Solar Ecilop

Технические характеристики:

Размеры: 0,8х0,8м

Масса: 290 г

Материалы конструкции: бальса и депрон

Номинальная мощность солнечных батарей: 43Вт

Количество несущих роторов: 8

Моторы: GPS-C03

Редуктор: 4:1

Пропеллеры: 5х3 дюйма

Нагрузка на ометаемую роторами площадь: 29г/дм2

Суммарная площадь горизонтальных полоскостей: 55дм2

Нагрузка на суммарную площадь: 5,3г/дм2

Полетный контроллер: i86L

Бюджет на постройку аппарата:  340 USD (весна 2013 года)

 

Аппарат управляется как квадрокоптер, 8 роторов объединены попарно.

Бортовая батарея отсутствует. Чтобы настроить контроллеры в помещении к аппарату подключается внешняя батарея. Что бы перезагрузить контроллер под солнцем провода питания замыкаются. Аппарат держится в воздухе за счет экранного эффекта с землей и автоматически сохраняет горизонтальное положение. Если пульт управления позволяет микшировать сигналы управления для отдельных моторов мультикоптера, то бортовой полетный контроллер можно не устанавливать. Чтобы поднять аппарат выше от земли мы использовали зеркала для концентрации солнечной энергии.

 

Увеличение эффективности несущей системы винтокрылого аппарата.

Для снижения затрат энергии на полет необходимо снижать нагрузку на несущие площади. Это означает, что необходимо увеличивать диаметры несущих винтов и снижать скорость вращения. На аппарате Ецилоп-8 рама с солнечными батареями выполняет функцию экрана, что дополнительно увеличивает эффективность.

В качестве примера высокой эффективности приведу аппарат GAMERA-II на мускульной тяге. У GAMERA-II нагрузка на ометаемые площади составляет 0,176 кг/м2 а статическая тяга — 203 кгс/кВт. Если мускульную силу заменить на электромотор с современными литиевыми батареями (год 2012), то продолжительность полета мультикоптера составит более 20 часов.

 

Оценка надежности аппаратов с низкой нагрузкой на несущие площади.

Легкие аппараты не могут использоваться в ветреную погоду. При огибании различных преград у поверхности земли в воздушном потоке ветра образуются сильные вихри.  Если воздушный поток ветра создает на поверхности аппарата большие нагрузки, чем его собственная нагрузка, то аппарат будет переворачиваться неконтролируемо (имеется в виду мультикоптер с фиксированным углом атаки лопастей). Оцениваться должна сумма ометаемых роторами площадей и площадь корпуса аппарата. Скоростной напор воздушного потока в упрощенном виде рассчитывается по формуле:

q=0.5*p*V2

q – давление в паскалях, p — плотность воздуха (стандартное значение 1.225 кг/м3), V – скорость в метрах в секунду. Напор ветра 1 м/сек на 1 квадратный метр площади примерно равен 0.06кг силы; напор ветра 20м/сек примерно равен 25 кг силы.

У легких гражданских вертолетов нагрузка на ометание примерно равна  15-20 кг/м2.

 

Оценка применимости солнечных батарей на мультикоптерах.

Поток солнечной энергии при ясной погоде условно равен 1000Вт на квадратный метр. Но значительную часть времени солнечный поток в Европе не превышает 100Вт на квадратный метр. При коэффициенте преобразования энергии 15% солнечные батареи будут давать 15Вт.

Мощность воздушного потока вычисляется по формуле:

P=S*0.5*p*V3

(S – площадь, p – плотность, V – скорость)

При ветре 3м/сек и площади 1 квадратный метр примерное значение мощности потока составляет 16Вт, а при ветре 12м/с – 1058Вт .

То есть прогнозируемая желательная энергия от солнца в несколько раз ниже обычной и нежелательной энергии ветра. Это означает, что практическое применение мультикоптеров на солнечной энергии не представляется возможным.

 

Как собрать солнечный мультикоптер

Для маленького мультикоптера подойдут миниатюрные двигатели постоянного тока с редуктором. Статическая тяга должна быть не ниже 10г на 1Вт энергии. Если мультикоптер будет не управляемым, то напряжение солнечной батареи должно быть достаточным для зависания, но не более того. Например, если напряжения в 3 вольта достаточно для взлета, то солнечная батарея должна состоять из шести элементов. Увеличивая площадь солнечных батарей вы позволите аппарату взлетать при меньшей освещенности. Но слишком крупные батареи будут тяжелыми и аппарат их не поднимет.

Пример комплектации:

Двигатели: GPS-7, 4 штуки

Пропеллеры: 5×3 дюймов

Солнечные батареи: 3×6 дюймов, 6 штук

Рама: бальсовая рейка 1/8х1/8 дюйма

Провода для моторов: AWG30 с тонкой изоляцией

Провода для батарей: AWG24 с тонкой изоляцией (AWG26 при двух параллельных линиях).

Если солнечного света недостаточно для взлета, то используйте зеркало для дополнительного освещения батарей.

Для более крупного мультикоптера подойдут пропеллеры от резиномоторных самолетов класса F1B. Необходимо будет подобрать легкий двигатель, мощность которого равна потенциальной мощности батарей. Редуктор должен снижать обороты и обеспечить более высокую статическую тягу воздушного двигателя.

 

Комментировать

Войти с помощью: