Poniżej wrzucam trochę podstawowych informacji dla początkujących kolegów. Wszystko napisane na przykładzie samolotu, mam jednak nadzieje, że komuś pomoże... Budowa modelu samolotu rodzi wiele pytań, zwłaszcza u osób, które wcześniej nie miały do czynienia z modelarstwem RC. Istotną rolę odgrywa prawidłowy dobór elektroniki. Z jednej strony zależy nam na uzyskaniu możliwie najlepszych osiągów, z drugiej strony ograniczeni jesteśmy wagą końcową modelu. Chcąc efektywnie wykorzystać ograniczone w ramach danego modelu możliwości elektroniki, ważny jest jej dobór umożliwiający optymalną współpracę poszczególnych komponentów.
W dalszej części opiszę jak wygodnie skompletować niezbędną elektronikę. Świadomie pominę temat silników szczotkowych oraz pakietów nimh ze względu na ich przestarzałość i coraz mniejszą efektywność w stosunku do silników trójfazowych oraz pakietów li-po, które obecnie cieszą się największą popularnością. Opis rozpocznę od silnika. W dalszej części przedstawię po krótce charakterystykę regulatorów oraz opiszę w kilku zdaniach podstawowe parametry pakietów. Artykuł kieruje przede wszystkim do początkujących modelarzy. Chciałbym w tym miejscu zaznaczyć, że cechy omawianej elektroniki zostaną mocno uproszczone a niektóre pominięte, koncentrując się jedynie na tym, co pomoże nam szybko i sprawnie dokonać wyboru przy budowie pierwszych modeli.
SILNIK
Dobór elektroniki warto rozpocząć od silnika, gdyż parametry regulatora i pakietu stanowić będą pochodną jego charakterystyki. Zanim przejdziemy do kryteriów wyboru, chciałbym krótko przestawić podstawowe parametry silnika, mające istotne znaczenie przy jego wyborze. Pobór prądu przez silnik zależny jest między innymi od grubości drutu, jakim jest nawinięty. Im drut jest grubszy, tym więcej prądu przez niego przepłynie nie rozgrzewając silnika. Przekroczenie bezpiecznego poziomu prądu prowadzić będzie do wzrostu temperatury silnika i w dalszym etapie przepalenia się drutu. Z tego powodu chwilowe przekroczenie bezpiecznych granic możliwości silnika z reguły nie bywa groźne, pod warunkiem że będzie miał szanse na wystygnięcia przed kolejną dawką nadmiarowego prądu.
Moc, z jaką pracuje silnik, zależna jest od dwóch parametrów, napięcia oraz natężenia prądu, który zostaje mu dostarczony. Jeżeli dostarczymy prąd o napięciu 11,1V (pakiet 3S) i natężeniu 18A otrzymamy moc w wysokości 199,8 Wat (11,1V x 18A). Chcąc uzyskać możliwie największą moc dla danego modelu, ograniczeni będziemy przede wszystkim wagą i rozmiarem silnika, regulatora oraz pakietu. W zależności od specyfiki samolotu istotna będzie prędkość silnika określana ilością obrotów w określonym czasie (kv) oraz wytwarzany przed niego ciąg. Choć jego specyfika będzie różna dla poszczególnych modeli, można w uproszczeniu założyć, że prędkość obrotów silnika i jego ciąg wzajemnie się wypełniają a ich kombinacja będzie miała kluczowe znaczenie dla charakterystyki lotu.
Zatem, przed wyborem silnika, warto zastanowić się w jaki sposób model będzie używany. Przykładowo, jeżeli budujemy model akrobacyjny (z założenia dla powolnych i precyzyjnych lotów), istotne będzie dla nas, aby ciąg silnika zdecydowanie przekraczał wagę modelu, dzięki czemu będziemy w stanie wykonywać różnego rodzaju akrobacje. W tym przypadku swoją funkcję najlepiej spełni silnik o stosunkowo niskim kv lecz mocnym ciągu. Umożliwi on szybkie przyspieszenia, pionowy lot bez konieczności rozpędzania modelu itp. W sytuacji, gdy przygotowujemy model, który z założenia ma bić rekordy prędkości, ciąg silnika nie będzie miał tak dużego znaczenia. W tym przypadku wybierzemy silnik szybkoobrotowy (wysokie kv), który będzie nabierał prędkości znacznie wolniej, lecz docelowo rozpędzi model znacznie mocniej.
Powyżej przedstawiłem dwie skrajne sytuacje. Z reguły parametry naszych silników cechuje kompromis pomiędzy prędkością a ciągiem. Choć przy pierwszych modelach będziecie się pewnie sugerować parametrami przedstawianymi przez producentów samolotów oraz opiniami kolegów modelarzy, z czasem nabierzecie wprawy i dobór silnika będzie zależeć wyłącznie od waszych indywidualnych potrzeb.
REGULATOR OBROTÓW
Przy wyborze regulatora obrotów decydującym czynnikiem jest maksymalna (zdrowa) wartość natężenia prądu pobieranego przez silnik. Teoretycznie powinien wystarczyć regulator o natężeniu odpowiadającemu silnikowi. Aby jednak uniknąć ryzyka przegrzania regulatora (zwłaszcza, gdy nie zostało mu zapewnione odpowiednie chłodzenie), warto wybrać regulator o większym natężeniu niż wymagane jest przez silnik.
Regulator o większych możliwościach niż silnik nie stanowi zagrożenia dla pozostałej elektroniki, ponieważ nie dostarczy większej ilości prądu niż silnik będzie w stanie przyjąć. Podłączenie mniejszego regulatora spowoduje, że moc silnika nie zostanie wykorzystana w pełnym zakresie (regulator ograniczy wartość natężenia przekazywanego do silnika). Powstanie również ryzyko uszkodzenia regulatora na skutek przegrzania (ze względu na ciągłą pracę na granicy własnych możliwości).
Przy wyborze regulatora istotna będzie również jego waga (pomijając wyjątki, można przyjąć uproszczone założenie, że wraz z jego możliwościami będzie rosła jego waga) oraz możliwość ustawień poszczególnych parametrów. W praktyce dobrze jest dobrać regulator o natężeniu około 10-20% wyższym niż silnik. Wybór mocniejszego co prawda nie spowoduje żadnych zagrożeń dla całego układu, zwiększy jednak wagę całego modelu nie niosąc żadnych dodatkowych korzyści. Regulator oczywiście powinien pracować z pakietami o określonym napięciu. Z tym jednak nie będzie problemu, ponieważ producenci zawsze tą informację podają.
BATERIA (PAKIET LI-PO)
Dokonując wyboru pakietu istotne będą trzy parametry określające jego charakterystykę:
Napięcie pakietu zależne jest od ilości cel, z których się składa. Jedna cela to 3,7V. Ilość cel oznaczana jest parametrem S. Zatem pakiet:
- 1S = 3,7V
- 2S = 7,4V
- 3S = 11,1V itd.
Pojemność mierzona jest w mAh. Podana wielkość przedstawia przez ile godzin pakiet może dostarczać prąd o natężeniu 1000mA (1A) lub odwrotnie, z jakim natężeniem może być rozładowywany aby prądu wystarczyło na jedną godzinę. Zatem, bateria o pojemności 3000mAh wystarczy by dostarczać prąd o natężeniu:
- 1A przez 3 godziny
- 2A przez 1,5 godziny
- 5A przez 36 minut
- 10A przez 18 minut
- 20A przez 9 minut
- 30A przez 6 minut itd.
Powyższe przykłady, nie uwzględniając innych czynników wpływających za zużycie energii, stanowią jedynie uproszczenie obrazujące znaczenie podanej na pakietach pojemności.
Przedstawione wyliczenie ma oczywiście charakter teoretyczny, gdyż wysokość natężenia prądu uzyskiwanego z pakietu jest ograniczona. Każda bateria posiada parametr C określający maksymalne natężenie, z jakim można ją rozładowywać aby zachować bezpieczeństwo oraz chronić pakiet przed przedwczesnym zużyciem a nawet zupełnym uszkodzeniem. Jak rozumieć podaną przez producenta wartość C? Jeżeli przykładowo parametr ten wynosi 10, oznacza to, że pakiet można rozładowywać dziesięciokrotnie wyższym natężeniem niż wynosi jego pojemność. Zatem:
- pakiet o parametrach 1000mAh 1C rozładowuje się maksymalnym natężeniem 1A w ciągu 1h,
- pakiet o parametrach 1000mAh 10C rozładowuje się maksymalnym natężeniem w ciągu 1h/10 (czyli 6 minut). Oznacza to, że maksymalne natężenie prądu rozładowania przewidziane dla pakietu wynosi 10A,
- pakiet o parametrach 2000mAh 15C może zostać rozładowany prądem o natężeniu maksymalnym 30A w czasie 4 minut. Im natężenie będzie niższe, tym dłużej pakiet będzie w stanie dostarczać prąd.
Warto również zaznaczyć, że w pakietach istotnie różni się parametr C odpowiadający za prąd ładowania i rozładowania. Prąd ładowania w pakietach ma zdecydowanie niższą wartość. Wiele osób, mając na uwadze dłuższą żywotność pakietów, ładuje prądem nie przekraczającym 1C. W ostatnich latach pojawiają się pakiety o coraz większym prądzie ładowania, co jednocześnie skraca czas potrzebny na wykonanie tej czynności.
Powyższe parametry mają kluczowe znaczenie z punktu widzenia efektywnego działania całego napędu. Wybór odpowiedniego pakietu będzie jednak ograniczony swoim rozmiarem oraz wagą. Już na etapie budowy modelu warto wziąć ten aspekt pod uwagę planując miejsce baterii o odpowiednim rozmiarze oraz w określonym miejscu umożliwiającym uzyskanie prawidłowego środka ciężkości. Waga pakietu również odegra kluczową rolę dla charakterystyki lotu. Przekroczenie pewnego poziomu obciążenia samolotu może negatywnie wpłynąć na jego właściwości lotne. O ile to możliwe, warto rozplanować rozłożenie elektroniki w taki sposób, by pakiet znajdował się dokładnie w środku ciężkości modelu. Dzięki temu będziemy mogli używać pakietów o różnej wadze (w pewnych rozsądnych granicach) nie zmieniając istotnie zachowania samolotu.
Podsumowując, dobór wyposażenia warto rozpocząć od silnika, uwzględniając jego moc, prędkość obrotów oraz wagę. W drugiej kolejności warto dopasować regulator umożliwiający dostarczenie prądu o natężeniu nie niższym od poziomu wymaganego przez silnik. Ponieważ regulator nie przekroczy natężenia, do którego jest ograniczony, nie istnieje ryzyko wynikające z podłączenia pakietu o zbyt wysokim parametrze C. Warto zatem dobrać takie źródło energii, które w pełni zaspokoi zapotrzebowanie regulatora. Im mocniejszy pakiet (wyższe C) tym lepiej, ponieważ będzie pracował na niższym poziomie swoich możliwości. Powinno to pozytywnie wpłynąć na jego żywotność. Z drugiej jednak strony pakiety o podwyższonym parametrze C, charakteryzują się również większą wagą. Zatem dokonując wyboru warto zwrócić uwagę na oba aspekty jednocześnie.