飛行機とモータとギアダウンとプロペラの組み合わせについて、ちょっと理論的にパソコンで計算する方法を試行しています。
手持ちのパーツの条件を記入すれば、一瞬で答えが表示されます。
ギア比の決め方で「飛び」と「継続時間」を変えて、好みにセッティングすることもできます。 ためしてみたいという方にはエクセルシートを進呈します。

 

 

電動模型飛行機の設計(抜粋）

「電動模型飛行機設計ツール」によるパワーユニットの設計


２００４年７月２２日

 

 はじめに

 

昨今、地球レベルでの環境保全が叫ばれています。そこでせめて音がしなければ冷たい目で見られることもないだろうと、これもマニアの勝手な、いや藁にもすがるような解釈でありながら一応方向性は間違ってはいない様な、そんなこんなで電動飛行機に登場願う訳であります。

 

電動飛行機の設計は分不相応なロードであるバッテリーを積むという制約を避けられませんが、これを外さなければまず失敗しないという線ができつつあります。しかしさらにもっと良いフライトを求める、飽くなき試行錯誤が、ホビーとしての深まりをより一層興味深いものにしております。

 

ここに視点を変えて、私の設計手法をまとめてみました。高性能なパーソナルコンピュータが、容易に入手出来るようになり、これまでに学んだノウハウをもとに、パソコンとMicrosoft Excel のワークシート上で答えのえられる方法を集大成しました。これからご説明する推論に基づく計算結果を、たった一枚の画面の上に瞬時に表示してお目にかけます。保有機の設定がベストなのかどうか、簡単にチエックすることも可能です。

 

航空理論や電子工学の数式をひねくり回した結果、一連の関連づけに、何となくそれらしい結果との整合性が認められ、そうは間違っていないぞ、と言う気になっています。しかし本書の計算式はあくまで概算であり、精度の高いものではありません。計算も簡略化された計算式になっていますので、状況を踏まえた誤差範囲を容認してください。

 

参考にさせていただいた文献、解説資料、説明、ご指導、うわさ話、サンプル機材、データなどの各出典に関与された皆様、そしてこのレポートの作成をそそのかしてくださった、Ｔｏｋｙｏ　Ｉｎｆｉｎｉｔｙメンバーはじめ友人各位に深く感謝の意を表したいと存じます。

2004年盛夏　E.Yoquarter

 

 

第１章  設計手順

電動模型飛行機のパワーユニットの設計は、どんな飛行機にどんな飛び方をさせたいのか、が出発点になります。このことから、どの程度のパワーが必要かを推定し、そのパワーの得られる最も軽いかつ安価なモータを選択し、重量条件などからバッテリーのサイズを決め、飛行時間を推測します。今のところ所望する飛行時間を満足するバッテリーを選ぶと、とてつもない重量になってしまうと予測されますので、飛行時間は「結果」と言うことにしておきます。もし滞空時間の記録に挑戦する模型飛行機の設計をおこなうのなら、当然飛行時間が最優先される項目に入ってきます。そして飛行も強度も限界ぎりぎりの条件を求めるはずです。基本は勿論同じですがより経験的な要素が多く含まれ、マージンを多くとれない分だけ難しくなると予想されます。本書の考え方で、机上でかなり煮詰めた試行錯誤が出来ますので、成功の確率もぐんと高くなります。


　パワーユニットを考える段階において、最適なモータを選別する必要が有り、またそのモータに最も良い仕事をさせる条件を与えてやる必要が有ります。このための判断基準が一般の市販品のモータには添付されておらず、自分なりにデータを収集しなければなりません。
　一方、機体サイズや飛行速度からプロペラを決め、プロペラに与える必要のあるパワーから回転数を決め、モータとのマッチングをギアユニットでとる。と言った一連の推論による設計作業と、試行検証を繰り返すことで、入手可能な製品の最適な組み合わせを決定することになります。
　時には気に入ったモータを活躍させる為の機体を求めたいと言う場合もあります。まずそのモータの最も効率よく働く動作点を求め、その条件を満足する回転数とトルクで回せるプロペラと、そのときの出力からイメージする飛行と機体の関係を、プロペラを中にして関連づけて行くことになりましょう。
　　搭載するユニットを決めるには、まず総重量が基準になりますし、重さが決まらないと必要なパワーが推定できないなどの堂々めぐりの局面がいたる所ででてきます。そこは勘と経験と度胸を総動員し、次々に設定条件をインプットして、目的の線へ煮詰めていきます。いちいち計算しなくてよいので気楽に、納得がいくまで試行錯誤が楽しめます。

 

第２章  飛行機が飛ぶのに必要なパワーとパワー倍率

 

 

飛行機の飛び方は、実用機の世界では、その飛行機の目的によっていろいろな数値で表現されます。航続距離、上昇速度、最高巡航速度、離陸距離、ペイロード、などなどです。しかし模型飛行機では、せいぜい滞空時間ぐらいしか数値化できず、もっぱら良く飛ぶ、とか胸のすく上昇力とか、風にも強くゆったりとぶ、とかきわめて詩人的な評価が与えられます。そこがまた模型飛行機を愛する所以でもあるのですが、飛行するパワーを議論するのですから、何らかの基準が必要です。そこでとにかく上がりも落ちもしないで水平飛行することをひとつの基準に議論を進めます。飛行機には翼型による揚力係数の違いや、形状や仕上げの違いによる抗力の差があり、パイロットの腕や、バッテリーの状態によっても相当なばらつきがあると予想されます。しかしここではとりあえず、標準的な機体を想定し、標準的な数値化を試みます。機体毎の個性はそこから修正して考えることにします。目安として平均的機体が上昇もしないが落ちもしないと言うパワーが算定できれば、これを基準にしてパワーの余剰分がわかり、飛び方も推定できようと言うものです。すなわち飛行するのに必要な最低パワーを基準にその飛行機に与えるべきパワーを推定し、それにあったモータやプロペラを選ぼうというわけです。

必要最低パワーの計算根拠としては、水平飛行可能最低速度であり、機体重量と主翼面積から、この飛行機が飛ぶのに最低必要なパワーを算出します。

実際にはここで理論的に得られた必要最低パワーでは、たとえプロペラが空気を掻くのにこのパワーすべてが使われたとしても、飛行を維持することは不可能で、舵を切るとヨロヨロと降りてしまいます。舵を切ると言うことが大変大きな損失を伴っていることが実感できます。


また、以下の推論ではモータがプロペラまたはピニオンギアを回すパワーである「モータ出力」を「出力パワー」として「必要最低パワー」と比較しています。必ずギアやプロペラのロス分があり、この比が１では当然飛行はできません。また小さいパワー、小さいプロペラのほうがよりロスの影響が大きく出るため、飛行維持の倍率は大き目にとる必要があります。

 

理論値の必要最低パワーに対して、ラジコン機として期待できるのは、モータ出力で、２倍のパワーが必要のようです。３倍あれば、少々の風にもめげず元気に飛びまわるという線が過去の機体の分析から分かっています。前述の理由で6インチ以下のプロペラを使用するような小型機の場合は、最低5倍、元気に飛ぶには7倍という経験値を得ています。このパワーの余剰倍率を「パワー倍率」と名付け、この数字で飛行機の飛び方を表現できないかと考えたわけです。この倍率の余裕パワーにはプロペラやギアの損失も含まれるため仮に「1倍」ではよろよろと沈下するだけとなります。

この余裕パワーが飛び方にどう影響するかは機体設計の問題で、スピードにも上昇力にも転化する事が出来るでしょう。翼面荷重の軽い飛行機を強く引っ張れば、どんどん上昇しますし、向かい角の小さな翼面荷重の大きい機体を強く引っ張れば、高速で飛びます

 

 

 

 

実際に飛行させている模型飛行機の数値と飛び方の相関関係は、経験的に次の表のようになります。もともと飛び方そのものは感覚的表現でしか評価できないのが、模型飛行機の原点なのですから、読者諸兄の飛行機の係数を算出し、独自の表をお作りになることを推奨します。

 

 

パワー倍率　

　　　インプレッション

０〜１．５

飛ばない。残念ですが設計の見直しが必要のようです。

 

１．５〜２

条件が良ければどうにか飛んでいるが、高度獲得は無理。舵を切るとおりてしまう。

２〜３

何とか上昇して行く。とりあえず飛ぶという程度。

 

３〜５

練習機としては手頃なパワー。まあまあのパワーという感じ。

 

５以上

風にも強く実用的な飛行。芝生（フェアウエイ）からの滑走離陸も可能性あり。

 

この表はできるだけ多くの情報を統一基準の元に集計して、もっと細かいランクに分割し、充実した表現に変えていきたいと思っています。またグライダー、スタント機、パイロン機、複葉機、多発機などそれぞれの表が出来てくるべきであろうかとも考えています。マニア諸兄のたゆまぬ実行力と情報提供に期待をかけている次第です。

　　　　　　　　　　

 

 

第３章  プロペラの選び方

 

 

プロペラは回転力を推進力へ変換するエネルギー変換器です。飛行速度など機体にあったプロペラを採用し最適な回転を与えることにより、効率の良い仕事をしてもらわねばなりません。

 

 

１   機体とプロペラ

 

プロペラは空力的には直径が大きければ大きいほど効率が良いのですが、脚の長さや構造的な強度や、重さによって制限されます。ピッチはねじれの回転による進行が、機体の進行速度にあっていれば良いのです。プロペラを回す為に必要なパワーは直径と回転数に大きく影響される関数です。

従ってまず機体構造などから許容される限度いっぱいの直径を決定し、プロペラに与えなければならないパワーから、回転数を割り出します。そして機体の翼面荷重から飛行速度を計算し、回転数との絡みでピッチを決めるといった手順で詰めてゆきます。

 

２   進行倍率

 

ピッチはプロペラが一回転する間に空気に食込んで進む距離です。プロペラをねじに見立てて、空気が固体と仮定した場合の回転数とピッチの積が理想的な進行距離で、回転数を掛ければこれが理論上の最高水平飛行速度となります。　

実際にはプロペラの翼断面もある向かい角を保って進行しますから、計算上は進行率は６０〜８０％と考えます。機体の抗力の大きさによって、複葉機やグライダーのように大きい抗力のときは低め、パイロン機のようなスピードのでやすい機体の場合は高めで飛んでいると考えられます。

 

実際飛行する速度は容易に測れませんので、ここでは「この飛行機が飛行するために必要な揚力を得ることのできる最低飛行速度」を、ピッチを決定する基準にします。

実際のプロペラがピッチのねじれによりすべりなしで進行してゆくねじれ進行速度と最低飛行速度の比を「進行倍率」と呼ぶこととします。

もし進行倍率が1であれば、最低飛行可能速度でよろよろと進む状態です。さらに１以下になるようなピッチを選択したら、プロペラは空回りしているようなもので、飛行機が飛行するための最低の揚力を得るための速度すら与えることができません。

 

進行倍率は、最低必要パワーに対して余裕分が速度に転化されやすい機体と、速度はあまり早くならないがどんどん上昇する機体とで、設定を変えねばなりません。進行倍率が大きいということは、最高可能速度までの余裕が大きいということになり、速度の出やすい、高速で飛んでほしい機体の場合は大きめに、大型機をゆっくり引く場合は１に近い値を選択すれば効率がよいわけです。これも実際に飛んでいる飛行機のパラメータを入力し、飛び方との相関をつかむ必要があります。

 

３   プロペラ形状と形状係数

 

プロペラを回すのはモータから与えられる回転力です。この大きさをトルクといい、グラムセンチメートル［ｇ・ｃｍ］という単位で表します。

プロペラを回すトルクは直径とピッチと回転数から計算できます。しかしこの理論値はかなり直径の大きなプロペラでの数値で、実際に計ってみると、我々の使用する１０インチ以下のプロペラや、電動用と称されるプロペラではもっと大きな値になります。最初は誤差として無視していたのですが、データを取る内、プロペラの形状により２倍以上の開きがでてくることがわかり、無視できなくなりました。

そのため理論値に対する倍率を実測し「プロペラの形状係数」なる数値を採用することにしました。たとえばユニオンのＲＣ−Ｕ１８０という電動ミニプレーン用のプロペラでは２．０、ヨシオカの８−４．５では１．３、といったところで、ブレード幅の広いものほど、大きな数値になります。厳密には実際に使用するプロペラをトルクメータを使用して測定すべきなのですが、設備がない場合を考え、回すのに重そうか、高回転向きかを見た感じで一覧表から選択することとしました。いくつかの実測値を元に、おおまかなプロペラ形状で分類しそれぞれに適当と思われる中間的な値を採用しています。

 

４   プロペラの決定

プロペラの決定に当たっては、直径は可能な限り大きいものにきめてプロペラに与えるパワーはピッチと回転数で変えて行く様にすべきでしょう。

ただピッチには機体の抗力に対抗するのに一番適したすべり率（スリップレート（ピッチと回転数の積が最低飛行可能速度の何倍か））で働いてもらわなければならないのと、所望のパワーを発揮する為にはピッチが適当な関係を保っていなければならないのです。この関係を保ちながら、モータの一番効率の良い回転とを合わせるのがギアの役目なのです。ギアをつかわない場合やギア比が固定されてしまうような場合のみ、直径を変えてパワーと回転数をモータに合わせざるを得ません。

 

５   静止推力

 

通常の飛行機は水平飛行を主な飛行姿勢として設計します。これと、上を向いて止まるといった特殊な飛び方を主体とする場合とは、プロペラに求めるものが異なります。　　

プロペラの性能を議論するときは、飛行状態で云々したいものです。

静止状態ではプロペラは前進しておらず、プロペラの各ブレードにあたる空気の角度、すなわちプロペラの翼断面を見た場合、向かい角が異常に大きい状態で機能しており、水平飛行用のプロペラにとっては失速状態の揚力を測定しているようなものです。静止状態で最も良いプロペラはヘリコプターのロータであり、プロペラとは、全然違った外見をしています。もし静止推力だけで評価したら、ロータと同じになってしまうのは自明で、直径が大きく低ピッチの平べったい板のような形状が有利だとおもわれます。

また同じプロペラなら静止推力は単純に回転数の関数ですから、回転数だけを測定比較すれば静止推力やモータ出力の比較は出来るわけです。

　ここはあくまでも水平飛行を常態とする理論に基づいています。



第４章  電動飛行機用モータの考え方

 


　電動飛行機用には直流マグネットモータが使われます。これは回転数の制御も簡単で小型軽量構造簡単など多くの特徴があるためです。直流モータの唯一のアキレス腱であるブラシをもをなくしたブラシレスモータなどが、半導体の進化とともに我々の選択肢に上がって来、大変楽しみなことです。

本書も直流マグネットモータの使用を前提にしています。

１   モータに求められること

 

変換効率が良いこと。

　損失が少ないことが、もっとも重要です。効率はかける負荷によって大幅に変化してしまうのです。ですから最高効率の高いモータを最高効率に近いところで使うのが一番良いわけで、効率の善し悪しの責任はユーザにも半分はあろうと言うものなのです。

必要なパワーの変換ができること。

欲しいパワーが取り出せなくては役に立ちません。余裕はいくらでも欲しいところですが、一般に、大きなパワーの扱えるモータは、大きくて重いのです。モータの扱うパワーは鉄の中を走る磁力線が頼りですから、鉄の量が多くないと、たくさんの磁力線を走らせられないのです。もしモータの重さや価格に制限がないのなら、できるだけ大きなモータを選べば良いことになります。

小型軽量であること。

飛行機に積む以上、如何に軽い物を選ぶかが、設計のかんどころであります。扱い得る最大パワーと重量はほぼ比例するのですが、その中でも出来るだけパフォーマンスの良いモータを選び出すのに苦心してみましょう。

安価であること。

良いとなったら金に糸目はつけないのが、趣味の醍醐味ではあります。電子工学ではなく家庭経済学の分野かもしれません。

必要な寿命があること。

劣化要因はいろいろですが、ブラシの消耗による劣化がもっとも問題になります。ブラシレスモータはこれを一気に解決します。

　　　

 

２   電圧と回転数

 

同じ負荷をかけたときの回転数は電圧に比例します。また電圧を変えても負荷が一定なら電流は一定です。モータを一定の負荷で回したとき、電流は電圧に関係なく一定になります。実際に無負荷のときの電流を測ってみると電圧を上げると電流はいくらか増加します。これは軸受けにも摩擦抵抗があるためで、理論的な無負荷状態ではないためです。同様に負荷がプロペラの場合は、プロペラを回すためのトルクは回転数が上がれば大きくなってしまいますので、負荷が一定ではないため、電圧を変えると回転数と同時に電流も変わります。

何も負荷をつながないときの回転数を無負荷回転数と言います。このときの電流を無負荷電流といいます。

 

 

３   電流と回転数

 

無負荷の時の回転数がもっとも速く回っていて、負荷をかけるに従って回転は遅くなります。このときの電流は無負荷の時が最も少なく、だんだん負荷をかけていって回転が落ちるに従って増えて行き、ついに停止したときが一番たくさんの電流が流れます。大きな負荷により停止したときの電流を停動電流、と言います。模型用のモータでは停動状態での使用は考慮されていないのが普通で、モータは発熱し極端に寿命を縮めます。またコントロールアンプやコネクターなども重量や価格を優先するため、停動電流ほどの大電流に長時間耐えられるように出来ていないのが普通です。実験中はもとより万一墜落したときやプロペラに草が絡んだときはすぐにパワーをカットしないと、モータをだめにするばかりか山火事になる恐れさえあることを、ご承知下さい。

 

 

４   回転数とトルク（回転力）

 

内燃機関との大きな特性上の違いは、回転数とトルク（回転力）の関係です。ガスエンジンは回転を上げていくとある一定の回転数の時にもっとも強いトルクが発生します。それをすぎるとまたトルクは下がってきます。自動車の場合、どのような速度で走っている時も、一番トルクの強い回転数域でエンジンを回しておけるように、ギアの減速比を切り替えるようにしてあるのです。

それに反して、電気モータで走る電車にはギアチェンジはついていません。モータのトルクが回転数に対して直線の関係があるからです。発車直後の最もトルクを必要とするときに最も大きなトルクを発揮し、スピードが上がってくるとトルクは下がり、電流も少なくなります。

直流モータは、回転しようとするのを無理やり止めているときが、もっともトルクが大きいのです。ガスエンジンの場合はある特定の回転数の時に最も大きなトルクが取り出せて、大きな負荷を与えてある程度以下の回転数に押さえ込んでしまうともろくもエンストしてトルクはゼロになってしまいます。このことが電動機がエンジン機より危険と言われる根拠です。間違えやすいのでお断りしておきたいのですが、止めているモータに電圧を徐々にかけても、止め続けることはできたとしても、回っているモータを捕まえて止めることはできません、これはトルクが強いからではなく、回転の慣性があるからと摩擦熱に手が耐えられないからです。モータが一番頑張るのは回転がゼロの時で、電流も一番多く流れます。このときのトルクを停動トルク、電流を停動電流と呼びます。負荷を大きくかけて必要以上に回転数を落としてしまうと大きいトルクは取り出せますが、電流が必要以上に流れて効率は良くありません。

モータの物を回す力、すなわちトルクと回転数には、直線的な関係が有りますが、プロペラを回すために要するトルクは、回転数の２乗に比例します。回転が上がればトルクが下がるモータで、回転が上がればトルクが余計に必要になるプロペラを回すのですから、回転とトルクがちょうど釣合った回転数で回り続けることになります。

 

５   効率

　　　　

モータの効率は使用するトルクすなわち回転数によって大幅に変化するものです。

無負荷でただ回っているだけの時は、なんの役にも立っていませんから、効率はゼロです。また回転が無理やり止められているときは、モータは力学的には仕事をしていませんから、出力がゼロであり効率もゼロです。一番効率の良いのは無負荷回転数の８０％ぐらいの回転数で回る負荷を与えたときで、モータにより６０〜９０％の効率が得られます。どんなに良いモータでもむやみに大きな負荷をかけるとすぐ３０％におちてしまう、なんてざらにあります。３０％と６０％では、出力に２倍もの開きがあるのです。

入ったエネルギーと出ていくエネルギーの差を損失と言います。損失は回転力として出力されないばかりでなく、熱となってモータを暖めます。温度が上がると巻線である銅線、鉄芯ともに性能の良いモータに要求される特性とは逆の方向へシフトしてきます。したがって高温度での動作中はモータの性能は落ちていますし、寿命も短くなります。とにかくすべての面で効率が高いことは有り難いことなのです。

 

６   入力パワー

 

一般に５４０クラスでは１００Ｗ,２８０クラスで３０Ｗ程度です。モータにかかる電圧と、モータを流れる電流の積が入力パワーで、単位はワット［Ｗ］です。電圧は使用するバッテリーに依存し、電流はモータの特性と、かける負荷によりきまります。

なお如何にニッカドバッテリーといえども、数十アンペアもの電流を取り出すと端子電圧は低下します。コネクタやアンプでもかなりの電圧が低下します。これはバッテリーやアンプの性能の問題ですので、モータの性能はあくまでもモータの端子の電圧で論じるべきです。

しかし、アンプは常に最大出力(スロットルフルハイ)で測定することをルールにして、モータに含めて考えるほうが簡単です。特に最近のブラシレスモータでは、ブラシに相当する回路がアンプに入っているのですから、切り離しては回転しません。またアンプを絞ったときの最高出力や効率は、複雑すぎるし必要もないので議論の対象とはしません。

 

 

７   出力パワー

 

トルクと回転数の積に定数をかけた値が出力パワーになります。

出力パワーの最大の点をもとめると、回転数は無負荷回転数のちょうど２分の１、トルクは停動トルクのやはり２分の１の所になります。効率の良いのはこれよりさらに大きい回転数、小さいトルクの点になりますので、出力パワー最大の点より大きなトルクをかけて、回転数を落として使うのは間違ったモータの使い方です。

 

 

第５章  モータの性能測定

 

 

最適なモータを理論的な判断するには、モータの特性を測定し、評価の基準を入手しなければなりません。またそのモータを活かした使い方をするためにも、特性を知ることは重要です。

入力電圧、入力電流、回転数、トルク、の関係がモータの特性を決める要因です。この相関関係を知ることにより、最大効率、最大パワー、適正回転数、適正電流が求まり、そのモータが要求にあっているか、どのような使い方をしたらよいかが解るのです。

 

モータの解析には回転中のトルクを測ることが必要ですが、トルクメータは特殊であり、所有している人はまず少ないとおもいます。自作も可能ですがここでは触れず、もっと簡便な方法を考えました。

モータの出力を測定するのに、プロペラを回して回転数を計測することは良くやられています。本書でもプロペラを測定用の負荷として、回転数からトルクを推測する方法を採用しています。

 

１   性能測定の道具

 

電圧は安物のテスター（ＤＭＭ）で充分です。

電流は数アンペアから、大きいモータでは１００アンペア近辺にも達しますので、専用の直流電流計か、クランプ型直流電流計と呼ばれるものが必要です。クランプ型は交流しか計れないものが大半ですので、間違えて購入しないようにしてください。また無負荷電流などの小電流を計測する場合には誤差が大きくなり、この値がモータ測定に大きく影響しますので、慎重に測定する必要があります。

 

回転数は光学式のタコメータで簡単に計れます。とはいっても光学式のものを室内で使用するときは、光源に注意してください。タコメータを蛍光灯に向けると３０００ＲＰＭを示します。これでは測定用の光源としてはうまくありません。誤差のない測定をするためには、太陽光か、直流で点灯させる懐中電灯を用意してください。

 

出力パワーを測定するのにプロペラを負荷として使用します。実際に使用する予定の付近と小さ目の(無負荷に近い)ものを用意してください。プロペラの代わりに白黒に塗り分けた円盤で無負荷回転数を測っても結構です。ハブの穴径はきっちりあわせるようにし、ぶれないよう取り付けることは、飛行の場合と同じです。

プロペラは何でもカンでも吸い込みますので非常に危険です。特に子供さんが吸い込まれないようにくれぐれも注意してください。

 

 

２   トルクの測定

 

ここではモータの発揮するトルクを計測するのに、プロペラをまわして換算することを試みています。問題は、プロペラの回転数からトルクへ換算しますので、進行していない、静止状態でのプロペラは失速状態で回っており空気をかき回す負荷となってしまうため、プロペラの理論に基づく、直径、ピッチ、回転数から演算されるトルクの計算値より大きくなり誤差が生じることです。そのためプロペラ形状係数なる定数を仮定し、形状ごとに実測により求めた数値を代入しています。
 なお、飛行時のトルクもこれと同じ値を用いており、若干矛盾しますが、飛行中の回転数は計れないことと、負荷が軽い方向すなわちより高性能のほうへシフトしますので、設計マージンと考え、許容することにいたします。地上で計るモータラン時間より実際の飛行中のほうが長いことを経験済みと思います。

 

 

３   モータの測定と特性図

 

測定電圧は使用するバッテリーパックの電圧に固定して考えます。使用電圧を変更したいときは簡単な計算で置換出来ます。

任意の２種類の負荷をかけたときの測定項目として、　入力電流　と　回転数　を調べ、モータの特性を把握します。

 

一番計りやすいポイントは無負荷時で、電流と回転数はすぐ計れます。プロペラの代わりに円盤を白黒に塗り分けてまわせば、光学式回転計で測定できます。無負荷電流は最高効率のポイントを見極める大切な数値です。無負荷場合の測定値はプロペラの直径(ダイア)を0として入力します。次に実際に使用する予定の近傍のプロペラをつけて、回転数と電流を測ります。ギアをかましている場合はギア比も数えてください。

 

 

注：本ツールでは実際の使用の利便性を考え、横軸をトルクではなく回転数としたグラフも作成できます。

 

 


第６章  減速ギア比の設計

 

 

１   減速ギアの必要性

 

もっとも良いと思うプロペラを選び、その必要パワーを決めたなら、そのパワーを一番効率の良いところで取り出せるモータを見つけてください。そのときの回転数はおそらく目的のプロペラ回転とピッタリのものはなく、モータの方が良く回りすぎるのが普通だと思います。そこでギアダウンの登場となるのです。好きなモータと好きなプロペラをマッチングさせるギア比を持ったギアユニットでつなげば、理想的なパワートレインが得られるのです。ただし直結にした方が、ギア自身による損失や、重量、メンテナンス、コストなどに煩わされないのでメリットはあります。しかし小さなプロペラをびゅんびゅん回すことの無意味さをご理解いただけたなら、きっと歯車を探し回ることになるでしょう。

 

 

２   ギア比の決め方

 

飛行機の要求するパワーが得られるモータ回転数と、同じパワーを要求するプロペラの回転数はおそらく一致しませんので、この比で、ギア比を決めればよいことになります。

モータにギアダウンユニットをとりつけるとトルクがギア比倍、回転数がギア比分の１のモータに変身したことになります。逆にギアダウンユニット付きのプロペラを回す、と考えればトルクがギア比分の１、回転数がギア比倍のプロペラを回すと置き換えればよいことになります。

 

 

ギア比を変えるとパワー倍率と航続時間がどう変化するか、グラフで見られます。

 

 

 

 

 

第７章  電動模型飛行機設計ツールについて

 

動作環境

 

本ソフトは　 Microsoft Excel 2003 のワークシートとして作成されています。

したがって動作環境の詳細はMicrosoft Excel に準じます。

Microsoft Excel は含まれませんので別途ご用意ください。

 

操作方法

 

1.        パソコンを立ち上げる。

2.        MODELTOOL.XLSをダブルクリックし、Microsoft Excel を起動しワークシートを読み込む。

3.        取り扱い注意を良く読む。

4.        計算シートの白い枠内へ数字を入れる。

5.        次の瞬間答えが表示される。

6.        いろいろやってみて、プリントするなり、保存するなり、感心するなり。

エラー表示

 

　入力数値にあり得ない数値を与えた場合や、入力が未完成の時は、次<のような表示がでます。答えが無いとき、平方根内がマイナスになるとき、ゼロでの割り算を要求したときも同様です。

l         効率が１００％以上になる。

l         マイナスの数値になる。

l         Microsoft Excel のエラーコメントが表示される。

l         実現不可能な信じられないような数字になる。

 

配布その他

 

下記へ貴殿の簡単な自己紹介などそえてメールいただければ、折り返しメール添付（またはご要望によりFDDの郵送）にてお送りします。容量は「解説書.PDF」をいれても1MB程度です。

本ワークシートはシェアウエアの扱いといたします。ご興味を持っていただけましたら、ビール券か図書券でも適当にお送りいただき、貴殿の新作機の初フライトの成功を祝ってともに乾杯させていただければマニアとしてこの上ない仕合わせです。対価はあくまでも貴殿の価値観で決めていただいて結構です。

もし業務用製品開発の参考にしていただけるようでしたら、どこかに「このワークシートが役に立ったよ。」といったことを明記いただけると光栄です。（詳細説明などもいたしますので、ご連絡ください。）

譲渡頒布禁止、転載引用禁止でお願いします。

お決まりの文句ですが、本ワークシートのご利用の結果は、すべて使用者に帰着するものとさせていただきます。著作者は一切の責任を負いかねます。

各メーカの製品に関すること、およびMicrosoft Excel などのソフトの操作に関することは各メーカへお問い合わせください。

本ワークシートの配布要望、転載のご要望および本ワークシートに関するご意見はこちらまたはBBSにお願いします。


〔迷惑メール対策のため、"yahoo" "hotmail"の含まれるものは受取拒否にさせていただいています。〕

 

　　

 

電動模型飛行機の設計(抜粋)

−パワーユニットの考え方−

「電動模型飛行機設計ツール」によるパワーユニットの設計

 

                   　２００４年７月２２日大安  第２版第2刷発行

 

 

著作権                  2004年  横田　英一

日本語版版権                    横田　英一

 

本書の内容は、予告なく変更する場合があります。

著作者は、本書の欠陥の結果生じるすべての障害について、一切の責任を負い兼ねます。

本書及びメディア（情報を収納した媒体）に記載されている全ての情報は、著作者によって全ての権利が保存されています。

本書のどのような部分も、著作者からの文書による事前の許可なく、電気的、機械的のどのような形式にも、又はどのような方法でも、その全部、一部にかかわらず複製もしくは再生したり、検索システムに格納したり、他の言語に書き換えたり翻訳したり、写真複写したり、レコーディングしたりすることは、法律で禁じられています。文書中のすべての製品名は、一般にそれぞれの製造会社の登録商標または商標です。