Бензиновые двигатели для самодельных «коптеров» и вертолетов

Question

[Lici]

Читая DIY часто вижу, как люди собирают коптеры. У всех как у одного проблема с временем работы от аккумулятора. По какой причине не используются двигатели внутреннего сгорания? Есть ли у хабаровчан опыт сборки вертолетоподобных вещей с НЕэлектрическими двигателями?

Интересуюсь тк хочу собрать небольшой вертолет с большим временем полета от одной заправки (минут 40).

Comments

[Lici]

А сколько вообще оптимистичный прогноз по времени полета электрического?

Answer 1

[leviathan]

Минут 40 вполне реально достичь и на электрическом квадрике. Берете 4S батарейки, эдак под 8000-10000 mAh (можно спараллелить два аккумулятора) с низким C-рейтингом (много тока не нужно, важен минимальный вес), дисковые моторы под 300-400kv, и карбоновыe пропеллеры около 17-18". Все это на максимально легкую раму (две 12мм карбоновые трубки, склеенные с минимальной по размеру центральной пластиной), с маленькими регулями (10-12А хватит с головой), ну и контроллер сверху какой захотите — тот жe MultiWii, APM, Nazа, вариантов множество. Особо резвым коптер такой не получится, но летать будет долго и настойчиво.

На нашем форуме (fpv-community.de) местный умелец так 96 минут на одной зарядке летает — правда, он вообще свой собственный аккум собрал из отдельных AA ячеек Philips (видео: vimeo.com/67425568). Сo стандартным 4S аккумом и FPV-оборудованием (камера, передатчик) он летал почти час, причем именно летал, а не висел на одном месте (видео: vimeo.com/66010657).

Comments

[Lici]

А сколько обойдется такой летающий 40 минут коптер? Нужно, что бы он мог полезного груза грамм 300 еще унести.

[leviathan]

Считаем… электронныe комплектующие:

Моторы:	RCTimer 5010-14 360kv	4x $18.18
Пропеллеры:	(2Pairs) 17x5.5" Carbon Fiber CW CCW Propelleрs	$39.97
Регули:	TURNIGY Plush 12amp (2A BEC) BESC	4x $10.01
Контроллер:	HKPilot Mega V2.5 Flight Controller USB/GYRO/ACC/MAG/BARO	$75.79
Батареи:	ZIPPY Compact 5800mAh 4S 25C Lipo Pack	2x $44.84

Итого: $320 + доставка, плюс где-то $40 на детали для рамы (карбоновые трубки, пластина, эпоксидка), плюс $30 на мелочевку (болты, гайки, провода, штекеры и т.д.) — примерно в $450 можно вписаться. Улучшить комплект можно вот этой батарейкой — там 11Ah при весе в 825 грамм, а у подобранных Zippy — 11.6Ah при 1140г, но цена в 300$ за одну батарею отпугивает :)

При взлетном весе в 2кг eCalc предсказывает 45 минут зависания — железо, правда, подобрано не идеально, конкретно этих моторов там нет. В 2кг вписаться с 300г полезной нагрузки, имхо, вполне реально — сверхлегкая рама, легкие регули, минимальной толщины провода с аккуратной разводкой, никаких излишеств и всe получится.

Answer 2

[dsd_corp]

Я не профи, такой же по сути интересующийся, но в свое время доставал профи подобными вопросами.
Поделюсь тем, что знаю по теме, хотя могу местами и заблуждаться/ошибаться.

Есть два основных типа ДВС — бензиновые и на «нитрометане»(топливная смесь, включающая масло).
Первые обычно большие и тяжелые, вторые на порядок легче, почти сравнимы с электрическими.
Вертолеты и под те, и под другие выпускаются серийно. Колхозить свое особого смысла нет, т.к. превзойти по ТТХ хорошие серийники если при наличии прямых рук и удастся, то не на много. Однако у вертолетов есть такая особенность — движки работают в основном на неких «крейсерских» постоянных оборотах, а полет рулится за счет автомата перекоса и изменения угла атаки лопастей(хвостовой ротор тоже меняет угол атаки, если говорить не о «комнатных» моделях).

С коптерами ситуация другая — их не делают на ДВС(может кто и делает, но это скорее исключения из правил, либо крупные модели).
Причин тому масса. Так, на вскидку два варианта использования:
1. Ставить на каждый луч по движку смысла не имеет, т.к. надо постоянно рулить оборотами, а у ДВС время отклика на «газульку» нестабильное и медленное.
2. Один движок, раздача крутящего момента на лучи и на лопастях изменяемый шаг — накладно по КПД, т.к трансмиссия, ШРУСы или угловые шестерни, плюс управление углом атаки — слишком много механики. Дорого, шум/вибрация, износ, количество повреждений даже в мелких инцидентах и т.п.

Кроме прочего, во-первых, другие комментаторы уже указали, что слишком много топлива нужно брать на борт по отношению к общему весу/объему для тех же 40 минут полета. А во-вторых, если охота сделать что-то долгоиграющее, придется делать на бензиновом движке, и при этом модель будет весьма крупной и тяжелой — при инциденте можно кому-то и дом снести. Тут мелкой-то электромоделью убить можно, если пилот новичок…

В обычных конструкциях коптеров ставят по электродвиглу на каждый луч, движки имеют довольно шустрый отклик на изменение оборотов, КПД самих движков тоже достаточно неплох.

Вот как-то так.

Comments

[KoteSoft]

Мультикоптеры на ДВС пытались строить еще до изобретения вертолета, вся их проблема заключалась в невозможности оперативно и рационально регулировать скорость вращения пропеллеров. Второе рождение коптеры получили после появления бесколлекторных электродвигателей а также, дешевых и компактных микроконтроллеров, способных этими двигателями управлять.

[Krypt]

Где-то видел гибридный вариант, по-моему даже тут, на хабре. 1 большой винт на валу двс и несколько «рулёжных» электродвигателей.

[Flammar]

Теоретически, можно быстро управлять шагом винта на бензиновом двигателе — одним только шагом без возможности циклически менять угол атаки в течение каждого оборота двигателя в зависимости от «направления» лопасти. Это несколько проще полноценного автомата перекоса. Но накладно по КПД как и вертолётный винт. В общем, эта овчинка не кажется стоящей выделки…

[KoteSoft]

Если менять шаг винта — это уже не «мультикоптер». Кроме того, как реализовать вращение вокруг оси рыскания?

Answer 3

[mitrych]

По-моему, если уж и делать на бензине, то не квадрокоптер, а гибрид — несущий винт на бензине (лучше конечно два соосно), а рулить электрическими по типу обычного квадрокоптера.
Я бы начал расчеты от минимума мощности — с попытки обеспечить такую конструкцию безопасной посадкой на каждой из систем — т.е. если вырубится бензиновый, электрических должно хватать на мягкую посадку и наоборот.

Comments

[Flammar]

На случай отказа лучше, думаю, делать гексакоптер/октокоптер — там проще сесть при отказе одного двигателя.

Answer 4

[edogs]

Большие вибрации.
Сложность конструкции.
От одной заправки 40 минут вряд ли получится, скорее всего будет ближе к тем же 20 минутам.

Comments

[Николай Антал]

ну и вес побольше, проще этот вес добрать батареей, может и на дольше хватит

[Krypt]

Я бы ещё сложность управления добавил — тягу бензинового двигателя плавно не изменить, значит нужен механизированный винт, а он дорогой получится.

Answer 5

[vovagubin1987]

Если так прикинуть, то думаю двигатель от газонокосилки на 750 ватт пойдёт.

Comments

[Lici]

я рассчитываю на модель коптера весом килограмма полтора-два

[vovagubin1987]

Бензиновый вертолёт сделать ещё реально. Но коптер, как-то трудновато…
Вариант-движок крутит генератор, а генератор выдаёт ток, которым вы через энергонакопитель(аккамулятор) питаете электродвигатели со соответствующей обвеской на электроники.
Вот здесь rc-calc.com/ru/copter есть коптерокалькулятор. Не забывайте, что масса-это вес всего, что есть на коптере, плюс полезная нагрузка. Лучше брать с избытком. Если будете делать гибридный. то не забывайте плюсовать массу топлива, движка, генератора и регулятора.
Так, как вы не на заводе и не в КБИ, то начинайте шагать от того, что у вас есть и можете достать.
А по времени, то литра бензина хватает газонокосилки на час.

Answer 6

[Flammar]

Насколько я понимаю, смысл мультикоптера, по сравнению с вертолётом, в том, чтобы избежать использования автомата перекоса и прочего механического управления шагом винта и добиваться того же, с точки зрения управляемости, эффекта путём использования нескольких двигателей и отдельного управления тягой каждого двигателя путём управления его оборотами. Двигатели тут нужны электрические — у них наиболее простая зависимость тяги от управляющего воздействия и нулевое запаздывание отклика на управляющее воздействие. Дополнительной «плюшкой» использования нормального «немеханизированного» воздушного винта должна быть несколько большая тяга, по сравнению с вертолётным винтом той же площади при тех же оборотах, и несколько больший КПД.

Так что смысла строить мультикоптер на бензодвигателях нет.

Answer 7

[DimaSimfer]

Просто, как мысль для управления вместо изменения угла лопстей:

Для передачи вращающего момента с двигателя на винты использовать вяскозные муфты. Для изменения скорости тормозить нужный винт электромагнитом и какой-нибудь петлей поверх вала винта., можно импульсно.

Comments

[DimaSimfer]

Есть еще старт-стопная муфта, но она может быть слишком тяжелой для квадрика.

[Flammar]

Сомнительно: реакция должна быть мгновенной, а тут мгновенность не обеспечится.

Answer 8

[alexcmailru]

А нельзя поставить бензиновый мотор с генератором для подпитки в параллель с батареями?

Comments

[Flammar]

Мощность на единицу веса у мотора с генератором обычно намного меньше, чем у батарей.

Answer 9

[Teemon]

А если посередине поставить бензиновый двигатель главный несущий, а по бокам 4 управляемых винта от электрического генератора? Почему бы таким образом не сделать вертолеты? Кстати, подобные вертолеты были в "Аватаре"

Answer 10

[Sky Hack]

есть проекты гибридных коптеров, где ДВС крутит генератор, а от него питаются электромоторы пропеллеров

Answer 11

[ATO2]

Есть не гибридный бикоптер с ДВС. Идет отработка управления и подгонка контроллера