Насколько мощным должен быть серводвигатель для управления управляющими поверхностями сверхлегкого самолета с неподвижным крылом?

Во-первых, я хотел бы сказать, что вы мыслите нестандартно, это неплохо...

Однако для сверхлегкого самолета это нецелесообразно. Первая проблема заключается в том, что большинство сверхлегких самолетов не имеют электрических систем. Добавление одного может поставить вас выше весовой категории для сверхлегкого. Сервоприводы, аккумуляторы, джойстики и т. д. тоже не очень «сверхлегкие».

Второе, о чем вам нужно подумать, это то, что R / C работает, потому что один сервопривод управляет двумя поверхностями в случае элеронов, поэтому они синхронизированы. Аэродинамические силы становятся намного больше по мере увеличения масштаба, поэтому вам понадобятся отдельные (или несколько) сервоприводов на каждую поверхность управления. Затем нужно подумать о том, как их синхронизировать, и откалибровать.

Далее следует вопрос о режимах отказа. Если ваш сервопривод лифта выходит из строя, что вы делаете? Что у вас с электросистемой? Мертвая батарея? Эти системы FBW работают на больших самолетах, потому что они имеют несколько резервов (включая традиционные тросы управления). У вас не будет места или бюджета, чтобы сделать это.

Просто сводится к попытке впихнуть сложную систему в несложный самолет.

И небольшая заметка о "крупномасштабных" системах FBW. Обычно в этих системах используются гидравлические сервоклапаны, что означает, что самолет включает в себя гидравлическую систему (или 3), которые приводятся в действие электрически или тросом. Они могут обеспечить достаточную силу (вместе с тяжелыми противовесами ) для перемещения поверхностей управления. Сервоприводы, которые вам понадобятся, не будут доступны в электрической форме, поскольку они должны быть мощными, длинными и быстрыми. Есть сервоприводы, которые используются в некоторых самолетах для таких вещей, как закрылки, но они не быстрые.

Сервоприводы постоянного тока были бы лучше, потому что они могут работать напрямую от батареи. Чем выше напряжение постоянного тока, которое вы можете подать, тем лучше: 24 В постоянного тока предпочтительнее 12 В постоянного тока из-за большей нагрузки по мощности и более высокой скорости отклонения, которую вы можете получить.

Сервоприводы рассчитаны на крутящий момент: они должны преодолевать шарнирные моменты основных органов управления полетом. Это функции вашей воздушной скорости, площади поверхности управления и положения шарнира относительно хорды поверхности. Например, для статического отклонения руля высоты:

С:

• $H_e$= шарнирный момент (e — индекс для руля высоты) [Нм]
• $C_{h_e}$= коэффициент шарнирного момента, функция угла атаки, отклонение руля высоты и отклонение триммера.
• $\rho$= плотность воздуха в кг/м$^3$
• ${V_h}^2$= воздушная скорость вокруг горизонтального оперения [м/с$^2$]
• $S_e$= поверхность лифта [м$^2$]
• ${\bar c}_e$= средняя аэродинамическая хорда руля высоты, м. Метод его построения можно найти здесь, но используйте геометрию руля высоты/элерона/руля направления, а не крыла.

$C_{h_e}$немного сложно найти, здесь должны пригодиться старые отчеты NACA . Выше приведен пример коэффициентов момента шарнира руля высоты самолета Fokker 27, измеренных в аэродинамической трубе. Если мы заполним уравнение числами примеров, мы можем взять максимум 0,2 для$C_{h_e}$;$V_h$= 30 м/с;$S_e$= 0,05 м$^2$;${\bar c}_e$= 0,05 м:

Поверхности должны быть в состоянии выдерживать аэродинамический шарнирный момент при максимальном угле атаки самолета, а затем быть в состоянии достичь противоположного упора отклонения примерно за 1 секунду. Итак, характеристики сервопривода:

• Макс. крутящий момент = в соответствии с вышеуказанным методом, замените размеры сопоставимыми существующими сверхлегкими двигателями или размерами вашей собственной конструкции, если они у вас уже есть.
• Макс. отклонение около +/- 30 град. Это полезный ход.
• Макс. выходная скорость 60 град/сек при полном крутящем моменте . Вы можете использовать редуктор для меньших размеров сервопривода, но выходная скорость после редуктора должна быть > 60º/с.

Пожалуйста, убедитесь, что у вас есть резервные средства управления самолетом на случай выхода из строя аккумуляторной батареи! Поскольку управление полетом жизненно важно для выживания, соображения отказа важнее, чем размеры сервопривода:

• Сервопривод мог выйти из строя, оставив поверхность управления на одном из упоров и закончив полет падением. Механическая пружина может возвращать поверхность близко к нейтральному положению, когда сервопривод не создает крутящего момента - вам нужно будет подобрать соответствующие размеры сервопривода, чтобы он также мог генерировать крутящий момент пружины. Лучше не использовать коробку передач.
• Тогда вы, возможно, захотите подумать о том, что Airbus сделал с A320, и оставить руль направления с механическим управлением, а также сделать горизонтальное хвостовое оперение регулируемым.

РЕДАКТИРОВАТЬ

Насколько я понимаю, на этапе испытаний аэрокосмический аппарат будет беспилотным. Это имеет огромное значение: при анализе режима отказа учитывается как вероятность отказа, так и его последствия. Получить серьезную травму из-за разряженного аккумулятора было бы нехорошо.

Где взять вещи в наши дни: Интернет. Эта компания производит сервоприводы и контроллеры постоянного тока и продает их через Интернет. Их самый большой сервопривод постоянного тока щеточного типа составляет около 0,12 Нм, бесщеточные типы меньше и легче и могут поставляться с более высокими значениями крутящего момента. Значение крутящего момента из моего примера является только примером.

Можно будет использовать элероны, использовать по одному двигателю и синхронизировать их. Если бы вы управлялись только рулем и рулем высоты, вы бы наклонялись не в ту сторону в поворотах, и маневренность была бы сильно ограничена. Радиоуправляемые самолеты имеют элероны.