doby chodu motoru v tréningu klesly z cca 40s na aktuálních 15s, při zachování průměrné doby letu. A řada dalších je na tom podobně, takže ve výsledku mi výkony, které by předloni znamenaly prakticky stoprocentní jistotu místa na bedně, dnes nezaručují ani finále 🙁 A o tomhle to právě celé je…

      1. Soutěžemi myslíš určitě jenom a výhradně RCEK, viď? A to je právě ten problém – mě „káčka“ nebaví. H.

        1. Jo, RCEK. Já to ale myslel spíš tak, že pokud si občas neudržíš kontakt s děním, tak ti to pak nutně musí chybět i v úvahách o dalších kategoriích… To, že by ses dal systematicky na RCEK jsem od tebe ani nečekal 🙂

  1. Jirko, jen na vysvětlenou – protože o elektrice nic nevím, dlouho jsem se domníval, že naše řešení je správné, že průměrem vrtule lze výkony omezit. V poslední době jsem se trochu zabýval teorií elektromotorů a když jsem si četl zmíněnou diskusi na stoupáku (resp. až Petrův příspěvek), tak mi docvaklo, že to omezení průměru vrtule je vlastně blbost, že omezení výkonu je dané konstrukcí a velikosti elektromotoru.

    V žádném případě to prosím neberte jako „útok“ na naše pravidla, já jsem jen zvědavý. Mimochodem, ono to teoretické optimum asi leží na o kousek menší vrtuli a trochu rychlejším motoru, než je oněch 10″ a kv 1900, ale rozdíl nestojí za to.

    Čapek říkal, že je rozdíl mezi „jsem přesvědčen“ a „přesvědčil jsem se“ – mé oblíbené heslo 🙂
    H.

    1. Já bych tě s dovolením trochu upřesnil… Omezit výkon motoru definované třídy rozměrem vrtule samozřejmě jde – to, že jsou výkony s 10 inch vyšší než s 12 inch je jednoznačně doloženo vývojem RCEK..
      Téma k diskusi by přirozeně bylo, jak až daleko se dá jít a zda třeba náhodou není hodnota 10 palců už natolik malá, že jsme se náhodou trefili do bodu, kde už v podstatě nemá ten limit význam. Já jsem ale přesvědčen, že tomu tak ještě není, viz výše uvedené konkrétní příklady – minimálně zmenšení na 9, možná i na 8 palců by něco přineslo, „bod definitivního zlomu“ bude až někde pod 8mi palci…

      1. … hodnota 10 palců už natolik malá, že jsme se náhodou trefili do bodu, kde už v podstatě nemá ten limit význam …

        Přesně to jsem se snažil výše naznačit. Mně to maximum vychází někam mezi 9.5″ a 10″. Ale jak píšeš, chce to proměřit, mezi pomalejšími a rychlejšími motory jsou rozdíly (třeba v počtu pólů a magnetů), to zohlednit neumím. H.

        1. Tak ten nárůst výkonu mezi kV1820 (2208/20) a kv 1945 (Mega F5J) či dokonce cca 2050 (2208/18) už je prokázaný a vhodnost zmenšení vrtule je jasná (v duchu p. Čapka to už je „přesvědčil jsem se“ a ne „jsem přesvědčen“).

          Teď k těm „hypotézám“ – já si myslím, že výkon by šel nahoru tak do cca kV2500, a vrtule určitě pod 9 palců – na tohle bych si i vsadil.
          U kV3000 a výše už o tom tolik přesvědčen nejsem, tam už se mohou problémy z tvého výpočtu projevit i v praxi…

  2. Píše se tu o mě, tak něco doplním.
    Nemám nic proti zvolenému limitu 250mm (10″), pouze jsem vyjádřil i zde uváděný názor, že to bylo právě to trefené optimum pro tuto velikost oběžky. Alespoň odpadlo to tápání, vrtuli Tomáš trefil dobře, stačilo najít vhodné Kv 🙂

    Příklad který jsem zkoušel, byl motor TGY 2632 Kv3400 (trochu odlišná velikost od 2826) http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewitem.asp?idproduct=8480
    s vrtulí APC 7/5 (neměl jsem sklopku, tak jsem na zkoušku použil pevnou) stoupala Siesta 560g přibližně 8,5m/s při příkonu ca. 200W, se standardním TGY 2826 1900Kv stoupá kolem 10m/s.

  3. Mala vrtule by musela mit male stoupani, presneji mensi uhel natoceni. Takova vrtule ma malou ucinnost. Zjednodusene: vrtule vzduch urchluje (uzitecne) a roztaci (parazitni). Vrtule s malym uhlem vic roztaci, min urychluje. Proto jsou vyhodne prevodovky, spojene se „ctvercovymi“ vrtulemi.
    Vysokootackove spalovaky F1C maji vrtule cca 7×3,5.
    ASI je omezeni prumeru nadbytecne ale omezuje v podstate dalsi zbytecnou optimalizaci a je to pro vsechny stejne.

Komentáře nejsou povoleny.