从2008年至今,笔者一直关注着航模电动涵道的发展。从初期的64mm涵道风扇到120mm碳纤维涵道,一路走来总结出一些经验体会,与大家分享、交流。
电动涵道的分类
电动涵道(ElecttiricDucted Fan,简称EDF)按照扇叶直径分类,大致有55ram、64mm、70m m、90 mm、120mm、144mm等规格。按照制作材料分类,可分为塑料涵道、金属涵道和碳纤维涵道3种(***1)。下面按不同制作材料讨论它们的优缺点。
塑料材质的电动涵道,其导风筒和扇叶都由塑料制成(***2)。优点是价格低廉、易于普及,适合新手入门(***3);缺点是做工粗糙、平衡性差、强度低,不适合用作高转速、高推力的动力源。
金属材质的电动涵道(***4)分两种:一种导风筒和扇叶都由金属制成,另一种导风筒由金属制作、扇叶由尼龙加玻璃纤维制成(***5)。这两种涵道的优点是强度高、平衡性好,适合用作高转速、高推力的动力源;缺点是重量大。金属材质涵道适合有一些涵道飞行经验的中级玩家使用。
碳纤维材质电动涵道的导风筒、扇叶(***6、***7)均由碳纤维制作,优点是重量轻、强度高、效率高、推力大、尾喷流速高;缺点是造价昂贵。综合考虑,全碳纤维涵道适合高级玩家使用。目前世界上只有两家工厂可做出全碳纤维电动涵道,分别是德国的Schuebeler(***8)和捷克的VASA(***9)。
EDF涵道的选择
以前选择涵道只看所需推力大小以及锂电池的电压(s数),而对比推力和电流的选择方法是笔者最初的思路。接触久了,才发现这种方法不科学。因为电动涵道是整架模型飞机的核心部件,其性能发挥与很多因素有关,所以需要多方面、有主次地去考虑和选择。
现在笔者总结出来的方法是,选择一款合适的电动涵道,其核心标准是“重量”。注意,这里的“重量”并非单指涵道的自身重量,而是以重量为核心来选择。那么如何选择一款适合模型飞机的涵道(***10)呢?可从以下几个方面进行考虑。
1.如何理解推力
在选购时,很多电动涵道发动机都会标出自身的技术参数,包括推力(kg)、锂电池S数、最大电流等。细想起来,买家大多并没有询问发动机达到最大推力时,其电流和电压分别是多大。可如果不知道电流、电压参数,只知道使用6S锂电池供电,电动涵道的推力能达到3kg是没有实际意义的。
锂聚合物电池在满电以及50%电量的情况下电压并不相同,从而导致发动机的转速不同。当电压降低时,电动涵道的转速、推力会同时下降。例如都使用6S锂电池供电,在24V电压时可提供3kg推力的电机,与在20V电压时可提供3kg推力的电机性能相差很大。因此在购买涵道时,一定要问清楚其推力为3kg时的电流、电压和转速。只有这样,才能相对客观地对比不同涵道的效率和性价比(***11)。比较推力大小时,还需注意保证测试推力的方法一致,否则没有可比性,如吹称和压称的测试数据就有很大不同。
2.如何判断电流
电流是选择涵道的一个重要依据,下面举一个具体例子说明。某架模型飞机需要配备一台120mm的电动涵道发动机(***12),两个厂家给出的数据分别是:推力8kg、锂电池12S/48V、电流180A;推力6.5kg、锂电池12S/48V、电流110A。如果必须从中选择一台,买家该如何取舍?
单从推力来看,这两台涵道的推力相差了1.5kg。一些模友可能觉得最大推力为8kg的涵道很“猛”、很给力,但笔者不这么认为,原因有三。
(1)从电流数据来看,最大推力8kg的120mm涵道需要180A的供电电流,假如为它配置容量5 000mAh的锂电池,模型飞机的最大飞行时间大概是90~120s(预留了2次复飞降落时间)。从飞行体验的角度来说,这么短的飞行时间是不能接受的。而最大推力6.5kg的涵道仅需110A的供电电流,最大飞行时间大概是210~240s,模型飞机有足够的时间做各类特技动作。退一步考虑,可以通过增大电池容量来保证模型飞机的飞行时间,即为最大推力8kg的涵道配置8 000~10 000mAh的锂电池。不过容量5 000mAh的12S锂电池重量约为1.4kg,而容量10 000mAh的12S锂电池约为2.5kg,二者相差1.1kg。这样一来,推力的优势就不明显了。
(2)8kg推力的涵道,其电机功率为9 600W,而6.5kg推力的电机功率为5 280W。两者不仅功率相差将近一倍,而且9 600W的电机至少比5280W的重250g。工作效率的高低不言而喻。
(3)8kg涵道须配置220A电调,而6.5kg的仅需配置160A电调,两个电调的重量至少差100g。除此之外,220A电调配8号硅胶线,160A电调配10号硅胶线,二者重量同样相差100g。
综上所述,尽管最大推力8kg的涵道在发动机推力方面大1.5kg,但相比之下,它所需配置的电子设备重量至少多了1.55kg,其大推力带来的优势几乎丧失殆尽。因为在实际使用时,安装推力6.5kg的涵道与推力8kg的模型飞机推重比基本相同,而后者比前者重了1.55kg。对模型飞机而言,起飞重量轻才是王道。相信若将这两个电动涵道分别安装在相同的模型飞机上时,6.5kg涵道能为操纵者带来更棒的飞行体验。
3.如何选择重量
在挑选小级别电动涵道时,评价标准应向涵道自身重量方面倾斜。比如某架模型飞机需要安装一台64mm电动涵道,该选择金属的还是塑料的?虽然金属涵道比塑料涵道推力大,但前者自重也比后者大。此时须减去自重再对比考虑。