Śmigła w multicopterach

Autor: Michal Szymczyna W: Artykuły Data: Komentarze: 0 Wyświetleń: 866

Śmigła w dronach – podstawowe informacje


Idealne dobranie śmigła do modelu to niełatwe zadanie. Jednak do modeli multicopterów, podstawowe dobranie tego urządzenia nie musi być trudne. Odpowiedni dobór śmigieł i silników do modelu jest ze sobą ściśle powiązany – polecamy zapoznać się z artykułem o doborze silników do modeli dronów dostępny tutaj @#*$&^#. Producenci dla swoich silników podają proponowany rozmiar śmigieł oraz wszystkie dane i parametry. Wystarczy znać podstawy, aby móc samodzielnie wybrać odpowiednie śmigło na tej podstawie. Poniżej zamieszczamy ciekawe i przydatne informacje, które każdy z nas, chcąc zajmować się dronami i modelarstwem, powinien znać.

Śmigło – czym jest oraz podstawowe parametry

Śmigło jest urządzeniem napędowym składającym się z łopat, zamieniającym energię w postaci momentu obrotowego na pracę ciągu. Prościej mówiąc silnik kręcąc się, obraca śmigłem, które dmucha - generując ciąg.

W multicopterach wykorzystuje się śmigła o dwóch różnych kierunkach obrotu, klasyfikowanych jako CW (obracające się zgodnie ze wskazówką zegara) oraz CCW (w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara). Używa się przeciwbieżnych śmigieł (czyli o różnych kierunkach obrotu) po to, aby zniwelować siły odśrodkowe, czyli po to, żeby model nie kręcił się wokół własnej osi – dlatego najczęściej liczba silników i śmigieł w dronach jest parzysta (4, 6, 8 czy 10).

CW%20CWW%20male.jpg



Najważniejszymi podawanymi parametrami śmigieł są średnica i skok nazywane cechą śmigła. W większości przypadków cecha, czyli parametr śmigła jest wytłoczony bezpośrednio na jednej z łopatek.

Średnica to po prostu długość śmigła wyrażona w calach, natomiast skok najłatwiej opisać jako odległość, jaką śmigło pokona podczas jednego, pełnego obrotu. Im większy skok tym przy jednym obrocie pokona większą odległość.

1.png

Pierwszy podawany parametr to zawszę średnica, drugi to skok.
Np. dla śmigła Gemfan Nylon DJI 10x8 :

  • 10 – to średnica, czyli długość (wielkość)

  • 8 – to skok

Śmigło przy współpracy z silnikiem generuje:

  • ciąg – jest to „siła” jaką generuje śmigło z silnikiem wyrażane w gramach / kilogramach.

  • prędkość zaśmigłową – „prędkość” jaką generuje śmigło z silnikiem. Im większa tym model jest w stanie szybciej latać.


Generalna zależność między parametrami śmigła, a jego osiągami jest taka:

  • Średnica - im będzie wyższa tym większy ciąg oraz sprawność. Większa średnica to również większy opór – śmigło będzie kręcić się wolniej, a silnik pobierać więcej prądu

  • Skok - większy skok powoduje większą prędkość i większy ciąg. Większy skok to również większy opór – śmigło będzie kręcić się wolniej, a silnik pobierać więcej prądu

Dobór śmigła do drona

Jak dobrać silnik oraz śmigła do drona – poradnik tutaj klik klik

Występuje silna korelacja między doborem śmigła a silnika do drona. Czym innym jest dobór śmigła do drona, a czym innym śmigła do silnika. Jednak jest to ze mocno ze sobą związane i zastanawiając się nad napędem do modelu należy przemyśleć te dwa aspekty – silnik i śmigło. Przy źle dobranym silniku do naszej ramy, nie dobierzemy odpowiedniego śmigła. Poniżej podstawowe informacje o doborze śmigła do drona.


Wybór śmigła zależy głównie od przeznaczenia, jakie spełniać ma nasz model.
Pierwszą, ogólną i zarazem
główną zasadą jest, że im większe śmigło oraz im mniej łopat (najlepiej 2) tym lepiej! Śmigło należy dobierać o maksymalnej średnicy jaką możemy zmieścić do ramy. Chodzi tutaj o to, aby śmigło było jak największe i aby mogło swobodnie obracać się nie zahaczając o konstrukcje ramy ani o inne śmigło. Większe śmigło to większa sprawność, a większa sprawność to mniejszy pobór prądu przy generowaniu określonego ciągu. Mniejszymi śmigłami łatwiej jest przyspieszać i zwalniać, natomiast większe są mniej responsywne, jednak bardziej stabilne podczas zwisu.

Uproszczeniem będzie, jeżeli napiszę, że odwrotnie jest z skokiem – im niższy skok zastosujemy tym lepiej. Niski skok skutkuje większym momentem i trochę mniejszymi drganiami, dzięki czemu praca silników będzie bardziej wydajna podczas lotu. Śmigła o większym skoku powodują zwiększenie prędkości strumieniowej i ciągu, jednak zmniejsza się ich wydajność i zmniejszają obroty silnika.

Nie ma jednej, jasno określonej reguły o jakich parametrach śmigło wybrać. Często należy przetestować kilka różnych śmigieł, aby wybrać odpowiednie. Śmigła o tych samych parametrach, jednak różnych producentów, mogą się różnić bardziej lub mniej swoimi właściwościami.

  • Dla dronów szybkich i zwinnych wybieramy śmigła z jak największym skokiem oraz większą ilością łopat

  • Drony platformy podnoszące duże wagi będą miały dwułopatowe, średniej wielkości śmigła z średnimi skokami

  • Drony długolatające będą miały bardzo duże śmigła nawet 20-30 cali z małymi skokami



Jakie śmigła do drona wyścigowego:

Najważniejszymi osiągami w dronach wyścigowych są prędkość oraz zwinność, a napędy takich copterów mają dużą moc. Wpływa to na czas lotu modelu, który jest relatywnie krótki – nawet 3-4min. Stosujemy śmigła małe -3 do 6 cali. Skok powinniśmy zastosować jak największy czyli 4”-5”. Modele dronów wyścigowych są niewielkich rozmiarów i stosujemy tam największe śmigła na jakie pozwalają nam długości ramion. Ponieważ ogranicza nas miejsce, rekompensuje się to ilością łopat i nierzadko są to 3 lub 4. Śmigła takie są, co prawda, mniej sprawne od 2-łopatowych i pobierają bardzo dużo prądu, jednak generują spory ciąg oraz prędkość. Używanie takich śmigieł wiąże się z dużymi poborami prądu, przez co także regulatory powinny być odpowiednio dobrane (obecnie to 20A-30A). Dobór śmigła i ilości łopat zależny jest również od użytego akumulatora. Najczęściej stosuje się akumulatory lipol 3S -11,1V , lub 4S -14,4V. W większości przypadków producent poda nam jakich śmigieł należałoby użyć dla zastosowanego napędu (silnik-regulator-akumulator). Zależnie od tych podzespołów oraz ramy jaką posiadamy dobierzemy odpowiedni silnik Więcej na ten temat w poradniku doboru silnika i regulatora.



Na przedstawionej poniżej tabeli widać jak sprawują się 2 różne typy śmigieł, pracujące z silnikiem Emax MT2206 1900KV. Przy zasilaniu 3S czyli 12V mniejsze śmigło- 8x4,5 obraca się szybciej i generuje 630 gram ciągu statycznego, jednak jest mniej wydajne i pobiera znacznie więcej prądu. Śmigło 9x4,7 może maksymalnie wygenerować 400 gram ciągu.

  • Jeżeli nasz model quadrocoptera (4 silniki) ważyłby 800 gram lepszym wyborem będą śmigła 9x4,7 ponieważ pozwolą one na dłuższy lot.

  • Dla modelu quadrocopetra o wadze o wadze 1700g śmigła 9x4,7 będą niewłaściwe ponieważ nie pozwolą na podniesienie modelu (4 x 400g = 1600gram ciągu)
    Przy zastosowaniu śmigieł 8x4,5 wygenerujemy ciąg 630 x 4 = 2500 grama, co pozwoli nam na swobodny lot.

Należy również zwrócić uwagę, że dla pierwszego wariantu należy zastosować regulatory około 10-15A. Natomiast dla drugiego należy użyć regulatora powyżej 15A czyli np. 18-20A.

2.jpg



Rodzaje śmigieł



Ciężko jednoznacznie podzielić śmigła na podstawie materiału z którego są wykonane, gdyż praktycznie każdy producent stosuje różne komponenty. Najtańsze, ale i najmniej trwałe są śmigła plastikowe [nylonowe], jednak w zupełności wystarczą one do niedużych modeli. W niektórych modelach wyścigowych, gdzie często dochodzi do uszczerbień i połamania śmigieł zaleca się stosowanie głównie nylonowych. W przypadku większych copterów warto zainteresować się śmigłami kompozytowymi lub carbonowymi, z uwagi na ich dużą sztywność, wytrzymałość oraz niewielką wagę. Pewne rozmiary śmigieł jak 15 cali i wzywż niedostępne są z nylonu ze względu na ich olbrzymią masę własną.



Najpopularniejsze rodzaje śmigieł:

• nylonowe

• plastikowe, ABS

• carbon-nylon

  • kompozytowe

  • z włókna węglowego

Te ostatnie są oczywiście droższe od reszty śmigieł, jednak mają kilka istotnych zalet:

  • pracują ciszej od śmigieł plastikowych

  • dzięki swojej twardości powodują mniejsze wibracje, przez co lepiej nadają się do modeli z podglądem FPV

  • lżejsze i znacznie trwalsze od śmigieł plastikowych

  • dobrze zachowują się na wyższych obrotach, dzięki czemu nadają się perfekcyjnie do silników o wysokim KV



Śmigła sprzedawane są w wielu kształtach i wariantach. Jakie wybrać? No cóż, należy samemu przetestować.
Oto kilka z nich:



3.jpg

• Śmigła DJI: charakterystyczny kształt łopat z wbudowaną nakrętką lub z spłaszczonym otworem na oś po dwóch stronach,



4.jpg

• Śmigła APC: śmigła produkcji amerykańskiej o szarym kolorze, wykonane są z bardzo trwałego i lekkiego nylonowego kompozytu,



5.jpg

• Śmigła Bullnose (BN): ich łopaty są płasko zakończone, mają większą powierzchnię niż tradycyjne odpowiedniki, co przekłada się na większy ciąg,



6.jpg

Śmigła trójłopatowe i czterołopatowe: zapewniają większy ciąg kosztem poboru prądu, wytwarzają mniejsze wibracje niż ich dwułopatowe odpowiedniki.



Mocowanie śmigieł

Najczęściej spotykane są dwa rodzaje mocowań śmigieł: z nakrętką oraz bezpośrednie.

7.jpg

a) Z nakrętką

Polega na nałożeniu śmigła na oś silnika i dokręceniu go nakrętką. Nakrętki, podobnie jak śmigła, oznacza się kierunkiem obrotu (CW - srebrna, czerwona i CCW - zazwyczaj czarna), jednak kierunek obrotu nakrętki jest zawsze odwrotny do obrotu śmigła, kontrując je i zapobiegając jego odkręceniu podczas pracy. W przypadku mniejszych silników bardzo często oś jest uprzednio nagwintowana, natomiast w większych silnikach stosuje się adapter widoczny na pierwszym zdjęciu

b) Bezpośrednie (Typu T, T-style)



Tego typu śmigła mocuje się bezpośrednio do wirującej obudowy silnika i dokręca się je przy pomocy 2 śrub oraz okrągłej podkładki. Należy pamiętać, że śmigło mocowane w ten sposób będzie dłuższe niż jego tradycyjny odpowiednik, pomimo tej samej średnicy. Jest to spowodowane tym, że tego typu mocowanie jest szersze, a średnicę śmigła mierzy się od początku łopat.



Wyważanie śmigieł

Wyważanie śmigieł to istotna czynność, o której należy pamiętać zawsze, nawet kupując najdroższe śmigła. Niewyważone śmigła mogą prowadzić do wytwarzania szkodliwych wibracji, które mogą szybciej zużywać komponenty silnika, negatywnie wpływać na kontroler lotu, a w bardziej poważnych przypadkach doprowadzić nawet do utraty kontroli nad modelem, co może spowodować jego rozbicie lub zrobienie krzywdy sobie lub innym osobom. Koszt magnetycznej wyważarki śmigieł, która w zupełności wystarczy do wyważenia śmigła to niecałe 20 złotych. Nie jest to dużo biorąc pod uwagę ewentualne straty spowodowane uszkodzeniem modelu, a więc inwestycja ta na pewno się zwróci.



Jak wyważyć śmigło?

8.jpg



Śmigło mocujemy na wyważarce w widoczny powyżej sposób - jedna końcówka nagwintowanego prętu powinna dotykać magnesu, natomiast druga powinna być utrzymywana w poziomie przez drugi magnes, jednak bez ich fizycznego kontaktu. Wyważarkę stawiamy na stole w bezruchu.

Następnie ustawiamy śmigło równolegle do stołu i jeśli zatrzyma się ono w poziomie, znaczy to, że jest wyważone. Jednak jeżeli widzimy, że jedna ze stron przeważa, to będziemy musieli doważyć drugą łopatę (doważamy przeciwną stronę śmigła od tej cięższej). Istnieje wiele różnych metod - można dokleić taśmę klejącą, nałożyć cienką warstwę cyjanoakrylu, lakier do paznokci, lecz zdecydowanie najlepiej sprawdza się bezbarwny lakier w sprayu, jest to również opcja najbardziej estetyczna. Po nałożeniu lakieru (czekamy aż wyschnie!) sprawdzamy ponownie równowagę śmigła, jeśli nasza łopata ciągle jest zbyt lekka, to znowu kładziemy lakier, a jeśli przesadziliśmy, to nadmiar lakieru zawsze można zetrzeć benzyną ekstrakcyjną lub rozpuszczalnikiem. Powtarzamy ten proces do czasu aż łopaty nie wyrównają się. W wyżej opisanym przypadku wielu modelarzy po prostu zeszlifowałoby cięższą łopatę, jednak nie jest to polecane, ponieważ może osłabić strukturę śmigła. Wyważone w ten sposób śmigło jest bezpieczne w użytkowaniu i gotowe do lotu.




Komentarze

Zostaw komentarz