Drone műszaki alapok: multicopter propellerek

Először is egy hitvitára szeretnék reagálni. A repülősök a propeller szót légcsavarként szeretik nevezni. Ez OK, de ha nem gond, én maradnék a propeller megnevezésnél.

Tehát a propellerek feladata a multicoptereknél az, hogy a levegőben tartsák a gépet. Teszik ezt oly módon, hogy a motorok forgó mozgását a repülőgépszárnyakhoz hasonló aerodinamikai elvek alapján felhajtóerővé konvertálják.
Ebből következik, hogy igen fontos részei a multicoptereknek.

Ahhoz, hogy szépen, hatékonyan és rázkódásmentesen működjön a gépünk, feltétlen szükséges a megfelelő propeller kiválasztása.

Ennek szempontjai a következők:

• motor ereje
• motor optimális fordulatszám tartománya
• rendekezésre álló hely
• tartósság
• biztonsági tényezők

A propellerek anyaga több szempontból is érdekes adat. Egyrészt a különböző anyagok súlya miatt a motorteljesítményhez, másrészről pedig a tartósság és a bizotnság szempontjainál az anyag rugalmassága kerül górcső alá.

A propellerek gyártói 3 anyagot választanak általában:

1. Fa
2. szénszálas műanyag
3. üvegszál erősítésű műanyag

Ezen a 3 típuson túlmenöen a mini és nano drone-oknál a sima fröccsöntött műanyagokat is használnak.

      1.     Fa propellerek előnye, hogy  kemények, nem torzulnak, ugyanakkor könnyűek. Hátrányuk pedig, hogy nagyon sérülékenyek, balesetveszélyesek és igen drágák. Ezért multicoptereknél ritkán használják.

          2.     szénszálas műanyag  (CF - carbon fiber) propellerek előnye, hogy rugalmasabbak, mint a fa propellerek és árban is olcsóbbak. Valahol ideális átmenetet képeznek a könnyű, ám kemény fa és a nehéz ám rugalmas műanyag propellerek között.

         3.     üvegszál erősítésű műanyag propellerek a felsorolt anyagtípusok közül a legrugalmasabbak. Ennek persze előnyei mellett vannak esetenként hátrányai is.

Szerző személyes megjegyzése: Jómagam az üvegszál erősítésű propellereket szeretem a legjobban, mert ezek balesetvédelmi és élettartam szempontjából talán a legjobb választások. Természetesen modell versenyzésre és teljesítmény repülésre nem ez a típus való.
Bejegyzéseim célja azonban nem a profi RC modell pilóták továbbképzése (mondjuk persze erre esélyem sincsen, inkább én tanulhatnék tőlük. ), hanem a vezető nélküli légijárművek felhasználása a kutatás-fejlesztés területén.

Az anyagfelhasználás mellett a propeller levelek mérete, száma és formája a másik legfőbb szempont halom a választásnál.

Általában a propelleren - de esetenként csak a propeller csomagolásán - olvasható kettő szám. Az értékek általában col-ban megadott számok és a következőt jelentik. Az első érték a propeller tengelyének középpontjától legtávolabbi pontja által bejárt kör átmérője (Diameter). Ez praktikusan az a terület, ahova járó motor esetén nem tesszük a kezünket. 
A második érték a propeller 360°-os körbefordulása közben - ideális közegben - megtett útja (Pitch).

 Ez praktikusan annyit jelent, hogyha a P értéke nagyobb, akkor a propeller ideális körülmények közt azonos fordulaton jobban emel, míg ha alacsony, akkor kevésbé. Hasonlóan a csavarok menetemelkedéséhez.
Ehhez kapcsolódik két gyakran használt propeller rövidítés is. Az "SF" (slow-fly) propellerek alacsony emelkedésűek (elméleti pályájúak), míg az "E" (electric) propellerek magasak. Az "SF" propellerek ezzel szemben szélesebb lapátokkal rendelkeznek, mint az "E"-k.

Éredekes adat lehet a propellerek felvett teljesítményének kiszámítása, mely a következő módon végezhető el:

A felvett teljesítmény az elméleti pályával (P) egyenesen arányos és az átmérővel (D) pedig 4. hatványon arányos. Ehhez jön még a fordulatszám (rPM), - amivel köbösen arányos - és az úgynevezett Kp érték, ami a propeller anyagának, formájának és felületének hányadosa. (A Kp értéket a gyártók megadják és általában 1,08-1,4 közé esnek.) A Kp értékkel egyenes arány áll fenn a teljesítménynél.

Így a propeller felvett teljesítménye:             W = D⁴ * rPM³ * P * Kp

Elkerülendő a copter folyamatos pörgését, a multicoptereknél az egymás mellett lévő propellerek ellentétes irányban forognak.

Így megülönböztetünk "CW" (clockwise) azaz órajárásnak megfeleleően jobbra forgó és "CCW" (counter-clockwise) azaz órajárással ellentétesen, balra forgó propellereket.

Amikor propeller vásárláson törjük a fejünket, igen fontos kérdés, hogy CW, vagy CCW propellerre vágyunk.

Egyes esetekben amikor menetes propellerszárral találkozunk, ott a motor tengelyének menetelését is figyelembe kell vennünk. Ezért a menetelt tengelyű motorok nem használhatóak bármilyen propellerrel.

Tapasztalat, hogyha a kopteren propellert cseréltünk és az a felszállás helyett állandóan felborul, akkor rossz forgásirányú propellert tettünk fel.

Ahogyan írtam már korábban, igen fontos kérdés az is, hogy hány pengéje/levele van a propellerünknek. Mivel a a propeller pengék a levegőben turbulenciát keltenek, melyen a továbbfordulásnál a másik propellerlapát is átmegy, így azzal romlik a hatékonysága. Általános szabályként elmondhtjuk hát, hogy a több lapát rontja a teljes propeller hatékonyságát.

Logikus volna hát, ha egy lapátos propellereket használnánk. Ez esetben azonban a kiegyensúlyozási probléma lenne nagyon nagy. Ezért terjedtek el elsősorban a 2 lapátos verziók. A 3 vagy több lapátos propellereknek akkor van értelmük, ha a propeller lapátjait valamilyen fizikai korlát miatt rövidíteni kell. Ez esetben a propeller "D" értékét csökkenthetjük, ám a hatékonyság érdekében a "P" értéket növelni kell.

Még nem beszéltünk róla, de igen fontos a propellerek kiegyensúlyozása. Amennyiben egy propeller nincsen kiegyensúlyozva, úgy rengeteg problémát okozhat. Ennek fő oka, hogy a propellerek igen nagy fordulaton pörögnek. A kiegyensúlyozattlanság pedig a motor meghibásodásával járhat. De akár más alkatrészek - esetenként meglepő - meghibásodásai is előjöhetnek. Így egy kiegyensúlyozattlan propeller akár a gép elvesztését is magával hozhatja, ha például az energia ellátó rendszerben következik be valami error.

Ezen hibák megelőzésére érdemes egy prop balancer-t beszerezni. Igazából ez egy igen olcsó és egyszerű eszköz, melybe befogva a propellert a tenglyénél/tengelyfuratánál fogva elvégezhetjük a bemérést. Ha valamely oldalra elfordul a propeller a balancerben, akkor az az oldal a nehezebb.
Először mindíg nézzük meg, hogy vannak e a propelleren már terhek, mert ha igen, akkor először azokat koptessuk meg, ha kell, aztán tegyünk fel újabb elemeket. A lecsiszolással óvatosan bánjunk, mert általában irreverzibilis folyamat. Ha azonban nagyon biztosak vagyunk a dolgunkban, akkor jöhet a reszelő.
Általánosan elmondható, hogy az UAV propellerekre kevés súly kell, ezért elegendő egy egy darabka szigetelőszalaggal kisúlyozni a propellerünket.
A jó propeller minden helyzetben mozdulatlanul áll a balancerben.

No, erről ennyit.
 

OK, akkor itt van az eddig megjelent, a témát taglaló részek

• Nyitó gondolatok:
  • Drone ismerkedés
  • Drone ismerkedés II
• Drone-ok csoportosítása
• Drone műszaki alapok: bevezető a multikopterek világába
  • Multicopter vázak
  • Propellerek
  • Multicopter villanymotorok