微型直升飞机升力计算.doc

老黑给你粗略估一下升力，用积分弄的 对于单浆方式，假设空气密度，重力常数g，电机功率为P，翼角为，翼宽为b，叶片数为N，翼最大半径R2，最小半径R1，角速度为，结合上式求，代入下式，可以得出升力为本帖最后由 大蒜头 于 2009-6-12 08:58 编辑 模型飞机的动力大致可分为燃油动力、电动和其它三类。其它主要有喷气发动机、涡轮发动机和火箭发动机等几种；而燃油动力是指用汽油、煤油和甲醇等燃料发动机做动力；电动则是指以电池推动电动机做动力的动力系统。 前两类是传统的动力系统，其发展几近百年，而电动则是最近几年才发展起来的，而且是由于手机厂家为增加待机时间和减轻手机重量，不断推出容量大、体积小、重量轻的锂电池为前提而推广起来的。 电动模型飞机的动力系统主要由四个部件组成：电池、电动机、电子调速器和螺旋桨。电池：现在可用来做模型动力的电池种类很多，镍氢(Ni-MH)、镍锰(NiOH-MnO2)、锂金属(Li)、锂聚合物（Li-Poly）等电池都行，其中以镍氢电池和锂聚合物电池以其优异的性能和低廉的价格成为模型动力的首选。表示电池性能的标称有很多，我们最关心的是电压、容量和放电能力这三个。 电池的电压是用伏特（V）来表示的。标称电压只是厂家按照国家标准标示的电压，实际上使用时电池的电压是不断变化的。如镍氢电池的标称电压是1.2V，充电后电压可达1.5V，放电后的保护电压为1.1V；锂聚合物电池的标称电压是3.7V，充电后电压可达4.2V，放电后的保护电压为3.6V。在实际使用过程中，电池的电压会产生压降，这是和电池所带动的负载有关的，也就是说电池所带的负载越大，电流越大，电池的电压就越小，在去掉负载后电池的电压还可恢复到一定值。 电池的容量是用毫安时（MAH）来表示的。它的意思是电池以某个电流来放电能维持一小时，例如1000MAH就是这个电池能保持1000毫安（1安培）放电一小时。但是电池的放电并非是线性的，所以我们不能说这个电池在500毫安时能维持2小时。不过电池在小电流时的放电时间总是大于大电流时的放电时间，所以我们可以近似的算出电池在其它电流情况下的放电时间。一般来说，电池的体积越大，它储存的电量就越多，这样飞机的重量也会增加，所以选好合适的电池对飞行是很有好处的。顺便说说，某些厂家生产的电池标称电量往往高于它的实际电量，那么只要看看电池的大小就可知道它究竟是否属实。 电池的放电能力是以倍数（C）来表示的，它的意思是说按照电池的标称容量最大可达到多大的放电电流。例如一个1000MAH、10C的电池，最大放电电流可达100010=10000毫安10安培（A）。在实际使用中，电池的放电电流究竟是多少是与负载电阻有关的，根据欧姆定理我们知道，电压等于电流乘电阻，所以电压和电阻是定数时，电池的放电电流也是一定的。例如你使用11.1V、1000MAH、10C的电池，而你的电动机的电阻是1.5欧姆，那么在电池有12V电的情况下，忽略电调和线路的电阻不计，电流等于121.5=8，结果是8安培（A）。 在实际使用中电池的电压和电流不一定与我们的需要相符，所以必须串联和并联来使用。串联是指把几个单节电池头尾相接的连接起来，也就是说正极接负极、负极接正极的连接起来，其总电压等于各节电池的总和，放电电流等于单节的放电电流，容量也等于单节的容量。并联是指把几节或几组电池头对头、尾对尾的连接起来，也就是说正极接正极、负极接负极，并联后的电压等于单节电池或电池组的电压，电流等于各电池组的总和，容量还是原来的容量。总之，电池串联后只是电压增加，并联后只是电流增加，而其它的则不变。需要注意的是，电池的串联和并联要求单节电池或电池组的性能一致，这是因为在电路中如果有个别电池的电压过低，其它电池就会为它充电，那总电压或总电流就会低于我们的要求，同时也会造成好电池的损坏，这也是为什么锂电池要用平衡充的原因。 说到这里我们还要说说充电电池的充电。不管是镍氢电池还是锂电池都是可充电的电池，充电过程对电池的寿命有相当大的影响。一般来说，电池的充电时间是和充电器的电流相关联的。比如说一个1000MAH的电池，充电电压是它的额定电压，充电器的电流是500毫安，那么充电时间就等于1000500=2，两小时。但这只是说从零电压充起的情况下，也就是说这只是理想状态，实际的充电时间还要看电池原有的电量。也许你会说那么我使用大电流充电，不是就能节约时间了吗？实验证明，大电流充电会对电池的性能造成一定程度的破坏，也可能充上的只是浮电，一用就没了。所以一般厂家要求用十分之一的电流充电，而锂电池因为性能优越可以用五分之一的电流充电。也有人说充电时造成电池的损坏主要是电池的温度，所以只要温度不高我就可以大电流、短时间的充电，这也有一定道理，那就是仁者见仁、智者见智的事情了。 最后说一说电池的内阻。有时候我们会碰上这样的头痛事，电池量电压正常，可接入电路中总是低电压报警，这就是某节电池的内阻过高了。这时你可以在放电后量量各节电池的电压，如果某节电池的电压大大低于其它电池的电压，你就可以把它扔了，这时即使你不再加上新的电池，电池组的性能也会比刚才高。要不你就用替换法，换到电池组正常为止感谢诸位模友的支持，也谢谢小布丁的指点。不过上节说的是电池，文中提到的电流是整个电路中的电流，而不是对电动机而言的电流。 既然说到电动机，我们就来探讨一下电动机。 航模中用的电动机可以分为两类：有刷电动机和无刷电动机。电动机主要是由转子和定子组成的，一般一个是用漆包线绕在硅钢片上的线圈，另一个是磁铁。 有刷电动机的定子是两块磁铁，一端是北极（S）、另一端是南极（N）。转子则有两极和三极之分，小电机是两极的，其它则是三极的。转子的一端装有跟极对应的铜片换向器，电机的后盖上装有两个碳刷，小电机用的是合金片，意思是一样的。电源通过碳刷接到线圈上并不断地改变接触的极，因此吸引和推动转子旋转。有刷电机用的是直流电，所以用普通电池就能使它转动。 无刷电机比较复杂，它用的是交流电，所以在使用电池的情况下必须用电子调速器来把直流电变成交流电。它的转动部分是多极的磁铁，在外边的就是外转子，在里边的就是内转子。常用的外转子无刷电机的转子是12极（P），定子是9极（N）的。 电动机的型号主要是以尺寸为依据的，比如有刷370电机，是指它的不包括轴的长度是37毫米，无刷2208电机是指它的直径是22毫米、不包括轴的长度是8毫米。当然有一些型号是说它相当于某级别的，还有一些是厂家自己命名的。 电动机的技术指标很多，我们业余爱好者只关心其中的两个转速和功率。 航模电动机的转速一般用KV来表示，所谓KV是指每伏特（V）能达到的每分钟转速。比如你用1000KV的电机，11.1V电池，电机转速应该是100011.1=11100，每分钟一万一千一百转。 知道我为什么用汉字来写这个数吗？如果你是在家里做试验，达到这个转速时声音恐怖的吓人，要知道工厂推动大型机器的电动机才每分钟1350转。 实际上电动机的转速也是和负载相关的。如果用小电机带大桨，或者是用高速电机带低速桨，当然达不到标定的转速。如果带的桨过小，因为缺乏足够的惯性，同样也达不到标定的转速。不过厂家说的转速只是空载时的转速，带上桨后也许因为惯性作用超过它，也许根本就达不到，除非厂家是实际测量出来的。 电动机的功率是用瓦特（W）来表示的。实际上它也是动态的，也就是说是和负载息息相关的。如果带的桨重，当然电机就要出大力，如果大马拉小车，当然出的力要轻一些。所以工业上标的电机功率是它的最大功率，而航模商店中卖的电机则说的是它的实际功率。 电动机在实际使用中的损坏原因主要是退磁和烧毁。烧电机的原因很多，关键是不要长时间超负荷运转和防潮，如果你的电机掉到了水里，那一定要把它弄干再启动。退磁是因为电机过热造成的，我看到厂家的说明都说钕铁硼能抗300度高温，实际上经常处于100度以上它的磁性就减弱，所以保持电机在60度以下工作是明智的选择。顺便说说，60度就是摸着烫手但能忍受的温度。 当然航模电动机是在极其恶劣的状况下使用的，机械磨损也是它损坏的原因，但注意经常检查各部位的螺丝并把它上紧，就能延长它的寿命。譬如桨保护器的螺丝、转子固定螺丝和支架固定螺丝等等。 还有一个无刷电机的问题是缺相问题。无刷电机一般都用三相电，所以它有三根引出线。如果有一根线断了，或者是和电机外壳短路（俗称“搭铁”），那么就会造成缺相，这时电机一边哆嗦一边吱吱叫，那就要用万用表检查一下了。如果仅仅是某根引出线的根部或漆包线与电线的连接部断了，那你就念阿弥陀佛把它重新焊好就是了，如果是搭铁那多半是要重绕线圈了。顺便说说，无刷电调的设计者很有幽默感，他们用电机来做蜂鸣器，所以电调一接上电池电机就会嘀嘀叫，有意思。 最后说一说大家关注的问题，究竟是有刷电机好呢还是无刷电机好？从电机的效率来说，无刷电机的效率能达到60%（有人说80%你们千万不要信，世界上除了磁悬浮还没有那么高效率的发动机），有刷电机的效率只有可怜的30%。从飞机十分看紧的重量上来说，无刷电机单位重量出的力要比有刷电机大的多。不过无刷电机用的电子调速器要比有刷电机的重的多，也贵的多，所以米少的哥们选择有刷电机也不错。从我的观点来看，无刷电机代表了高科技和新潮流，所以新入魔界的朋友最好是选择无刷系统。电动模型飞机动力系统浅析(三、电子调速器)接下来我们看看电子调速器是怎么回事。 有刷的电调很简单，它就是用接收机送来的电信号控制一个或两个功率放大管的基极，功率放大管就会让它的集电极和发射极之间通过相应的电流，从而推动电动机运转。这里所说的放大是相对于控制信号而言的，在讲电池的时候我们说过，整个电路的最大电流是个定数，不可能被任何器件放大。 无刷电子调速器的原理也不复杂。它的首要任务是把直流电转变成交流电，这也是为什么国外和同胞把它叫做“电变”的原因。一般的电调都使用一个单片机来完成这个任务，型号是价廉易用的迈克8。 电调的第二个任务是给接受系统供电，一般使用两个稳压管和一个电解电容来完成。 无刷电子调速器可调整的地方很多，和我们有关的主要有三个。一是电池的颗数，早先生产的电调需要自己调这个参数，音乐响过如果嘀、嘀、嘀叫三声就是三颗(11.1V），这是出厂时的设置；如果叫两声就是两颗（7.4V）。假如电调叫的和你用的电池颗数不符，电调就会拒绝工作，这时你就要把油门打到最大再接电池，电调进入设置模式，然后按厂家说明进行调整。现在一般的电调都是自动侦测，除非出现异常就不用管它。二是进角，它的改变可以发挥电机的最佳性能，但一般情况下我们也不用去动它。三是返回工厂设定，在电调工作不正常时可以按照厂家说明进行调整。 电调支持的电机是有数的，一般越好的电调支持的电机种类越少，到是廉价的简易电调什么电机都能驱动。 电调都有油门侦测功能，假如你的遥控器油门摇杆不在最低位置，电调就会报警。 简单的电调只有两条引出线，三根一起的接接收机的第三通道油门通道，两根线的接电池，一般习惯是打开接收机再接这条线。复杂一点的还有两条线，一条是电源总开关，另一条是软开关，一般直升机才用。软开关必须按住三秒以上才能开机。 厂家出厂时标定了电调的输出电流，也就是通常所说的多少、多少A（安培）。实际上这是最大电流，只能在很短时间内输出，时间超过几秒电调就冒烟，所以在配置电调时不要光从价格和重量上考虑，而要留有一定的富裕。 电调烧的情况有几种，一是长时间过载，小马拉大车累死了；一是电机缺相或搭铁，只要电机不转电调就会因为电流过大而烧毁；三是飞机掉到水里了，这时应该立即关掉遥控器，捞出飞机迅速拔开电池连接线，然后用吹风机吹干电调再启动，也许能救电调一命。 电调烧掉你也不必太沮丧，剪开电调包皮，查看电调正面，如果没有过度燃烧的痕迹，那就是背面的功率贴片烧了。检查一下一共烧了几片，上电子市场买几片相同型号的贴片焊上去就行了。 最后说说直机电调与固定翼电调的区别。直升机的旋翼很大，电机的转速很高，在启动时容易卡住，所以直升机的电调在启动方面设置了特殊的程序，以保证启动的成功，其它方面差别不大。一般来说直升机的电调可以用于固定翼，而固定翼的电调不能用于直升机。 电动模型飞机动力系统浅析(三、螺旋桨)再次衷心感谢诸位模友的支持！大家问的问题都很专业，弄的老夫都不敢写了，不过既然大家关心，我就勉为其难、抛砖引玉吧。 首先回答问题： 一、 电流问题。的确是我表述的不清楚，“电池的放电电流也是一定的。例如你使用11.1V、1000MAH、10C的电池，而你的电动机的电阻是1.5欧姆，那么在电池有12V电的情况下，忽略电调和线路的电阻不计，电流等于121.5=8，结果是8安培（A）。”应该改为：“电池的放电电流也是一定的。例如你使用11.1V、1000MAH、10C的电池，而电路中的总电阻是1.5欧姆（电动机、电调和线路等的电阻的总和），那么在电池有12V电压的情况下，电流等于121.5=8，结果是8安培（A）。” 二、 无刷电路中的电流消耗问题。无刷电机有很多种控制方式，航模用的一般都是脉宽调制（PWM）方式，它送往电机的不是连续的电流，而是一串按一定规律排列的方波，所以直接用钳型表是量不出来的，我们只能在电池接电调的两根线上任选一条线来测量。这时实际上的测量结果是总电路中的电流而不是电动机中流过的电流，但是由于电路中其它器件（电调、接收机和线路等）消耗的电流很小，所以可以近似地把它看做是电动机消耗的电流。 三、 电动机的标准。电动机的技术标准有很多项，包括电机型号、额定功率、额定电压、额定频率、同步转速、安装方式、防护等级、冷却方法、绝缘等级、环境条件、启动电流、额定电流、起动转矩、最大转矩（堵转转矩）等等。但航模用的超小型电动机没有国家标准，而且我也没有找到类似的厂家标准，不过如果不是DIY的话，我们只要注意文中的几点就行了，关于电动机DIY的问题，我准备在另一篇文章中提出，如果大家感兴趣，我将在文章的最后谈谈我的见解。 下面我们来看看螺旋桨。 我以为在航模飞机中最重要的就是螺旋桨，不管你所用的是什么样的电动机、什么样的电调和什么样的电池，最终做功使飞机上天的还是螺旋桨。 螺旋桨的型号很简单，前面是直径、后面是螺距。比如1047桨就表示直径是10英寸、螺距是4.7英寸，一英寸等于25.4毫米。小于10英寸的桨有的厂家把实数放在前面，有的厂家把实数放在后面，实际上是一样的。例如8043桨和0843桨的直径都是8英寸。螺距的意思是螺旋桨每转一圈前进多少，在实际运用中由于飞机的重量和姿态的不同这个数也不同，不过是表示各种桨的差别罢了。 螺旋桨的形状非常复杂。首先它的横截面是有翼形的，但一般也只是采用平凸翼和凹凸翼；其次随着它的桨叶的伸展各部位的螺距是不一样的，一般所说的只是它中部或翼端的数据；最后螺旋桨的桨叶的正面形状是个近似的椭圆形。 通常航模用螺旋桨有两叶和多叶之分，不过由于转速太高，后面的桨叶靠的太近容易进入前面桨叶造成的空区，所以多用两叶桨。我也见过人家用单叶桨，只要配重合适一样可以运转，不过效率应该是两叶桨的一半。 螺旋桨桨叶的各部位在旋转中的速度是不一样的，比如一个10寸桨，它的直径是1025.4=254毫米，圆周是2543.14=797.56毫米，假如它每分钟