Propellerek messziről

Vic

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:

• Fa
• szénszálas műanyag
• üvegszál erősítésű műanyag

Ezen a 3 típuson túlmenöen a mini és nano drone-oknál a sima fröccsöntött műanyagokat is használnak, amire később még kitérek.

      1.     Fa propellerek előnye, hogy  kemények, nem torzulnak, ugyanakkor könnyűek. Hátrányuk pedig, hogy nagyon sérülékenyek, balesetveszélyesek és igen drágák. Ezért multicoptereknél ritkán használják, mi több az FPVgarage.eu webshop-jában egyáltalán nem találsz ilyet, mivel a freestyle és a versenydrónok egyálttlán nem használnak ilyet. 

          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: A propellerek terén folyamatosan jelennek meg újabbnál újabb polimerek, amik mutatják, hogy a területen az innovációs kedv és az anyagkutatás folyamatos.

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

Általában a propelleren - de esetenként csak a propeller csomagolásán - olvasható egy négyjegyű szám. Az értékek általában col-ban megadott számok és a következőt jelentik. Az első két számjegy a propeller tengelyének középpontjától legtávolabbi pontja által bejárt kör átmérője (Diameter). Ez praktikusan az a terület, ahova járó motor esetén nem tesszük az ujjunkat.  
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 - round per minute - percenkénti fordulat), - 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

Midezt csak azért mondtam el, hogyha valakit érdekel az propellerek fizikája, akkor abból ki tudja számolni, hogy legnagyobb szerepe a propeller átmérőjének van, a második legfontosabb tényező a fordulatszám, ami ugye a motortól (KV értékétől és az elektromos feszültségétől) függ. Ezután következik a menetemelkedés és legvégül a propeller formája.

Az FPV  drone-oknál a szabványnak számító 5 inch-es gépeknél a versenyzők 4,5 inch feletti mentemelkedést használnak, azaz 5045 és még magasabb jelzőszámú propellereket, míg a freestyle területen ennél alacsonyabb 3 és 4,2 inch közöttieket. 

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

Így megülönböztetünk "CW" (clockwise) azaz órajárásnak megfelelően 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 multikopteren 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 illetve3 lapátos verziók. A 4 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.

Ez a versenyzőknél és a freestylereknél annyit jelent, hogyha a propellereink sérültek, akkor lecseréljük Őket. Tapasztalatom szerint egy túlzottan magabiztos nap  után akár 1-2 teljes szett is elfogy.

Hála az égnek ma már a propellerek elég jó minőségben kerülnek gyártásra, így nem gyakori a balancer használata. Így csak érdekességként említem meg,hogy ha valaki nagyobb gépet használ, vagy esetleg repülőt épít, az még ma is használhat propeller kiegyensúlyozót.

A ballancer használata:

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.

 

Még egy igen fontos kérdés van, ami a propeller választásnál kulcs kérdés, az pedig a propeller csatlakoztatása a motor tengelyéhez.

Ez az FPV-ben hála a zégnek már eléggé szabványos lett. Már csak az egészen kis, nano gépeknél (2-3 inch) fordul elő ettől eltérés.

Ez annyit jelent, hogy