حلم الطيران بالتحيز الكهربائي

تمت كتابة هذه المقالة لتلخيص تجربتي في التصنيع المستقل لمحطة طاقة لمحرك كهربائي ، وفي الواقع: محرك كهربائي ، وحدة تحكم ، بطارية ، ومرفقات أخرى.

الخلفية

مثل معظم الناس ، كنت مهتمًا بموضوع الرحلة منذ الطفولة ، ولكن حدث أن قمت برحلات حقيقية في الهواء ، وليس على جهاز محاكاة أو نموذج يتم التحكم فيه عن طريق الراديو ، منذ وقت ليس ببعيد ، في عام 2014. اخترت طائرة شراعية كأكبر نوع ديمقراطي من الطائرات.

في المرحلة الأولية من الرحلات غير الآلية ، عندما تكون كل دقيقة تقضيها في الهواء باهظة الثمن ، غالبًا ما تفكر في مزايا رحلة السيارات ، لكنك ترى على الفور العيوب - زيادة الضوضاء والاهتزازات لمحرك بدائي ثنائي الشوط ، ورائحة الوقود أثناء النقل والتخزين للوحدة. وحيث أن لدي تجربة ناجحة في كهربة الدراجة ذاتيًا ، فقد تقرر القيام بتركيب كهربائي.

بعد التفكير في التصميمات المختلفة ، استقرت على مخطط محرك دفع مباشر مدفوع من قبل الكثيرين ، بمحرك كهربائي بقطر كبير ، ولكن بسمك صغير.



المحرك الكهربائي ، المسطح على شكل فطيرة ، يعطي عزمًا مقبولًا مع وزن وأبعاد وتعقيد تصميم صغير. يمكن تحقيق كفاءة أكبر باستخدام محرك كهربائي صغير الحجم عالي السرعة مع علبة تروس (كنت مقتنعا بهذا على دراجتي الكهربائية) ، ولكن تعقيد تصنيع علبة التروس ، والأهم من ذلك الضجيج الكبير جعلني أتخلى عن هذه الفكرة.

بدون مزيد من اللغط ، التقاط صور ومخططات للمحرك الكهربائي الشهير HPD10 من الشبكة كأساس ، في أيام قليلة وجهت محركي في Solid



من الجد ، لم يتبق سوى صفائح الألواح الثابتة ، والتي ، كما يبدو لي ، أخذ المصممون الألمان دون تغيير من عجلة محرك دراجة غير معروفة.



الجزء الأكثر أهمية ، يجب أن تكون الدائرة المغناطيسية الثابتة من مجموعة من لوحات من الفولاذ المغناطيسي الخاص المتناحي بسمك لا يزيد عن 0.35 مم. بعد بحث طويل ، كانت هناك شركة في سانت بطرسبرغ جاهزة لتلبية طلبي الصغير.



حلقة الدوار مصنوعة من الأنابيب المناسبة الموجودة في الخردة المعدنية



يتم طحن القرص من لوحة d16t ، المحور مصنوع من ثنائي الفينيل متعدد الكلور السميك.





اللف النهائي ، أكثر عمل ممل.



عينة وسيطة جاهزة ، طاقة 12 كيلو وات ، أقصى جهد 100 فولت.



في مرحلة حساب لف المحرك ، قمت بزيادة الجهد الأقصى ، مقارنة بالنموذج الأولي مرتين ، حتى 100 فولت. في تلك اللحظة لم أفكر في مخاطر هذا الحل ، الميزة الرئيسية التي رأيتها في انخفاض مزدوج في التيار ، وبالتالي الاتصال التسلسلي للبطاريات ذات التيار المنخفض نسبيًا ، وتوصيل الأسلاك والموصلات للأقسام الأصغر.
تحول الواقع إلى أن يكون أقل وردية ، وكانت وحدات التحكم المتاحة في ذلك الوقت بجهد أقصى أو تيار كهربائي أقل ، ولم تكن تعرف في كثير من الأحيان كيفية العمل في وضع بدون استشعار ، أو كانت باهظة الثمن.

حسنًا ، بعد التفكير ، قررت أن أجعل وحدة التحكم بنفسي. قبل ذلك ، من جهاز مشابه ، قمت فقط بعمل وحدة تحكم BLDC بسيطة على AVR ، مع وميض البرامج الثابتة من أجزاء apnotes. لذلك ، بتقييم قوتي ووقتي بوعي ، استقرت على المشروع شبه المفتوح لوحدة تحكم ناقل Lebowski ، المؤلف مع endless-sphere.com

يرسل المؤلف dsPIC30 الوميض ، والباقي عليك القيام به بنفسك. من خلال قياس دوائر مرحلة الإخراج الموصى بها ، حصلت على ما أحتاج إليه ، وأنفق القليل من المال ، وأحرق مجموعة واحدة فقط من ترانزستورات الطاقة لتصحيح الأخطاء. الحد الأقصى لتيار وحدة التحكم هو 200 أمبير ، جهد يصل إلى 150 فولت.





الجانب العكسي للمشروع بدون مصادر ، واستحالة ترقية البرامج الثابتة لنفسك ، والحاجة إلى شراء وحدة تحكم جديدة للبرامج الثابتة إذا قمت بنسخ الموجودة. ضربت أشعل النار بجهد 100 فولت هنا ، مما يحد من اختيار ترانزستورات الطاقة.



بعد المحرك ووحدة التحكم ، بدا جعل البطارية مشيًا سهلاً ، ولكن كانت هناك مشاكل أيضًا. بعد أن اشتريت 24 خلية LI-PO IMP3201057P22A ، جمعت منها ثلاث بطاريات 8S ، مع تيارات طويلة من 200 أمبير وقصيرة المدى 400 أمبير.







كل شيء على ما يرام ، البطاريات قوية ، بالكاد تسخن عند 120 أمبير ، لكن الوزن ... البطارية المجمعة على الحامل اتضح أنها تزن حوالي 15 كجم ، إنه أمر محزن. ونتيجة لذلك ، تحولت مجموعة التركيب بأكملها إلى وزن 32 كجم ، أثقل من العديد من البنزينات. هذا لم يناسبني على الإطلاق. تقرر - تباع البطاريات ، نصنع بطاريات جديدة.



كان من الضروري صنع بطارية نصف وزنها صغير ووقت رحلة 15 دقيقة ، وتوقفت عند الزنزانات 18650 inr18650-25r ، والتي أمرت بها من هولندا واستلمتها بأمان. جعل الحالات خفيفة قدر الإمكان ولكنها قوية ، قام بتوصيل الخلايا عن طريق اللحام ، مع الأخذ في الاعتبار أن اللحام بجهاز الحرف اليدوية من شأنه أن يضر أكثر من اللحام المدروس.





ونتيجة لذلك ، تلقيت ثلاث بطاريات تكوين 8S6P بتيار مستمر أقصى قدره 120 أمبير وسعة 15 Ah. يمكن إزالة الحد الأقصى المسموح به من التيارات بسبب التطهير الجيد للعناصر المثبتة مع فجوات الهواء في التيار من المسمار. يسر مع الحد الأدنى من التباين في الأداء ، بعد كل شيء ، سامسونج. الوزن النهائي للتجميع على الحامل 7800 جرامًا ، التقى تقريبًا بالمخطط.



كان الباقي مسألة تقنية ، ملحومة بإطار خفيف ، طحن المروحة. الكتلة النهائية للتركيب هي 25 كجم ، وقطر المروحة 1.25 م.





أوه نعم ، ككرز على الكعكة التي قمت بها ORE مع اتصال CAN ، بدا أكثر أمانًا وأكثر إثارة للاهتمام ، لأن وحدة تحكم المحرك تسمح بذلك.





في نهاية أكتوبر ، قام بعمل تفريغين للبطارية على الأرض ، ثم رحلة تجريبية. تم تحقيق الخصائص المرغوبة بشكل عام ، أخطط للقضاء على بعض الأشياء الصغيرة بحلول موسم الصيف المقبل ومن ثم التحليق بالكامل ، الآن لا يوجد طقس طائر.

على هذا النحو ، فإن التركيب الكهربائي لحقيبة الظهر ليس أكثر من لعبة مقارنة بنماذج البنزين ، وجر أقل ، والأهم من ذلك هو زمن رحلة السيارات بوزن مقبول ، مما يحرمها من مزاياها. ومع ذلك ، سيتغير كل شيء إذا قمت بدمج وحدة الطاقة في نظام التعليق لرحلة مجانية غير آلية ، قم بتثبيت المروحة القابلة للطي بدون سياج ، مع الاحتفاظ في حدود 20 كجم بالوزن.

لقد ذهب العديد من المصممين بهذه الطريقة ، وهناك بعض الصعوبات هنا ، تتطلب المروحة البعيدة بدون سياج ضبطًا وتحكمًا في ميل محور الدوران. خلاف ذلك ، يمكن حدوث مضاعفات غير سارة عند الإطلاق أو أثناء الطيران. لدي بعض الإنجازات ، لكني حتى الآن لم أقرر ما إذا كنت سأستمر في المضي قدمًا.





استغرق المشروع عامين من النشاط الترفيهي في وقت فراغي ، وبفضل ذلك أتقنت CNC والتحول ولحام الأرجون وتحديث معرفتي في المحركات الكهربائية وإلكترونيات الطاقة وغيرها الكثير. قضيت الوقت والمال ليس شفقة ، لقد حصلت على الكثير من المتعة الإبداعية.



بالنسبة إلى الرحلات الجوية نفسها ، فقد شددت مهاراتي لمدة عامين كطيار مجاني ، ولم يعد الطيران في الوقت الحالي جذابًا ، باستثناء التغيير. ومع ذلك ، فإن رحلة مجانية مجدولة هي شيء خاص ، خاصة عندما تنجح. في هذه الدقائق ، والآن حتى الساعات ، تصل المشاعر إلى أعلى تركيز ، ويعالج العقل الكثير من المعلومات التي يتم تلقيها في الوقت الفعلي ، وتجعلها الخبرة تمنع من الإجراءات غير المعقولة ، وتجبرك الإرادة على الانتقال إلى اكتشافات جديدة لهذا المجال الجوي الجميل.



جميع الرحلات الجوية الآمنة!

تمت إضافة فيديو الرحلة التجريبية الثانية ، طيار يزن 95 كجم.