自選メカで3D-FOを飛ばす その６ 最終回

モーターユニットとして、
軽いアクロ用
　モーター：Tiger T1805　プロペラ：GWS4530
　アンプ：PENTIUM-10A
　バッテリー：200mAh 16C
フルアクロ用
　モーター：Tiger T1805　プロペラ：GWS6030
　アンプ：PENTIUM-10A
　バッテリー：240mAh 25C
を選択しました。

モーターのベンチテストでプロペラGWS4530にした場合、最大電流は3.0Aと小容量のバッテリーが使えそうです。
そして、3D-FO推奨バッテリーと同じレベルの電流量になるプロペラGWS6030をフルアクロに使えると考えました。
テスト飛行でも問題ないことが確認できています。ただし、プロペラGWS4530では宙返りなど縦系演技はやめといた方が良いでしょう。
以上で、私なりの自選メカ(サーボ、モーター、アンプ、バッテリー)調査方法、テスト方法を紹介しました。
ただし、これは機能(スペック)的な面を見ています。
耐久性(クラッシュしても壊れにくいか？)などは考慮していません。
ですから、使い込んでいる仲間から話を聞くとか、自分で使って、耐久性を知っていく必要があります。
そして、この情報が共有できれば、より幅の広いサイエンスホビーになっていくのではないかと考えています。

第94回YSFC練習飛行会

参加者：須田、山崎、鈴木
久しぶりの「ソフトクリーム休憩」
のんびりムードの飛行会でした。


3D-FO 自選モーターユニット　テスト
TigerT1805+ PENTIUM-10A+ GWS6030+ 240mAh25C
240mAhバッテリーで余裕をもってアクロ飛行ができるプロペラ(GWS6030)
垂直上昇中でもまだスロットルに余裕があります。


TigerT1805+ PENTIUM-10A+ GWS4530+ 150mAh25C
小容量バッテリーでも軽いアクロができるプロペラ(GWS4530)
推力重量比は１ありません。宙返りも降下速度を加えてやっとできる程度です。
エルロン操舵練習から軽いアクロ練習までなら、このチョイスで十分可能でしょう。


��ｎｅ Ｄｉｍｅ社　ブラシレスモーター
先日購入したモーター。　山崎さんがすでに搭載して飛行していました。
モーター：One Dime 2204-14T KV値：1400　重量：20g
バッテリー：240mAh 25C
プロペラ：GWS0947
大径ペラを240mAhバッテリーで回せるモーター。省エネが期待できそう。
モーター自身も頑丈でクラッシュに強いようです。

Tiger T1805 ベンチテスト

3D-FO 自選モーターユニット候補をベンチテストしてみました。
Tiger T1805 ショップスペック
　重量：17g　KV値：2000rpm/V


このモーターの取り付けハブはGWS6030より大きいプロペラしか装着できないことが判明。
そこで、小径ペラ用のハブを自作しました。

アンプ：PENTIUM-10A
バッテリー：DisirePowerV6 360mAh 2s 25C
Emeterは推力をプロペラ係数から計算しています。勿論、ブレードが失速していないことが条件となると思われます。今回のテストではブレードが失速して異常に高回転になっているケースがありそう。ですから、推力(スラスト)値は実際より高くなっている可能性があります。
プロペラ：GWS4530

最大出力
回転数：14000rpm
スラスト：115g
電流：3.0A
プロペラ：GWS5030

最大出力
回転数：13500rpm
スラスト：170g
電流：3.4A
プロペラ：GWS5043

最大出力
回転数：12000rpm
スラスト：130g
電流：4.3A
プロペラ：GWS6030

最大出力
回転数：12000rpm
スラスト：220g
電流：4.6A
プロペラ：GWS7035

最大出力
回転数：10500rpm
スラスト：250g
電流：5.6A
プロペラ：GWS8043

最大出力
回転数：7000rpm
スラスト：320g
電流：8.5A

自選メカで3D-FOを飛ばす その５

ショップやメーカーで公表しているスペックはサイズ、重量、KV値ぐらいしかありません。
このデーターだけでは推力やその時の電流値は解りません。


「ネットや仲間の情報を元にモーター、プロペラを購入。ベンチテストで推力、電流値を知り、それが自分のニーズに合わなかったら、別のモーターを購入・・・」を繰り返して自分のニーズに合うモーター、プロペラを選ぶしかありません。
ネットや仲間の情報
ベンチテスト結果を公表しているサイトがあれば覚えといた方が良いでしょう。
飛行動画やフライトインプレションと共に、全備重量、モーター、バッテリーが公表されていればある程度参考になります。
飛行会で、興味のある飛行機を見たら、全備重量、モーター、アンプ、バッテリーは聞いておきましょう。
以前の飛行会で須賀さんの持ってきた小型アクロ機。この情報を検討してみましょう。
まず動画を見てください。推力重量比は１以上なのは明白、たぶん1.5ぐらいはあるのではないでしょうか。
そうすると、推力：120g　は期待できそうです。
バッテリーは120mAh2セル　MaxC = 25Cなので、電流値3.0A以下が予想できます。
3D-FOに当てはめると、「ある程度のアクロ飛行可能な推力重量比：1.1」はいけそうです。
ベンチテスト
最低限必要な情報は、電流値と推力重量比です。
「テストするモーターユニットを機体に搭載し、テスターをつないで電流値を測定。その後、最大推力でモーターを駆動して機体を上向きに持ち、上に引っ張られる感じで、推力重量比を想像する。」こんなやり方でもモーターの選択は出来ます。
Sado-SFCで、静止推力測定装置を紹介しています。参考にしてみてください。
ベンチテストはモーター電流をフルに引き出す為に大きめのバッテリーを使います。
はじめは、小さめのプロペラを装着し、電流値を見ながらゆっくりスロットルをアップしていきます。電流値が大きくなり過ぎるようでしたら、テスト中止。プロペラ交換、またはアンプ交換して、テスト再開します。
プロペラは直径の小さい、ピッチの浅い方からテストしていきましょう。
直径が大きく、ピッチが深くなると、推力が大きく、電流値が大きくなっていきます。
プロペラを替えても推力が大きくならない（ほとんど大きくならない）場合は、モーターの最大パワーを超えているので、その範囲でニーズに合う組み合わせがなかったら、より大きなモーターを購入することになります。
推奨モーターのベンチテスト
以前、3D-FOの推奨モーターである「HACKER A10-15S」のベンチテストしています。
推奨ペラGWS5043の場合、アンプは推奨アンプよりアンダースペックでも、バッテリーは200mAh25Cでも飛行できそうです。
GWS7035、GWS8043では、バッテリーは360mAh25C以上を搭載する必要があります。

自選メカで3D-FOを飛ばす その４

駆動系のメカを検討するには、モーター、プロペラ、アンプ、バッテリーを組み合わせたモーターユニットとして考えていく必要があります。


推奨モーターユニット
　モーター：HACKER A10-15S
　　KV値：2320rpm/V　重さ：15g　シャフト径：2.0mm
　　ピークアンペア：7.0 amps（2セルLiPo）
　プロペラ：GWS EP-5043
　　直径：5.0インチ　ピッチ：4.3インチ
　　（GWSは名称に直径とピッチが明示されている）
　アンプ：Castle Creations THUNDERBIRD-9A　
　　サイズ：26.8×17.4×8.5mm　重さ：8g　セル：2、3セル
　　最大電流：9A
　バッテリー：Tahmazo LP-2S1P240S
　　Li-Poly 7.4V 24 0mAh 2 セル 定格20C
　　サイズ：22x35x 13mm　重さ：15g
モーター　KV値とは
プロペラを外して駆動させた時の回転数。
例）2320rpm/V：1Vで駆動させた時は2320rpmとなります
原理的な話
モーターはコイルが巻かれている。そのコイルの量は同じで太さが違うコイルを巻いた場合(太いコイルは巻き数が少ない）
最大出力はどちらも同じだが、巻き数が少ない方がKV値が大きくなり、最大出力の回転数は大きくなります。
ショップで販売しているモーターでコイルのみが違うモーターなどほとんどありません。
ですから、「サイズ、重量が同じぐらいのモーターはだいたい同じぐらいの出力で、KV値が大きい方が高回転型になる」と言うように目安程度にしか使えません。
プロペラ　ピッチとは
プロペラには空気をかきわけるために、ブレード面が斜めに傾斜しています。
その傾斜に沿って、プロペラを回転させると、螺旋が描けます。プロペラが１回転した時の螺旋の前進距離をピッチと表現します。
この数字が大きいことを「ピッチが深い」と言います。
同じプロペラ回転数ではピッチが深い方が推力は大きくなります。
そして、プロペラの回転が大きくなると推力が大きくなってきますが、回転に対してピッチが深すぎると、空気が掻き分けられなくなり（ブレードが失速する）推力が大きくならなくなります。
直径が大きいとプロペラが掻き分けることができる面積が大きくなり、効率良く推力を生み出すことができます。しかし、回転数は小さくなるので、モーターは低回転型を使わないと効率の良いモーターユニットにはなりません。
バッテリー　容量　定格C
バッテリー容量はmAhで表しています。
例）240mAhとは電流を240mA放電すると、１時間放電できるだけのバッテリー容量
実際には電圧低下もあり、100%放電するとバッテリーが損傷するので、80%放電ぐらいで中止するのが良いでしょう。
定格Cはバッテリーの放電可能な電流値です。
例）240mAh 20C　は　240×20=4800mA　となり、
4.8Aまで放電可能なことがわかります。
モーターユニットの選び方
必要推力
搭載しようとする飛行機にどのぐらいの推力重量比が必要か考えます。
推力重量比とは、モーター推力と全備重量の比で、推力重量比が１なら、プロペラを上に向けて飛行機が空中停止できる推力のことです。
この為に飛行機の全備重量を調べます。開発中の飛行機なら全備重量を想定してください。
推力重量比を決めるための目安
ぎりぎり飛行可能な推力重量比：0.8
ある程度のアクロ飛行可能な推力重量比：1.1
フルアクロ飛行可能な推力重量比：2.0
自分のニーズに合わせて、推力重量比を決ることで、必要推力が判ります。
モーター・プロペラの選択
必要推力に見合う推力を出すモーターとそれに装着するプロペラを捜せばいいのですが、ショップのスペックだけでは分かりません。これを解決するのは、仲間の情報やベンチテストを元に決めていくことになります。
詳細は「自選メカで3D-FOを飛ばす　　その５」で紹介します。
アンプの選択
モーター・プロペラが決まれば、モーターユニット最大電流が解ります。その電流の1.1倍以上の最大電流を持ったアンプを選びます。
バッテリー
バッテリーの放電可能な電流値がモーターユニット最大電流の1.1倍以上のバッテリーを選びます。

3D-FO 自選モーターアンプ ゲット

ワールドモデルスが２０％OFFだったので、色々購入しました。

自選メカで3D-FOを飛ばす その３

数年前に香港のショップから入手したサーボ。
推奨サーボと比較すると、トルク１／３、スピード２／３と、やや非力。ぎりぎりOKの範囲と考えています。


このサーボは、サーボマウント用のビスが推奨サーボと違っています。３D-FOのサーボマウントを改造する方法もありますが、今回はサーボ側を改造することにしました。
取り付けマウントに３ｍｍ穴を開けた１ｍｍベニアを接着。これで、推奨サーボと同じ３ｍｍビスが取付けられます。

テスト飛行は何とかクリア。
ここで、気を付けておかなければならないことは、非力サーボを使った時の飛び方です。
経験がないと「何かうまく飛ばない、操縦が下手だから・・・」と自分の操縦テクニックの問題なのか、サーボの問題なのか、見分けが付かなくなることがあります。
そんな時は、サーボの動きをイメージしながら飛行させてみることです。
具体的には、サーボに付加がかからない飛び（オーバル飛行や８の字飛行）と、サーボ付加が大きい飛び（宙返りやロール）を比べることです。
トライしてもよく判らない時は、あまり粘らない方がベターです。
操縦がうまい人に飛ばしてもらうとか、高スペックのサーボに交換するとか、したほうが良いでしょう。

第118回F西多摩体育館飛行会

参加者：須田、本井、鈴木
東電計画停電が一息、ひさびさの飛行会。
参加人数の少なさもあって、充実した飛行時間。急速充電器でも間に合わず、最後は本井さんからバッテリー借りて飛行しました。


3D-FO 自選サーボ　テスト
推奨サーボより、トルク１／３、スピード２／３
飛行には問題ないようです。
若干機体が暴れ気味。操縦テクニック問題のよう、サーボの問題も多少あるかも。

羽ばたき解析 バネによる翼上半角保持

Bird01では滑空時の翼上半角保持にバネを使う方式を採用しています。
現在、搭載されているバネの状況を計測し、解析してみました。



表の上部データが現在Bird01に搭載されているバネに関するものです。
「揚力による上げモーメント」と「バネによる下げモーメント」がほぼ等しくなっている上半角18度で翼が保持され滑空することになります。これは、テスト飛行でもだいたいこの辺で保持されているので、この計算が妥当だと思われます。
ここで、最大はね上げ(25°)時にバネ長がバネ最大長を超えていることです。
バネ最大長はメーカースペックである最大荷重から計算したもので、現在搭載しているバネにはかなり過酷な使われ方をしていることを意味します。
そこで、バネを変更、バネ取付情報を変更してベターなパターンをさぐったのが、表の下部データです。
バネ取付情報の角度は保持上半角＋３０度ぐらいがベターなことが解りました。
羽ばたき時のモーター効率
バネ取付情報の角度がプラスと言うことは、羽ばたき上げる時にバネを伸ばし、エネルギーをためて、羽ばたき下げる時にこれを放出していることになります。
ここで、羽ばたく場合の翼に掛かる力を考えると、羽ばたき下げる時は大きな力が掛かり、羽ばたき上げる時は力が少なくなります。
つまり、モーターにとっては、ある周期(Bird01の場合ギヤー比は26.7:1なので、26.7回転に１回)でトルクが上がり下がりすることになります。
アンプは勿論このトルク変化を意識していないので、モーター回転も波打ち、モーター効率は悪くなると思われます。
今回の「バネによる翼上半角保持」はトルク変動を軽減し、モーターの効率を上げる側に寄与すると思われます。
勿論、バネを伸び縮みさせるわけだから、それによるエネルギー損失はあります。
ちなみに、先日発表されたSmartBird開発物語の動画でホールセンサーを使い翼の羽ばたき位置をセンシングし、それによってモーターのコントロールと翼端のピッチコントロールをしているようです。
たぶん、羽ばたき下げる時にスラストアップし、羽ばたき上げる時にスラストダウンしているのだと思われます。このことでモーター効率が上がったと言うことでしょう。
ですから、この「バネによる翼上半角保持」もモーター効率向上に効果があると考えています。

自選メカで3D-FOを飛ばす その２

推奨サーボ：RCH DM-4.7G (Tahmazo TS-1002 と同じ)
　サイズ：8.0x 21.6 x 17.7mm　重さ：4.7g
　トルク　1.1kgcm　　動作速度　0.14秒/60°


サーボサイズ
3D-FOではこのサーボが搭載できるようなサーボマウントを作成し、3mmプラビスで止めています。
ですから、サーボサイズが違うとサーボマウントを改造しなければなりません。
また、サーボを固定するビスの形式が違う場合も同じです。
ですから、サーボを選ぶ際には、同じサイズか、改造が容易と思われるものを選ぶ必要があります。
重量は、自選したメカ全ての重量と推奨メカ重量の差を調べて、その差が3D-FO全備重量(95g)の+20%以内であれば飛行可能でしょう。
トルクは1/3ぐらい(0.4kgcm)までは許容し、動作速度は倍ぐらい(0.4秒/60°)までは許容するでしょう。
勿論、全備重量が大きかったり、トルクが小さく、速度が遅いサーボを搭載した場合は、急激な姿勢変更が出来なくなるので、アクロ飛行は制限されると思われます。
ショップやメーカーのスペック情報が不足している場合
この状況での購入はリスクがあります。しかし、知り合いから譲ってもらうなどして、「メーカー不明サーボがガラクタ箱に入れっぱなし」なんてこともあるでしょう。
こんな時は、自分でトルクを計測すればいいのです。
トルクとは、ホーンを回転させて動翼を動かす場合の回転する力を表現しています。
ホーンの回転中心からリンケージロッドがつながっているところまでの距離と、サーボを動かした時のロッドを押し引きする力の積です。
例えば、
ホーンの回転中心からリンケージロッドまでの距離：1.2cm
サーボを動かした時のロッドを押し引きする力：0.4kg
の場合、トルク＝0.48kgcm となるわけです。
私が過去に3.7gサーボを改造した時にトルクテストをしているので、そのエントリーを見ると実験方法が判ると思います。
リニアサーボとの比較
比較をイメージしやすいようにリニアサーボと通常サーボを重ねてみました。このリニアサーボ(Spektrum)は、通常サーボホーンの２番目穴にリンケージして、動作角が左右30度動く状態と同じと言えます。
ホーンの回転中心から２番目穴までの距離：9mm
リニアサーボの力：29.4g
このリニアサーボのトルクは0.03kgcmとなります。このサーボは超小型機用なので、少なくとも3F-FOには使わない方がいいでしょう。

Oリング ゲット

近くの日曜大工店でプロペラストッパ（Oリング）を入手しました。
159円ｘ5