बैटरी या इलेक्ट्रिक पैरामोटर के एक छोटे से सिद्धांत पर कैसे उतारें। भाग 1

1. परिचय

नमस्ते मेरा नाम इलिया है। मैं सेंट पीटर्सबर्ग से हूं। मेरी उम्र 31 साल है। लंबे समय से मेरे पास मुख्य शौक हैं - बैटरी, इलेक्ट्रिक वाहन और विमानन।

2010 में, मैंने व्यक्तिगत पंख खोजने के सबसे लोकतांत्रिक तरीके के बारे में सीखा:



पैराग्लाइडर मोटर, पैरामोटर, पावर्ड पैराग्लाइडर के साथ। पराबैंगनी विमानन का सबसे हल्का और सबसे धीमा प्रतिनिधि।

यह वास्तव में एक आश्चर्यजनक बात है! भविष्य के बारे में फिल्मों से एक वास्तविक व्यक्तिगत उड़ान मशीन, जिसने पक्षी की तरह उड़ने के लिए मानव जाति के सपने को साकार करना संभव बना दिया!

इसमें एक अलग से खरीदी गई सॉफ्ट विंग - एक पैराग्लाइडर और एक पावर प्लांट शामिल है - एक इंजन और एक स्क्रू के साथ एक सैशेल, पीठ पर पहना जाता है। आप 35 से 75 किमी / घंटा की गति के साथ शून्य से 5000 मीटर की ऊंचाई पर उड़ सकते हैं। पहियों के साथ संस्करण हैं और एक दूसरी यात्री सीट है - पैराट्राइक्स।

यह पूरी चीज जमीन से दाईं ओर ले जाती है। "पहाड़ी से कूद" की जरूरत नहीं है। सभी की जरूरत है कि एक सम, लुढ़का हुआ ग्लेड और 200-300 मीटर के दायरे में है ताकि कोई पेड़, तार, पोल, घर और अन्य चीजें न हों। इंटरनेट पर, क्वेरी "पैरामोटर टेकऑफ़" के लिए इस विषय पर कई वीडियो हैं। हां, आपको मौसम की स्थिति पर प्रतिबंधों का कड़ाई से पालन करना चाहिए और रूसी संघ का एयर कोड अध्ययन के लिए आवश्यक ज्ञान की एक अलग मात्रा है। इसके अलावा, एक और बातचीत का विषय इस चीज़ पर उड़ानों में महारत हासिल करना है - एक नियम के रूप में, एक अनुभवी प्रशिक्षक के साथ लगभग 3 महीने लगते हैं।

2011 से 2016 तक की अवधि में, मैं फैक्ट्री में सैकड़ों घंटे और हज़ारों किलोमीटर के मार्ग पर सक्रिय रूप से उड़ान भर रहा था, जिसमें मोस्टर -187 दहन इंजन था:



इसकी संक्षिप्त जानकारी।

दो-स्ट्रोक गैसोलीन इंजन, सिंगल सिलेंडर, 185 cc अधिकतम शक्ति 25 hp (18 kW), क्रैंकशाफ्ट पर अधिकतम रोटेशन - 8300 आरपीएम, 125 सेमी के व्यास के साथ पेंच पर अधिकतम रोटेशन - 2950 आरपीएम, अधिकतम स्थिर कर्षण - 70 किलोग्राम, एक सीधी उड़ान में ईंधन की खपत। एक सेट के बिना - लगभग 3-4 लीटर / घंटा। पैरामोटर वजन - 25 किलो।

इसने परमोटर मोस्टर-185 पर आश्चर्यजनक रूप से उड़ान भरी। शक्तिशाली, विश्वसनीय, एक छोटे से हेडविंड के साथ कुछ कदमों में जमीन को फाड़ देते हैं। बिना रुके तीन घंटे तक एक टैंक पर उड़ान भरना संभव था, जो कि 40 किमी / घंटा की एक विंग गति से सौ किलोमीटर से अधिक "रन" देता था।

हालांकि, नुकसान थे:

• उच्च-गुणवत्ता वाले 95-मीटर गैसोलीन और महंगे सिंथेटिक तेल के साथ ईंधन भरने की आवश्यकताएं;
• शोर, दो स्ट्रोक से कंपन;
• गंध, अपार्टमेंट के पड़ोसियों का निरंतर दावा है कि "यह बदबू आ रही है, आप हम सभी को जहर दे रहे हैं" (हाँ, मैंने अपार्टमेंट में पैरामोटर रखा, और यहां तक ​​कि किराए पर एक, अन्य कमरों में पड़ोसियों के साथ);
• लगातार रखरखाव करने की आवश्यकता - स्पंदन, मूक ब्लॉक, गैसकेट, नट, वेल्ड और प्रत्येक उड़ान से पहले सब कुछ का एक गुच्छा का निरीक्षण करने वाले स्प्रिंग्स को बदलने के लिए।

समानांतर में, पहले से ही कई दसियों हजार किलोमीटर की इलेक्ट्रिक बाइक और पहिएदार इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए कई इकट्ठे ली-आयन बैटरी की सवारी करने की एक प्रचलित प्रथा थी।



कुछ बिंदु पर, बिजली की दुनिया और विमानन की दुनिया को एक पूरे के रूप में संयोजित करने का विचार बहुत जुनूनी हो गया।

वह "बैटरी पर टेक ऑफ" के सिद्धांत में बहुत रुचि रखते थे, साथ ही साथ डिवाइस में भी प्रयास करते थे, जिसे माना जाता था:

• एक कम शोर स्तर है;
• झटकों और कंपन की अनुपस्थिति सुनिश्चित करना;
• ईंधन और उपभोग्य सामग्रियों की आवश्यकता नहीं है;
• चल रहे निरीक्षण और रखरखाव की आवश्यकता नहीं है।

एविएशन थ्योरी के साथ जो पहली चीज मैंने शुरू की थी वह यह समझने के लिए थी कि क्या यह इस विषय में शामिल होने लायक है।

मैं सैद्धांतिक गणनाओं को दोहराना चाहूंगा जो मैंने 6 साल पहले फिर से किया था, लेकिन पहले से ही इच्छुक पाठकों की उपस्थिति में।

2. क्षैतिज उड़ान के लिए आवश्यक शक्ति की गणना। टेकऑफ़ मोड

समझने वाली पहली बात यह है कि एक पैराग्लाइडर या यहां तक ​​कि एक inflatable गुब्बारे (मैंने ऐसे संघों को सुना) के लिए अपनी सभी स्पष्ट समानता के लिए, पैराग्लाइडर सबसे विशिष्ट एरोडायनामिक विंग प्रोफाइल वाला एक विंग है। कैसे एक विमान उड़ान भरता है और कैसे एक पैराग्लाइडर मक्खियों में बहुत कुछ होता है। विमान और पैराग्लाइडर दोनों - लिफ्ट बनाने और खुद को हवा में रखने के लिए - हवा के माध्यम से लगातार आगे बढ़ना आवश्यक है। और माध्यम से आगे बढ़ने के लिए - आपको एक मूवर की आवश्यकता है जो इसके (इस पर्यावरण) प्रतिरोध को दूर कर देगा।

पंखों के आधार पर किसी भी विमान - में "वायुगतिकीय गुणवत्ता" के रूप में ऐसा एक संकेतक है। यह विमान की वायुगतिकीय पूर्णता का एक संकेतक है, इसकी "दक्षता" का एक प्रकार का एनालॉग (गंभीर तकनीशियन मुझे इस तरह की तुच्छ तुलना माफ कर सकते हैं)। एके - जितना बड़ा होता है, उतना ही आवश्यक होता है कि डिवाइस में हवा रखने के लिए वजन से थ्रस्ट का प्रतिशत कम हो ताकि वह ऊंचाई न खोए। यदि इंजन बंद कर दिया जाता है और कर्षण नहीं देता है - तो विमान धीरे-धीरे कम हो जाएगा - योजना। और यहां एके क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर गति का अनुपात दिखाता है।

एक गैसोलीन इंजन पर उड़ते हुए, मैंने कई उड़ानों को अपनी गति में मापा और इंजन के साथ गिरावट की दर बंद हो गई।

मान इस प्रकार थे: 10.3 मीटर / सेकंड (शांत में जीपीएस द्वारा मापा गया) की गति, 1.5 मीटर / एस की एक वंशज गति (ब्रौनिंगर आईक्यू वन पैराग्लाइडर वेरोमीटर द्वारा मापा गया)।

प्रायोगिक रूप से प्राप्त AK = 6.8



127 किलो के बारे में मेरे शरीर, पंख और स्थापना के वजन को जोड़कर टेक-ऑफ वजन की गणना करना मुश्किल नहीं था, और अगर वजन की सख्त परिभाषा - तो लगभग 1250 न्यूटन।

एके - 1250 / 6.8 = 183 एन द्वारा आवश्यक कर्षण द्वारा वजन को विभाजित करें।

अब हमें किसी तरह प्रोपेलर शाफ्ट पर यांत्रिक शक्ति के लिए आवश्यक जोर के परिमाण से जाने की आवश्यकता है। और यहां सूत्रों की पंक्तियों को जाना चाहिए।

लेकिन सौभाग्य से, इस तरह के एक अद्भुत प्रोपेलर चयनकर्ता कार्यक्रम है, जो विमान के मॉडलर्स (और पैरामोटरिस्ट) द्वारा परीक्षण किया गया है। हम अपने पेंच डेटा, ब्लेड, एयरस्पीड और वॉयला की संख्या को प्रतिस्थापित करते हैं:



प्रोपेलर को लाने वाली यांत्रिक शक्ति लगभग 3300 वाट थी।

विद्युत पैरामोटर का सर्किट सरल है: बैटरी, बीएलडीसी नियंत्रक, ब्रशलेस मोटर।

प्रत्येक लिंक की दक्षता लेना आवश्यक है:

• बैटरी, तारों 97% (आंतरिक प्रतिरोध);
• 99% नियंत्रक
• मोटर 87%।

कुल दक्षता: 83.5% (यहां यह कहा जाना चाहिए कि दक्षता आवश्यक शक्ति पर निर्भर करती है, इसलिए सही मायनों में, मुझे कुछ पुनरावृत्तियां करनी होंगी। लेकिन चूंकि मुझे पहले से ही परिणाम पता है और मैं लेख को बहुत लंबा नहीं करना चाहता, इसलिए मैं सचेत रूप से चूक गया हूं कुछ बिंदु)।

3300 डब्ल्यू / 0.835 = 3950 डब्ल्यू।

लगभग 4 किलोवाट निरंतर बिजली की खपत। आइए एक पल के लिए रुकें और सोचें। 4 किलोवाट क्या है? यह बहुत ज्यादा है!

• यह एक अपार्टमेंट है जिसमें उन्होंने एक केतली, एक वैक्यूम क्लीनर, एक कंप्यूटर, रोशनी और एक वॉशिंग मशीन शामिल की;
• यह 70 किमी / घंटा की गति से इलेक्ट्रिक बाइक की सवारी करने का अवसर है;
• यह 55V के वोल्टेज पर 72A जितना है।

लेकिन यह सब नहीं है। हमें किसी तरह ग्रह से अलग होने और शुरुआती ऊंचाई हासिल करने की जरूरत है। 4 kW हम केवल पैराग्लाइडर की 1.5 m / s की कमी के लिए क्षतिपूर्ति कर सकते हैं, और यदि हम ऊंचाई में एक और 1.5 m / s हासिल करना चाहते हैं, तो हमें एक और 4 kW की आवश्यकता है। और इससे भी ज्यादा। यदि आप प्रोपेलर चयनकर्ता कार्यक्रम के साथ खेलते हैं, तो आप देख सकते हैं कि हम प्रोपेलर में जितनी अधिक शक्ति पंप करते हैं, उसकी कार्यक्षमता उतनी ही खराब होती है:



(विमान मॉडलिंग के शौकीनों के पास अक्सर ऐसे संस्करण होते हैं कि गति बढ़ने के साथ प्रोपेलर की कार्यक्षमता कम क्यों हो जाती है। और किसी तरह वे सही संस्करण नहीं सुन सकते हैं। हर कोई अशांति पर प्रोपेलर की ज्यामिति की अपूर्णता पर पाप करता है, लेकिन मामला भौतिकी के मूलभूत नियमों में है। यदि ब्लेड की गति रैखिक रूप से बढ़ जाती है। इसका जोर चतुराई से बढ़ता है, और वायु प्रतिरोध को दूर करने के लिए बिजली की खपत घनीभूत रूप से बढ़ जाती है। सरल शब्दों में, जितनी तेजी से हम प्रोपेलर को स्पिन करते हैं, उतनी ही ऊर्जा हवा में तेजी से बढ़ती है और कम ऊर्जा हमारे पास जाती है, क्योंकि हमारी पैराग्लाइडर के संचालन की बारीकियों के कारण एयरस्पीड में वृद्धि नहीं हो सकती है। उन लोगों के लिए जानकारी जोड़ी जानी चाहिए, जो पैरामोटर पर नहीं उड़ते हैं - पैराग्लाइडर लगभग उसी गति से उड़ता है, भले ही इंजन चल रहा हो या नहीं, लेकिन गति गैस पर निर्भर नहीं करती है। यह क्यों है। बातचीत के लिए भी एक अलग विषय)।

कार्यक्रम ने हमें ले-ऑफ पर खपत बिजली की 8.36 / 0.835 = 10 किलोवाट दिखाया।
हॉर्सपावर में अनुवादित - यह लगभग 14 hp है। यह मान इंजन पर सबसे हल्के इंजन की अधिकतम शक्ति के अनुरूप है। आप इससे कम नहीं कर सकते - आपने नहीं लिया।
55 वी के वोल्टेज पर, 200 ए से अधिक की बैटरी से वर्तमान संग्रह के बारे में बात करना शुरू हो जाता है।

3. हमारी बैटरी या कॉम्पैक्ट 10 किलोवाट पावर स्रोत कैसे हैं?

शुरुआत से ही, मैं लिथियम-पॉलीमर मॉडल एयरक्राफ्ट बैटरियों के साथ खिलवाड़ नहीं करना चाहता था। यह ज्ञात था कि वे इस तरह के भार को खींच लेंगे। लेकिन मुझे उनकी सूजन, विस्फोटों के बारे में कहानियाँ पसंद नहीं थीं, कुछ अजीब अफवाहें थीं कि वे केवल 50 डिस्चार्ज-चार्ज चक्रों के लिए पर्याप्त थीं।

उस समय तक, बहुत अधिक भारित परिदृश्यों के लिए 18650 तत्वों के बड़े पैमाने पर उपयोग से वॉन संस्कृति का विकास शुरू हुआ।

नोटबुक कोशिकाओं के विपरीत, नई पीढ़ी ने कोबाल्ट रसायन विज्ञान का उपयोग नहीं किया, लेकिन एनएमसी - निकल-मैंगनीज-कोबाल्ट, जो बड़े शिखर निर्वहन धाराओं, एक बड़ी विशिष्ट क्षमता, वर्ष के बाद कम कीमत, और अदायगी के रूप में निर्वहन-चार्ज चक्र की संख्या में थोड़ी कमी प्रदान की। LiCoO2 (1000 से 500 तक) की तुलना में।

शुरुआत से ही, मुझे 18650 प्रारूप पसंद आया - एक स्टील बॉडी, दबाव को दूर करने के लिए एक आपातकालीन वाल्व, सोल्डरिंग / वेल्डिंग की सुविधा, बैटरी के वांछित आकार को सेट करने की क्षमता।



उच्च-वर्तमान 18650: "15 ए", "20 ए" पर डेटशीट में केवल घोषित शिलालेखों को भ्रमित किया।

अंतर्ज्ञान ने सुझाव दिया कि एक असंबद्ध विधानसभा में, जहां कई कोशिकाएं एक-दूसरे को एक-दूसरे से गर्म करती हैं, अधिकतम वर्तमान संग्रह बहुत कम होगा।

कॉम्पैक्ट बैटरी से बड़ी निरंतर धाराओं को हटाने की क्षमता का आकलन करने के लिए एक स्पष्ट तकनीक की आवश्यकता थी।

यह विचार सरल था: बैटरी में आंतरिक प्रतिरोध है। उसकी गर्मी क्षमता भी है। हटाए गए वर्तमान को जानना - आप आत्म-हीटिंग के लिए बैटरी के अंदर खो जाने वाली शक्ति की गणना कर सकते हैं। समय जानने के बाद - आप गर्मी ऊर्जा और गर्मी क्षमता के माध्यम से पूरे बैटरी पैक की डिग्री में तापमान वृद्धि का अनुमान लगा सकते हैं।

बैटरी चालित बैटरी असेंबलियों के साथ प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित करने के बाद, ली-आयन कोशिकाओं से बने पदार्थ की प्रायोगिक ताप क्षमता 0.25 किग्रा / किग्रा-डिग्री है (वैसे, यह लगभग विदेशी इलेक्ट्रिक ट्रांसपोर्ट पोर्टल्स पर डेटा के साथ मेल खाता है - "795 J / kg * K ली-आयन के लिए विशिष्ट हीट कैपेसिटी (0.22 Wh / kgxC) ”)।

क्लाज 3.1। अनुमानित उड़ान समय

दो या तीन घंटे के लिए आंतरिक दहन इंजन वाले पैरामोटर्स पर, हवा में लटकना सीमा नहीं है। कभी-कभी शारीरिक थकान के कारण उड़ानों को रोकना पड़ता था, और ईंधन के भंडार की थकावट नहीं होती थी।

बैटरी के साथ, यह चाल काम नहीं करेगी।

फिर भी, मैं एक चार्ज से अधिकतम समय हवा में बिताना चाहता था।

इकाई का अधिकतम वजन जिसके साथ इसे चलाने के लिए अभी भी आरामदायक है 30 किलो है।
30 किग्रा से - 7 किग्रा बीएलडीसी मोटर + पेंच, 1 किग्रा तार + नियंत्रक, 10 किग्रा - निलंबन प्रणाली + धातु फ्रेम में जाती है।
बैटरी के नीचे 12 किलो वजन रहता है।
एलजी - एचजी 2 कोशिकाओं को 18650 प्रारूप के लिए न्यूनतम आंतरिक प्रतिरोध और अधिकतम क्षमता के संयोजन के रूप में चुना गया था:



उनका ऊर्जा घनत्व लगभग 0.22 kWh / kg है।
कुल ऊर्जा आरक्षित 12 किग्रा / (0.22 kWh / किग्रा) = 2.6 kWh (240 सेल) है।
स्पॉइलर:



हम टेक-ऑफ के चरम वर्तमान को ध्यान में रखे बिना क्षैतिज उड़ान समय की गणना करते हैं:
2.6 / 4 = 0.65 घंटे या 39 मिनट।

खण्ड 3.2। बैटरी हीटिंग रेटिंग

यह तुरंत ध्यान दिया जाना चाहिए कि बैटरी ने शुरू में किसी भी मजबूर शीतलन के लिए प्रदान नहीं किया था।

1. इससे असेंबली की जटिलता में वृद्धि होगी और अनिश्चित अवधि के लिए पहली उड़ानों में देरी होगी।
2. हमारे विशेषज्ञों की टीम में एक ऐसा व्यक्ति नहीं था जो शीतलन प्रणाली की सही गणना कर सके। अंतर्ज्ञान ने सुझाव दिया कि एक साधारण कूलर थोड़ा मदद करेगा। (अनुमानित स्तर पर 12 किलोग्राम वजन वाली बैटरी को केवल कई दसियों किलो हवा के माध्यम से पंप करने की आवश्यकता होती है - और यह कुछ दसियों मिनट में दस मीटर क्यूबिक मीटर है)।
3. बैटरी के आयाम और वजन में वृद्धि होगी, जो कि एक knapsack स्थापना के लिए बेहद अवांछनीय है, जिसमें बहुत सीमित वजन पैरामीटर हैं।

गणना पूरी तरह से उन स्थितियों पर आधारित थी जो निर्वहन के अंत तक बैटरी मुश्किल से 60 डिग्री की थर्मल सीमा तक पहुंच जाएगी, सेल निर्माता द्वारा सीमा के रूप में निर्दिष्ट किया गया था।

इसके अलावा, हीटिंग के एक सैद्धांतिक विश्लेषण से पता चला है कि, पहले, मजबूर शीतलन के साथ तिरस्कृत किया जा सकता है।

दिए गए:

• 15S16P कॉन्फ़िगरेशन का निर्माण
• लोड करंट - 72A
• डीसी बैटरी आंतरिक प्रतिरोध - 24 mOhm (प्रयोगात्मक रूप से मापा जाता है)
• उड़ान का समय - 0.65 घंटे
• बैटरी वजन - 12 किलो

बैटरी के अंदर गर्मी लंपटता: (75 ए) ^ 2 x 0.024 ओम x 0.65 एच = 88 हू (जूल-लेनिन कानून)
तापमान में वृद्धि: (88 Wh / 12 kg) / 0.23 Wh / kg-degree = 32 डिग्री।

अगर हम यह मान लें कि इलेक्ट्रिक पैरामोटर को 25 डिग्री तापमान के साथ लिविंग रूम से बाहर ले जाया जाता है, तो उड़ानों के बाद बैटरी 25 + 32 = 57 डिग्री के तापमान तक पहुंच जाती है, जो तापमान सीमा में फिट होती है।

निष्कर्ष:

1. आधुनिक बैटरी लगभग आधे घंटे की उड़ान अवधि के साथ एक निजी विमान बनाने की समस्या को हल करने के लिए उपयुक्त हैं;
2. उच्च-वर्तमान एनएमसी कोशिकाओं के छोटे आंतरिक प्रतिरोध, एक पहले सन्निकटन के लिए, मजबूर शीतलन प्रणाली के साथ फैलाव की अनुमति देता है;
3. ऊर्जा की सीमित आपूर्ति की शर्तों में, एक सहायक विंग के रूप में एक पैराग्लाइडर का उपयोग करते हुए एक विमान की हवा में रहने की अवधि में वृद्धि - एक एकीकृत दृष्टिकोण शामिल होना चाहिए:
   
   
   • अधिकतम वायुगतिकीय गुणवत्ता वाले पैराग्लाइडर का उपयोग;
   • अपनी दक्षता बढ़ाने के लिए पेंच का व्यास बढ़ाना;
   • टेक-ऑफ वजन में कमी (हाँ, वजन घटाने के लिए आहार का उपयोग सहित);
   • अतिरिक्त बैटरी कोशिकाओं के लिए इसे जारी करने के लिए फ्रेम के वजन को कम करना, निलंबन;
   • बार-बार थर्मल गणना के साथ 3000 mAh के बजाय थोड़े बड़े आंतरिक प्रतिरोध के साथ 3500 mAh कोशिकाओं का उपयोग।

अगले लेख में जारी है : “बैटरी कैसे उतारें या स्काईमैक्स इलेक्ट्रिक पैरामोटर के संचालन का अभ्यास करें। भाग 2 "