Двигатели для авиамоделей

Почему раньше летали на ДВС, а сейчас на электродвигателях? Как подобрать мотор на мою радиоуправляемую модель? Какие моторы ставят на самолёты, а какие на дроны? Что мощнее - ДВС или электромотор? Чем отличаются авиамодельные электродвигатели от обычных? Где купить качественный авиадвигатель для модели самолета или дрона? На эти и другие вопросы мы подробно ответим в этой статье.

Какие бывают авиамодельные моторы

В современных реалиях, когда появляются всё более лёгкие, ёмкие и мощные аккумуляторы силовые установки для авиамоделей перестали делать исключительно на двигателях внутреннего сгорания, которые использовались на заре авиамоделирования. С развитием технологий подтянулись и поставщики электродвигателей и электроники для авиамоделизма. Для авиамоделей появились более мощные и надёжные бесколлекторные (вентильные) электродвигатели (далее БК), существенно расширив возможности для всех летательных аппаратов. Постоянно растущий спрос уменьшает цену двигателей для авиамоделей за счёт более массового производства. Сейчас авиамоделям доступны: различные электродвигатели (коллекторные и БК), калильные (нитро) и бензиновые ДВС и реактивные турбины.

Какие двигатели куда ставят?

Авиамодели - довольно широкий сегмент беспилотных летательных аппаратов и у каждого из них используются различные двигатели. Немного очертим круг того, что где используется?

• Мультикоптеры игрушечные - изготавливаются по приоритету в себестоимости, так что в большинство дешевых моделей ставят коллекторные микродвигатели. В игрушечных дронах более высокого класса - ставят БК моторчики, как у спортивных моделей.
• Дроны для хобби и спорта - летают только на высококачественных БК электродвигателях.
• Вертолёты игрушечные - на электромоторах. Небольшие модели для комнатных полётов зачастую используют коллекторный микродвигатель, а уличные модели или позволяющие выполнять приёмы 3D-акробатики - могут летать и на БК.
• Вертолёты для хобби и спорта - летают в подавляющем большинстве на БК электромоторах.
• Самолёты игрушечные - летают на электротяге, маленькие модели (размахом крыла до 500 мм) - используют маленький коллекторный моторчик. Модели побольше (до 3 м) - летают на БК, однако данные самолёты в силу себя уже ближе к категории моделей для хобби, чем игрушки.
• Самолёты хобби и спорт - выбирают различные виды моторов в зависимости от характеристик или требований подобия оригиналу.
• Промышленные авиамодели - выбирают те двигатели или их комбинации так, чтоб их преимущества перекрыли недостатки.

ДВС против Электро

Помимо электродвигателей всё ещё в ходу используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС) для авиамоделей, гибридные установки (ДВС крутит генератор, а тягу создают электродвигатели) и даже реактивные турбины. Однако с развитием технологий компактные, простые и надёжные бесколлекторные электродвигатели постепенно массово вытесняют все остальные виды силовых установок.

Правила и методы подбора двигателей для авиамоделей

Выбор модельного авиадвигателя является важным шагом ещё на этапе проектирования. И расчёт требуемых характеристик мотора неизбежно связан с расчётами самой авиамодели. Купив неподходящий двигатель можно или не взлететь или лишиться модели в воздухе. Так что выбор мотора важен так же, как и моделирование фюзеляжа. А в ряде ситуаций подбор лучшей комбинации приходится проводить больше экспериментируя, чем теоретическими расчётами. Пренебрегать помощью физических калькуляторов не стоит, ведь они сразу отсеивают все нежизнеспособные варианты.

Для игрушечных радиомоделей

Игрушечные авиамодели не имеют запаса на отклонение характеристик узлов. Любая попытка замены штатного моторчика на иной ухудшит лётные качества авиамодели. Для комнатных авиамоделей лучше всего купить именно оригинальный микродвигатель. Для моделей побольше - или оригинал или его полный аналог.

Для вертолета

При подборе вертолётного мотора ведущую роль играет рама. Рамы вертолётов уже спроектированы под конкретный ряд двигателей, так что часто его выбор происходит на основании рекомендаций производителя. В основном двигатели для вертолётов - электромоторы, реже ДВС или турбины. Подбирая мотор к вертолету стоит руководствоваться следующим перечнем требований (который есть в технических характеристиках рамы):

• Внешние габариты мотора. Часто в типоразмере есть возможность немного отклониться в длине двигателя в большую или меньшую сторону. Однако в наружном диаметре ограничения очень строгие: более "толстый" мотор просто не влезет, более тонкий или короткий (в сравнении с рекомендуемым) - не даст необходимую мощность.
• Посадочное место. Рамы часто имеют только один или два варианта поддерживаемых монтажных креплений.
• Диаметр вала. Задаётся пиньоном совместимым с редуктором.
• Напряжение питания и KV (для электровертолётов). Главное условие выбора - мотор должен выдерживать нагрузки и поддерживать необходимую скорость вращения, так что выбор мотора с уменьшенным количеством KV потянет за собой выбор аккумулятора с более высоким напряжением.

Для самолета

Выбор электродвигателя для модели самолета намного более широкий, в сравнении с вертолётами. Однако это не значит, что на самолёт можно поставить первый попавшийся авиадвигатель. Главный критерий выбора - соответствие характеристик силовой установки в сборе лётным параметрам планера. В зависимости от типа и предназначения планера его тяговооруженность может быть в пределах от 0,8 до 3 единиц.

Выбор двигателя обычно производят в следующем порядке:

• По размаху крыла подбирают диаметр пропеллера (обычно с приблизительным расчётом размаха крыла к диаметру пропеллера равному 4 к 1 +/- 1-2 дюйма).
• В зависимости от типа модели, расчётной тяговооруженности и требуемой максимальной скорости движения подбирается шаг винта. Если производительности не хватает - увеличиваем количество лопастей и уменьшаем диаметр винта (-1" на каждую доп. лопасть).
• Имея данные по характеристикам полученного пропеллера, определяются требуемые параметры двигателя: минимальная допустимая мощность двигателя и требуемые выходные обороты.
• На основании этих данных подбирается мотор: из выходных оборотов и напряжения предполагаемой батареи получаем ориентировочное минимальное допустимое число KV.
• Далее выбор сужается подходящими по габаритам и монтажной площадке двигателями к посадочному месту на самолёте.
• Получаем список совместимых двигателей. Также на основании данных испытаний моторов от производителей, можно дополнительно сориентироваться на соответствие выбранных двигателей требованиям.

При всём вышеперечисленном рекомендуется проверять полученную полётную конфигурацию на различных калькуляторах для авиамоделей типа Ecalc.ch, которые помогут проверить реалистичность выбранного двигателя и режим его работы (теоретическую нагрузку двигателя), а также спрогнозировать приблизительные параметры полученной авиамодели.

Для дрона

В случае с мультикоптерами вопрос выбора двигателей стоит схоже с самолётами, однако требования к винтомоторной группе у них намного выше из-за более агрессивного режима работы. Двигатели в мультикоптерах выполняют функцию аналогичную несущему винту вертолётного двигателя, создавая статичную тягу на луче, но в отличие от вертолётного двигателя, у которого статичные обороты и меняющаяся нагрузка при изменении угла атаки лопастей, мотору для дрона при изменении тяги приходится постоянно бороться с их инерционным моментом крыльчатки. Следовательно нагрузка на них намного выше. От этого минимальная тяговооруженность дрона имеет значение 1,8 единиц. Стоит отметить, что двигатели предназначенные для мультироторных систем можно устанавливать и на самолёты.

Выбирая силовую установку для дрона, пилоты обязательно пользуются калькуляторами, чтоб понять насколько сбалансирована модель, полетит ли она в данной конфигурации с текущими характеристиками ВМГ и какие аккумуляторы необходимо иметь для нормальной работы модели. Первично характеристики двигателей задаёт рама и пропеллеры, которые на неё можно установить. В зависимости от тяговой характеристики пропеллеров выбираются совместимые двигатели. Далее идёт расчёт суммарного веса модели и на основании результатов расчётов определяется жизнеспособность модели. Данная задача требует достаточно большого опыта, так что для новичка в вопросе подбора моторов стоит обратиться к бывалым пилотам или специалистам в магазинах для авиамоделей.

Основные характеристики электродвигателей

При подборе электродвигателя по характеристикам в приоритете обращают внимание на класс (типоразмер), размеры и вес, KV и поддерживаемые пропеллера, а также электрические характеристики.

Перед тем, чтоб описывать ключевые характеристики необходимо разобраться из чего в принципе состоит авиамодельный электромотор. В общем плане электродвигатели состоят из неподвижной обмотки (статор) и вращающейся обмотки (ротор) с валом отбора мощности. У бесколлекторных (вентильных) электромоторов ротор может находиться как вокруг статора, так и внутри. Если ротор находится внутри - двигатель называется "inrunner", если крутится вокруг - "outrunner". В авиамоделях в большинстве случаев используется конструкция "outrunner": его легче охлаждать, больше крутящий момент и он легче при той же мощности.

• Класс (типоразмер) двигателя. Один из факторов определяющий его мощностные характеристики. Зачастую указывается как размер железа статора. У двигателей "inrunner" - может совпадать с габаритами мотора. От класса двигателя зависит крутящий момент на винте. Если взять два электромотора для авиамоделей с одной мощностью и различными размерами статора: мотор с маленьким статором, такой как T-Motor F40III (типоразмер 2306 2400KV 559Вт), будет способен крутить только 4-5" пропеллеры, а T-Motor MN3510-13 с более крупным статором (3510 700KV 555Вт) потянет 12-13".
• KV. коэффициент оборотистости двигателя. Измеряется в оборотах на вольт. Взаимосвязан с типоразмером двигателя. На примере моторов выше, при питании в 15В T-Motor F40III 2400KV - с 5" пропеллерами можно раскрутить до 36000 оборотов в минуту, а T-Motor MN3510-13 с 700KV - всего до 10500 об/мин при 13" пропеллерах. Статичная тяга у них одинакова, но больше KV - даст больше скорость потока.
• Ток потребления и напряжение. Влияют на выбор совместимых регулятора оборотов и аккумулятора.

Тяговооруженность - это что?

Тяговооруженность - это отношение полётного веса к суммарной тяге всех моторов. Рассмотрим самолёт класса тренер: его полётный вес 2 кг, а тяга мотора 1,7 кг, тогда тяговооруженность модели равна 0,85. Самолёт летает, однако мотор будет почти всегда работает вблизи предела и высший пилотаж ему недоступен. В той же ситуации, поставив на этот самолёт силовую установку с тягой в 4 кг (уже 2,0), он будет способен к пилотажным трюкам, включая зависание на винте, бочку, свечку и даже мёртвую петлю.

Однако большая тяговооружённость - не всегда хорошо, ибо другим важным фактором является скорость потока. Чего толку от самолёта у которого статической тяги вдвойне хватит, чтоб зависнуть на винте, если при полном газу и горизонтальном полёте его скорость слегка выше взлётной? Лететь на нём будет очень тяжело ибо лёгкий ветер или небрежное шевеление рулём переведёт с таким трудом сделанную своими руками модель в сваливание с минимальными шансами "спасти" аппарат.

Для дронов более важна кривая эффективности двигателя. В общем приближении пилоты стараются придерживаться того, чтоб в режиме висения на одном горизонте уровень "газа" был в пределах 40-60%, а показатель эффективности двигателя был наибольший. В более развёрнутом плане, каждой модели мотор подбирается отдельно под её задачи.

Где и как лучше купить мотор для авиамодели?

Рынок авиамодельных двигателей довольно широк и имеет выбор на любой вкус, задачи и кошелёк. Однако всегда стоит помнить о том, что во всём скрывается своя цена. Более "вкусной" цены двигателя можно добиться за счёт снижения качества, удешевления комплектующих и ухудшения характеристик, когда третий сорт ещё не брак. Но одно дело поставить дешёвый двигатель с низкосортными подшипниками или плохо прокалённым валом на учебную модель, которую ещё до истечения ресурса пилот-новичок пять раз успеет разбить летая в чистом поле, а другое - на репортажный дрон который носит на себе кинокамеру стоимостью в целое состояние над головами у огромного количества людей! И это даже не говоря о том, как низкокачественный электродвигатель может разрушить авиамодель с таким трудом созданную с нуля своими руками!

По этой причине купить авиамодельный двигатель лучше в Украине в магазинах для моделистов. Украина имеет уже давно сформировавшийся рынок и такие магазины найти можно в любом крупном городе. У них есть специалисты, разбирающиеся в вопросе подбора двигателей под нужды пилота и его модели, а также знают проверенные бренды, продукция которых действительно заработала репутацию надёжной и долговечной. Они смогут подобрать авиамодельный двигатель с оптимальным отношением цена-качество. Также двигатели для авиамоделей купить лучше в Украине из-за наличия гарантии, а это важно при сборке своей модели с нуля. Не говоря о том, что с такими магазинами работают сервисные центры. Их сотрудники часто сами являются заядлыми авиамоделистами, которые способны помочь не только с двигателями, но и с другим оборудованием, а также собрать и подготовить новую модель или помочь с настройкой уже имеющейся. У них можно купить как моторчик для игрушечной авиамодели, так и двигатель для модели спортивного или пилотажного самолета, без разницы - электродвигатель, ДВС или турбина.