no-banner

RAVEN XXL-E

29.01.2007, zd, Komentáře (16)

HONDA přeložil článek o elektrifikaci tohoto modelu z MFI - Modell Flug International 2/2007

Vítejte v budoucnosti  RAVEN XXL – E

Bernd Beschorner

Tato zpráva popisuje první akrobatický model třímerové třídy který je poháněn jediným elektromotorem. Od prvního nápadu přes elektrifikaci, poznatky a zkušenostmi s tím související, až po nasazení na nejslavnějších akrobatických soutěžích na světě.

Už léta používám modely od firmy Delro Modelltechnik, protože mne pravidelně přesvědčují výbornou kvalitou zpracování a rychlostí. Drahný čas vybavuji tato letadla motory od firmy DA o které platí totéž co o firmě Delro.

Přesto mi nedala spát kulturnost chodu elektromotorů které používám ve svých F3A modelech. Naštěstí na celém světě neexistoval elektromotor který by mohl pohánět tak velký model a nemohl by mě přivést na šílenou myšlenku koupit na to ty hříšně drahé Li-Pol baterie.

Ovšem v roce 2005 se firma Plettenberg  touto myšlenkou zabývala, obří motor pro 2,5m akrobata vyvinula – a co čert nechtěl, ta samá firma mě na jaře 2006 oslovila, a jestli bych si dokázal představit že můj další třímetrový akrobat bude poháněn elektromotorem. Vysvětlil mi že typ Predator 30x10 (tento motor byl vyvinut ve spolupráci s Manfredem Grevem pro 2,5m třídu ) může vývojově upravit tak, aby mohl pohánět takovéhle velké modely.

Tento pohon jsem znal z Tucson Aerobatics Shootout 2005, kde jsem měl možnost vyzkoušet si model Manfreda Greva kde tento motor byl zabudován. Naprosto nadšen tímto návrhem jsem promptně řekl jen jediné – ano.

Vývoj

Jako první se určil koncept. Měla to být oběžka, bez převodovky nebo ostatního příslušenství které by mohlo být zdrojem potenciálních potíží. Ale s jakou vrtulí? Maximální otáčky, napětí pohonného zdroje – a především: jaký regulátor?

Vrtule: Jako předloha posloužila vrtule z mých spalovacích motorů (Delro 28x12,5 třílist). S touto vrtulí měl motor na zemi točit 6000ot./min stejně jako můj benzínový pohon, abychom docílili alespoň stejného tahu jako s benzínem. Uwe Plettenberg majitel firmy Plettenberg otestoval tuto vrtuli ihned na motoru Predator 30/8 a došel k závěru, že přece jen bude třeba uskutečnit nějaké úpravy, aby požadovaný výkon, a především odolnost byly na požadované úrovni. Znovu propočítal všechny potřebné parametry a došel k neuvěřitelnému číslu; potřebujeme 12,5kW a to jen za podmínek, že se nám podaří zlepšit účinnost vrtule. Z toho vyplynulo že silnější a odolnější benzínové vrtule bude třeba zúžit a tím pádem snížit odpor vyvolaný tloušťkou listu. Bohužel na trhu nebyla k dispozici žádná vrtule přímo určená pro takovýto pohon. Snad jedině RASA 27x13. My jsme každopádně chtěli dvoulistou vrtuli, protože její účinnost je větší než u vrtule třílisté. Tak jsme navštívili firmu RASA v Bootu a ti nám místopřísežně slíbili vývoj dvoulisté vrtule 32x13.

Baterie: Když byl znám výkon pohonné jednotky, mohli jsme upřesnit druh baterií. 10s Accupack má jak známo 42V maximální napětí a to se nám při požadovaném výkonu zdálo poněkud málo. Proto jsme se rozhodli pro 14s což v tomto provedení znamená pro nás přijatelných 58,8Voltů. S tím jsme se při poklesu na 52V při zatížení mohli dostat na proudové zatížení 240 Ampér. Volba se zúžila na dva adepty: známé Kokam 4800 a novější FlightPower 4900. Papírově měly oboje články velmi podobné parametry. Ovšem nastal veliký rozdíl v tom, že články Kokam jsme dostali jednotlivé, z těch jsme vybírali a to nás stálo tři týdny práce než jsme vše zkompletovali.Oboje packy byly konečně hotové jako 14s3p a konfigurace měla parametry Umax 58,8 a téměř 15Ah kapacity.

Regulátor: Volba padla na Schulze future 40.160F3A. Tento regulátor se smí zatížit pouze 160A proudu při 14s ale z lodního provozu víme, že tento regulátor s odpovídajícím chlazením zvládá proudy daleko přes 200A. Navíc tento regulátor disponuje speciálně navrženým softwarem pro akrobaty z produkce F3A a má proporcionální brzdu.

Spočítejme si tedy hmotnost jednotlivých komponentů elektropohonu versus benzínový pohon.

V gramech: vrtule 200, motor 1500, regulátor s chladičem 500, kompletní baterie bez držáku 5200 – suma sumárum 7,4kg!

Teď proti tomu postavíme spalovací pohon: Motor vč. zapalování a zapalovacího zdroje 4000, výfukový systém Greve plus kolena a upevňovací součástky ca. 1000, vrtule 300, nádrž,  hadičky a benzín 1200g, to je celkem 6,5kg.

Takže u elektroverze chceme-li dosáhnout stejné startovní hmotnosti musíme někde ušetřit 1000g. Ber kde ber. Tak v Delru dostali požadavek postavit drak o tuto hodnotu lehčí než je sériová produkce. Jde to vůbec? Odpověď je ano, jde - neboť u elektropohonu nevznikají téměř žádné vibrace takže stavba může být opravdu subtilní. V Delro změnili stavbu konstrukce trupu a udělali o vrstvu slabší skořepinu. Podobně zacházeli s kabinou, rámečkem, podvozkem, ostruhou. Tak vypadá odtučňovací kůra která uspoří oproti sériovému Ravenu XXL téměř 1 kilogram. Ale POZOR: Do tohoto draku už opravdu nemůžeme vestavět žádný spalovací motor!.

Hardware:

V červenci jsem se jel s mým známým Axelem Kippem do firmy Delro vyzvednout model. Dle mého přání bylo provedeno lakování a potah v novém Raven vzhledu. Model byl lakován do základního nástřiku a supertenkým bezbarvým lakem byl proveden konečný ochranný nástřik. Nosné plochy a kormidla byly požehleny ultralehkou fólií Oracover protože barvy s obsahem chrómu jsou obzvlášť lehké.

Okolo 19,30 jedeme dál směr Kassel k firmě Plettenberg. Krátce před 21.hodinou zažíváme první běh motoru na zkušební stolici. Připojen byl obří NiCd accu o napětí cca 50V za ním visel regulátor od Schulze s neuvěřitelně velkým chladičem. Přesto se mi otáčky se srovnatelnou vrtulí o výši 5850ot/min zdály poněkud nízké. Měl jsem obavy, že výkon této pohonné jednotky na spalovací pohon nebude stačit. Uwe Pletenberg k tomu řekl jen to, že ten motor prostě předělá.

Také první Accupack byl zkompletován. Otázka byla jen jedna - a to jak takový balík jednoduše a spolehlivě v trupu měnit bez zbytečných obstrukcí. Kolem 1.00hod ráno nás napadla myšlenka baterie umístit na držák, nebo nosič, který bude jednoduše fixován v trupu a snadno vyměnitelný. Držák bude později zadán do výroby firmě Axela Kippa (www.modellbau-syke.de) . On vyfrézoval překližkové lože s kluzáky které kloužou na příčně vlepené uhlíkové trubce. Vpředu je opět osazena příčná trubka která tento držák fixuje. Perfektní!

Po dlouhé noci jsme okolo 6.00 ráno opět doma. Nikdy by mě nenapadlo že můžeme vymyslet tolik nového, když přestavujeme model ze spalovacího na elektropohon.

Poděkování za RC vybavení 

Poté následovalo osazení RC vybavení. Já důvěřuji MULTIPLEXu PROFI mc-4000 se syntézovým přijímačem RX-12-Synth DS IPD. Akuvýhybka je od Deutsch Power Box Champion s originál dodávanými 2800mAh články.

Nyní se nabízí otázka, jestli takovýto pohon bude ovlivňovat příjem signálu.

Odpověď je jasné a zřetelné ANO.

Ale jak se proti tomu chránit? Nejefektivnější opatření je striktní prostorové oddělení pohonné jednotky a RC systému. U tak silného elektropohonu je jeho rušivý vliv obzvláště výrazný. Abychom tento vliv minimalizovali budeme se snažit kabeláž mezi motorem a regulátorem udělat co nejkratší ( díky tomu také zmenšíme ztráty ve vedení, menší odpor ve vedení, což je další přínos).  Díky tomu bude celá pohonná jednotka (motor, regulátor, baterie) umístěna co nejvíce vepředu tak, aby vzdálenost mezi ní a přijímačem byla co největší. Baterie pro napájení RC palubní sítě budou umístěny až za rámečkem kabiny vzadu. Tím dosáhneme vzdálenosti obou komponentů okolo 1,5m od sebe.

Serva Hitec HS-5955TG budou osazena stejným způsobem jako u benzínového protějšku (dvě pro křidélko,dvě směrovka a po jednom na každou půlku výškovky). Toto servo si díky své rychlosti, robustnosti a spolehlivosti samo říká o nasazení jen dvou kusů na směrovku u modelů tohoto typu. Tato konfigurace se během let ukázala jako zcela optimální.Kabeláž je provedena kroucenou trojlinkou o průřezu 0,32mm2.

K vyřešení nám zbývá ještě problém s ohřevem motoru. Očekávali jsme při tak vysokých proudech poměrně silné ohřívání. Tento nápad přišel od Uwe Pletenberga a řešil jej již v motorech nasazených v F3A: Motor je zabudován ve vrtulovém kuželu a otevřeným středem by proudil chladicí vzduch. Proud chladicího vzduchu vystupuje ven mezi vrtulovou přírubou a trupem.Vrtule pak může být jako u F3A upevněna na přírubě vrtulového kužele mezi motorem a přírubou. Za těchto podmínek už nemluvíme o vrtuli ale o vrtulových listech které se díky svému uchycení částečně pohybují dopředu a dozadu a díky tomu i tlumí setrvačné síly které při otáčení celého systému vznikají. To je technika !

Vrtulový kužel (sériový výrobek od Delro) musel být přizpůsoben stavebním potřebám nového pohonu. Firma Pletenberg vyvinula kombinaci z uhlíkových vláken a lehkých slitin tak, aby bylo zajištěno požadované chlazení pohonu.

Zálet

V červenci stál model sestavený na letišti. Po dlouhé době jsem zase cítil lehkou nervozitu před záletem. Zatím technika teoreticky fungovala, ale pravda vypluje na povrch vždycky až v praxi. Tam se teprve ukáže každá slabina.

První potěšitelná věc byla, že při zkoušce dosahu s běžícím motorem jsme nezaznamenali žádné zhoršení nebo rozdíl oproti stojícímu motoru. RC technika fungovala prostě bezvadně!

Pak se šlo do vzduchu. Co se týče výkonu motoru kultivovanost chodu na první pohled byla v pořádku. Raven létal spořádaně jako model F3A. Ovšem motor neměl dostatek rezervy v krouticím momentu. Regulátor se statorem by snesly větší krouticí moment než by magnety daly a jak by se ostatně na takovýto vysokovýkonný pohon slušelo. Naštěstí toto byl jen prototyp který měl za úkol provést optimalizaci výkonů. Super byla také teplota motoru: I při visení zůstávala teplota statoru pod 75 stupni Celsia. Systém s motorem ve vrtulovém kuželu funguje i tomto letovém režimu bezvadně.

V srpnu byl ten správný motor hotov – Úžasné! Točí se srovnávací vrtulí od Delro (28x12,5 třílist) 6300ot. na zemi – čili o 300 otáček víc než DA 150 s Greve rezonančními výfuky!

Následující lety s ním byly bombou: Dostatek výkonu doplněný sametovým chodem. Ale i zde se motor dostal do potíží a to při prudkém přidání plynu z volnoběhu; neměl prodlevu jako motor spalovací. Regulátor reaguje okamžitě, bez prodlevy. Toto jsem ale rychle odstranil jemným zpomalením chodu plynového serva naprogramovaným na vysílači. K nasazení se v této chvíli dostal jen jeden pack baterie Kokam. Protože druhý pack byl u Pletenbergů kde se na druhém motoru testovaly vrtule.

Na konci bylo také jasné, že dvoulistá vrtule nemusí být nutně osazována, neboť výkon s rezervou dostačuje a u třílisté vrtule máme víc hmoty blíže středu otáčení což se pozitivně projevuje u změny zkrutného momentu při změně otáček a následně zkrutných sil vlivem gyroskopického vlivu vrtule. Tímto jsme došli k rozhodnutí osadit jednotlivé listy RASA 27x13 které jsou osazeny daleko od středu osy a tím vlastně rozměr vrtule nabývá na průměru na 28 palců.

Další týdny jsem trávil většinou v autě protože s jediným accupackem lze uskutečnit vždy jen jeden let. Ale tato doba byla velmi rozhodující neboť člověk nemůže takový pack o 52 V jen tak vrazit do regulátoru. Rozhodnutí padlo v okamžiku když při zasunutí konektorů vylétl proud jisker tak velký, až to poškodilo konektor. Na začátku jsme přemosťovali konektory před připojením pomocným odporem. Pletenberg konečně vyvinul výkonný elektronický bezpečnostní spínač který je umístěn mezi regulátorem a pohonnou baterií a je ovládán malým vypínačem umístěným vně trupu. Tento spínač eliminuje proud jisker a přispívá ke zvýšení celkové bezpečnosti provozu. Motor není při připojení baterií pod napětím. Připojí se  teprve když zapneme malý vypínač. Obráceně platí tento postup při odpojování baterií – zase jeden milník v elektroletu!

Dále jsme se rozhodovali jestli máme použít LiPo Saver od firmy Emcotec. Ten má tu výhodu, že každý jednotlivý článek ohlídá. Při poklesu napětí kteréhokoli článku pod 3V posílá signál motoru: Motor se na kratičký okamžik stáhne na volnoběh a hned se vrací do původního nastavení plynu. Po tomto signálu bychom měli okamžitě přistát, protože baterie jsou téměř prázdné. Přitom nehrozí žádné nebezpečí podvybití a poškození z podpětí. Pozitivní vedlejší efekt je že můžeme vylétat bez rizika cca 90% kapacity pohonných zdrojů. To nám prodlužuje letový čas hladce o cca 2 minuty a my se už s tréninkovými časy dostáváme na hranici okolo 12 minut  což bohatě stačí na trénink 1,5 - 2 povinných sestav za jeden let.

Jistě ještě se naskýtá otázka nabíjení. Zde používáme jeden malý trik: Rozdělíme pohonný pack při nabíjení na 2 x 7s3p. Každý díl pohonné baterie je obsluhován ORBIT nabíječem s přidaným LiPo Checker Plus balancérem. Microlader Pro skutečně dokáže 7s pack nabíjet trvalým proudem 8A. Při nasazení dvou takovýchto nabíjecích stanic se nabíjecí časy pohybují okolo 1,5 hod pro celý pohonný pack.

Raven E ve finiši

Den před zahájením German Acro Masters - uprostřed září stál tento pohon, ovšem jen s dvěma pohonnými packy sestávajícími z Kokam článků. Krátce po té jsme měli možnost vyzkoušet baterie Flight Power. Absolutní šílenství !!! Tyto články držely při zátěži výrazně vyšší napětí, ale dávaly zároveň stejný proud ! Následně jsme měli na motoru více příkonu k dispozici - při plné zátěži na zemi cca 300A při 53V. To je doslova a do písmene 16000W, čili 22 PS příkonu. Při účinnosti 91% to ještě stále dělá 20 PS na vrtuli.

Nejde popsat, jak to letadlo na obloze brutálně akceleruje. To bylo prostě příliš. Proto jsem se rozhodl výkon o 30% okleštit  - pořád to dělá poctivých 14 PS na vrtuli. Kdo by si nyní myslel že Raven XXL-E  má teď menší výkon než DA 150 nebo 3W 156 šeredně se plete. Toto letadlo u všech kteří jeho projevu přihlíželi, nechalo ústa dokořán !!!

Úspěchy hovoří za sebe:

Vítězství na German Acro Masters 2006 – bezpochyby největší evropský šampionát

5.místo na Don Lowe Masters 2006 – nejvýše dotovaný šampionát na světě s 80.000 USD prémií pro vítěze a účastí 20 TOP pilotů z celého světa

6. místo na Tucson Shootout – největší americké akrobatické závody

Co bych ještě chtěl říci

Chtěl bych poděkovat všem kteří se na vývoji podíleli tento model budoucnosti uskutečnit. Úplně prvního bych jmenoval Uwe Plettenberga, který modelem Predator 37/6 nasadil laťku možná nedostižně vysoko. Jemu náleží také můj obdiv za jeho geniální nápady při vývoji bezpečnostního spínače a celkového pohonného konceptu. Manfred Greve musí být uveden proto, že první prototyp odzkoušel a za cenu jakýchkoli časových a finančních obětí uvedl v život. Mohu s klidem prohlásit že Predator 30/10 bude uvědoměle konat svou práci v 2,5m akrobatu stejně bezproblémově jako Indoor motor v Shockflyeru. Axel Kipp budiž jmenován, protože při stavbě a frézování držáku pohonných baterií, odvedl vynikající výkon – stejně jako při nápovědě při vystoupení na German Acro Masters. Další kterým chci poděkovat:  firma Schulze, která dokázala postavit regulátor který toto zatížení opravdu trvale vydržel. Firmě Multiplex ev. Hitec za podporu a zařízení které ovládá tento 16kW mamutí projekt. A také mnohokrát děkuji Emmerichu Deutschovi, jeho Powerboxy fungují prostě bezvadně.

Komponenty modelu

© 2010 Ludvík Novotný