Хабрахабр

[Из песочницы] Мечта летать с электротехническим уклоном

Эта статья написана для обобщения моего опыта по самостоятельному изготовлению силовой установки для электропарамотора, а собственно: электродвигателя, контроллера, батареи, и прочего навесного оборудования.

Предыстория

Как и большинство, меня с детства интересовала тематика полета, но так получилось что реальными полетами в воздушном пространстве, а не на симуляторе или радиоуправляемой модели я занялся не так давно, в 2014 году. Как и многие я выбрал параплан, как наиболее демократичный вид летательного аппарата.

А так как у меня был успешный опыт самостоятельной электрификации велосипеда, было решено делать электроустановку. На начальном этапе безмоторных полетов, когда дорога каждая минута, проведенная в воздухе, часто задумываешься о преимуществах моторного полета, но тут же видишь и недостатки – повышенный шум и вибрации примитивного двухтактного двигателя, запах топлива при перевозке и хранении установки.

После обдумывания различных конструкций, я остановился на реализованной многими схеме безредукторного привода воздушного винта электродвигателем большого диаметра, но малой толщины.

Большей эффективности можно достичь применив малогабаритный высокооборотный электродвигатель с редуктором (в этом я убедился на своем электровелосипеде), но сложность изготовления такого редуктора, и главное его немалый шум заставили отказаться от этой идеи. Плоский как блин электродвигатель дает приемлемый крутящий момент при небольшой массе, габаритах, и сложности конструкции.

Не мудрствуя лукаво, взяв за основу картинки и эскизы известного электромотора HPD10 из сети, я за несколько дней нарисовал свой мотор в Солиде

От прародителя без изменений остался только профиль пластин статора, который как мне кажется немецкие конструкторы взяли без изменений с безызвестного велосипедного мотор-колеса.

После долгих поисков, в Питере нашлась фирма готовая выполнить мой небольшой заказ. Самая ответственная деталь, магнитопровод статора должен быть изготовлен из набора пластин специальной анизотропной стали толщиной не более 0,35 мм.

Кольцо ротора выполнено из найденной в металлоломе подходящей трубы

Диск отфрезерован из пластины д16т, ступица из толстого текстолита.

Окончательная намотка, самая занудная работа.

Готовый промежуточный образец, мощность 12кВт, максимальное напряжение 100 в.

В тот момент я не думал о подводных камнях этого решения, главный плюс я видел в двукратном снижении тока, отсюда последовательное соединение относительно низкотоковых батарей, соединительные провода и разъемы меньших сечений.
Реальность оказалась менее радужной, доступные контроллеры на тот момент были с меньшим максимальным напряжением или током, часто не умели работать в безсенсорном режиме, либо стоили неприлично дорого. На этапе расчета намотки мотора я увеличил максимальное напряжение, по сравнению с прототипом в два раза, до 100в.

До этого я делал только простенький BLDC контроллер на AVR, с прошивкой надерганой из частей апноутов. Ну что ж, подумав я решил сделать контроллер самостоятельно. Поэтому трезво оценив свои силы и время, я остановился на полуоткрытом проекте векторного контроллера Lebowski, автора с endless-sphere.com

Масштабируя рекомендованные схемы выходных каскадов, я получил то что мне было нужно, затратив небольшие деньги, и спалив на отладке только один комплект силовых транзисторов. Автор рассылает прошитые dsPIC30, остальное вы должны сделать сами. Максимальный фазный ток контроллера 200 А, напряжение 150в.

Грабли с напряжением 100в ударили и здесь, ограничив выбор силовых транзисторов. Обратная сторона проекта без исходников, невозможность модернизации прошивки под себя, необходимость покупки нового прошитого контроллера если спалите имеющийся.

Купив 24 ячейки LI-PO IMP3201057P22A я собрал из них три батареи по 8S, с длительными токами 200А и кратковременными 400А. После мотора и контроллера, изготовление батареи казалось легкой прогулкой, но свои проблемы нашлись и тут.

В итоге вся установка в сборе получалась весом 32 кг, тяжелее чем многие бензинки. Все хорошо, батареи мощные, почти не греются на 120 амперах, но вес… Собранная на кронштейне батарея получилась весом почти 15 кг, печально. Решено — батареи проданы, делаем новые батареи. Это меня не устраивало вообще.

Остановился на ячейках 18650 inr18650-25r, которые заказал из Нидерландов и благополучно получил. Нужно было сделать батарею с весом в два раза меньшим, и временем полета минут на 15. Корпуса сделал максимально легкими но прочными, ячейки соединил пайкой, посчитав что сварка кустарным аппаратом принесет больше вреда, чем продуманная пайка.

Снятие максимально допустимых токов возможно благодаря хорошей продувке элементов установленных с воздушными зазорами в потоке от винта. В итоге получил три батареи конфигурации 8S6P с максимальным продолжительным током 120А, емкостью 15Ач. Итоговый вес сборки на кронштейне 7800 грамм, почти уложился в запланированный. Радует минимальный разброс характеристик, как никак Samsung.

Итоговая масса установки 25 кг, диаметр воздушного винта 1,25 м. Остальное было делом техники, сварил легкую раму, фрезернул воздушный винт.

Ах да, в качестве вишенки на торте сделал РУД со связью по CAN, так показалось безопаснее и интереснее, благо контроллер двигателя это позволяет.

Желаемые характеристики в целом достигнуты, к следующему летному сезону планирую устранить некоторые мелочи и тогда облетаю полностью, сейчас летной погоды нет. В конце октября сделал пару разрядок батареи на земле, затем пробный полет.

Однако все изменится если встроить силовую часть в подвесную систему для свободного безмоторного полета, установить складной воздушный винт без ограждения, уложившись при этом в 20 кг по массе. Как таковая ранцевая электроустановка не более чем игрушка по сравнению с бензиновыми моделями, меньшая тяга, а главное время моторного полета при приемлемом весе, лишают ее преимуществ.

Иначе возможны неприятные осложнения при старте или в полете. Этим путем пошли многие конструкторы, здесь есть свои сложности, воздушный винт без ограждения с вынесенным складным воздушным винтом требует регулировки и контроля наклона оси вращения. Некоторые наработки есть и у меня, но пока не решил стоит ли двигаться с ними дальше.

Потраченного времени и денег не жалко, я получил массу творческого удовольствия. Проект занял два года неспешной деятельности в свободное время, благодаря ему я освоил ЧПУ и токарную обработку, аргоновую сварку, обновил свои знания в электроприводе, силовой электронике и еще много где.

Все-таки свободный маршрутный полет это нечто особенное, особенно когда он удачен. Что же касается самих полетов, за два года я подтянул свои навыки свободного пилота, и моторный полет теперь особо не прельщает, разве только для разнообразия. В эти минуты, а теперь уже и часы, чувства достигают высшей концентрации, разум обрабатывает массу информации получаемой в реальном времени, опыт удерживает от неразумных действий, а воля заставляет двигаться к новым открытиям этого прекрасного воздушного пространства.

Всем безопасных полетов!

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть