Et spørsmål som stadig blir gjentatt på diskusjonsfora på Internett er: "Jeg har en modell type XYZ som jeg gjerne vil konvertere til elektro. Hvordan motor skal jeg kjøpe?"
Dette dokumentet er et forsøk på å danne et bilde av de faktorer som må vurderes når man skal velge et drivverk til en modell enten det er snakk om å konverter en modell beregnet for glødemotor eller velge elektromotor og batterier til en modell som er tenkt for elektrisk drift fra produsentens side.

Det finnes flere dataverktøy som kan hjelpe deg med å finne et passende drivverk. På motorfabrikantenes hjemmesider vil du ofte finne tabeller med anbefalinger av utvalgte modeller hvor man kan prøve å finne noe som ligner ens egen modell. Mange modellprodusenter som for eksempel  JR har også spesifikke anbefalinger for sine produkter. Man kan også prøve å forespørre forhandlere om problemet. Kontronik har et hotline telefonnummer i Tyskland det går an til å ringe og for en ihuga modellflyger må vel dette være langt bedre en mange av telefonnumrene som står listet på nest siste side i Dagbladet……….Problemene med disse fremgangsmåtene er dog at mange forhandlere ikke har den helt store innsikten i elektro, og ingen av måtene vil vanligvis fortelle deg noe særlig om hvilket resultat du kan forvente.

Databaserte verktøy er en annen mulighet. Det finnes nettsteder hvor du kan taste inn tallmateriale og få presentert et resultat. Eller du kan bruke en liten slump penger å kjøpe et program som du kan ha til odel og eie. Det mest kjente av disse programene heter MotoCalc. Programmet er skrevet på engelsk, har gode hjelp og tips funksjoner. Det er laget av en modellflyger, og var antakelig i utgangspunktet tenkt som et verktøy for personlig bruk. Han er selv aktiv på diskusjonsfora og lydhør for forandringer og forbedringer i produktet sitt - jeg vet av erfaring. Jeg har brukt, og hatt stort utbytte av, programmet siden version 3 kom ut for flere år siden. Programmet er nå oppe i versjon 7. Det finnes også andre programmer tilgjengelig på både tysk, fransk og engelsk.

Vi skal i en senere artikkel se nærmere på hvordan komme i gang med MotoCalc. Før vi titter på selve programmet så skal vi se litt generelt på hva som trengs for å få et fly til å fly. Veldig mye av informasjonen nedenfor er basert på ting som ble publisert av elfly pionerer midt på -80 tallet.

Effektbehov:

Keith Shaw, en av pionerene innenfor elektrofly, kom i en serie med artikler opp med noen nøkkeltal basert på watt in på en motor med ca 75% virkningsgrad. Tallene forutsetter selvfølgelig at modellen er kapabel til ytelsene man forventer. Man kan ikke "powre" en Cub med 220W/Kg og forvente å kunne fly F3A programmet. Likeledes at det er snakk om omtrentlige verdier. En aerodynamisk utformet sportsmodell vil nødvendigvis ha andre effektbehov enn en PT-17 Stearman med rigging og Clark-Y profil.

Børsteløse motorer kan ha en virkningsgrad på nærmere 90% så teoretisk kan man redusere litt på tallene. Da forventningene til modellene jo også er steget de siste 25 årene så er det mange som bruker tallene akkurat som de står også for disse nyere drivverkene. Som eksempel på dette kan vi nevne at Kontronik på sin hjemmeside oppgir tall som er ganske like de som er listet over. I praksis kan det være vanskelig å operere motoren på max virkningsgrad. I den virkelige verden vil vi antakelig se at virkningsgraden kan variere fra rundt 75% til ca 90%. Generelt vil de minste motorene ha den laveste effektiviteten. Den beste vil vi ofte finne på motorer optimalisert med henblikk på seilfly.

Kort oppsummering: En sportsmodell bør ha mellom 100 og 250 W pr. Kg flyvekt inn på motor for å fungere tilfredsstillende. Egen erfaring tilsier et noe høyere minimum - ca.130W/Kg for modeller uten understell og kanskje 140-150 for modeller med. Dette burde være tilstrekkelig for at en trainer skal kunne "dra seg ut" av de fleste problemer ved hjelp av motorkraft dersom man skulle komme i en uheldig situasjon.

Hastighet:

Det hjelper lite med hundrevis av watt og mange Kg trekk kraft dersom den høyeste farten propellen er i stand til å akselerere modellen vår til er lavere en stall hastigheten.  Da vil flyet vårt aldri kunne ta av!

Grunnreglen for fart tar utgangspunkt i modellens stall hastighet og "pitch speed".  Det finnes forskjellige (som i hovedsak kan manipuleres matematisk slik at vi sitter igjen med to alternative) formler for å anslå stall hastighet for modeller med vingebelastning på rundt 60 gram/dm² uten at vi trenger å vite noe særlig om vingeprofilen. Den viktigste variabelen vi har kontroll over er uansett nettopp vingebelastning.
Da disse formlene er funnet frem til av amerikanere, baserer de seg også på engelske enheter. Begge formlene koker ned til: stall hastighet(mph)=konstant x kvadratrot av vingebelastning (oz/in²).
Ved å dele vingebelastningen i g/dm² på 3 får du verdien i oz/in². Keith Shaw benytter en konstant på 3.7. Den andre formlen er visstnok best for vingeprofiler med sterk "camber" ala seilfly og har en noe lavere konstant. Dvs den anslår en noe lavere stall hastighet. Forskjellen i resultat er uansett ikke kjempestore.

Pitch speed er en funksjon av vridning og turtall. En propell med en vridning på 4 tommer (= 10 cm) vil ved et turtal på 10 000 rev/min ha en pitch speed på 100 000 cm/min = 16-17 meter/sekund. Av mangel på bedre norsk ord buker jeg ordet propeller hastighet. Dersom noen har vet om eller har forslag til bedre ord så send gjerne en e-post med det.

Propeller hastighet mindre en 2x stall hastighet: Kan være akseptabelt for seilfly. Regnes som minimumshastighet for å kunne komme rundt en loop. I mange tilfeller kan det være mer moro å hoppe på modellen en å prøve å fly den.

Propell hastighet 2-2.5 ganger stall hastighet: OK for seilfly og sakteflyvende modeller.

Propell hastighet 2.5-3 ganger stall hastighet: regnes som ideelt i de fleste tillfleller. Propell hastighet på 2.5x må til for å få til en anstendig loop (litt lav hastighet på toppen av loopen). 3x er det som skal til for å få rene looper, rolle bra osv.

4x stall hastighet er det som skall til for å kunne foreta høye vertikale øvelser

I følge MotoCalc vil propell hastighet større en 3x stall hastighet medføre at det kan bli vanskelig å ta av og lite effektivt i lufta med mindre man har en spesielt rask modell. (modellen må kunne akselereres opp til propell hastighet ellers vil propellen bare "piske luft").

Mer spesifikt når det gjelder propeller kan det sies at for raske og strømlinjeformede modeller kan det benyttes propeller hvor vridning = diameter.
Mer normale sportsmodeller bør benytte vridning = 0,6-0,8 x diameter.
Sakteflyvende modeller med høyt dra kan ha vridning = 0,5 x diameter.
Det hører også med til historien at annen av pionerene innen elektrofly (Robert "Astro Bob" Baucher -grunnleggeren av Astro Flight) har analysert propelleres virkningsgrad i flukt og kommet til konklusjonen: "med mulig unntak av noen svært få, sakteflyvende modeller (ala WW1 fly med stjernemotor og kjempe cowling) er propeller med vridning under halvparten av diameter best egnet til å røre maling med.

Jeg har bivånet noen flyturer med et lite fly med høy vingebelastning og liten korde på vingetuppene. Dette flyet hadde i tillegg en propellhastighet på kun 2 ganger "stall" hastighet. Det virket som om flyet begynte å synke gjenom og mistet høyde straks piloten reduserte på ’throtlærn’. Kanskje det var like greit det bare var to minutters levetid på batteriene de første flyturene. Flyet, som for øvrig er en meget pen liten Shukoi, står nå parkert i en garasje og venter på nytt og bedre drivverk og andre ting som vil redusere vingebelastningen. Forhåpentligvis vil vi se det i luft over Kjose igjen i løpet av kort tid.

Vingebelastning

Som vi alle vet så er det dessverre ikke fult så enkelt som å finne ut hvor mange Watt som trenges, fylle modellen med batterier og dra ut å fly. Tyngdekraftens lover gjelder også for modellfly og vi må derfor også se på dette med vekt. Dersom vi tenker oss to sportsmodeller -en med vingespenn på en meter -og en på to meter sier det seg selv at disse vil ha svart forskjellig vekt. For å sammenligne disse modellene benytter vi oss av noe som kalles vingebelastning. Vingebelastning er rett og slett det tallet vi får ved å ta modellens vekt (i gram) og dele på vingearealet (i dm²). Dessverre fungerer vingebelastning kun til å sammenligne modeller som er relativt like av størrelse. Derfor er det enkelte som sverger til også å ta med vingens tykkelse slik at man bruker vingens volum isteden for areal som grunnlag for sammenligning. Det er meget mulig at dette gir et bedre resultat, men dette konseptet med volumbelastning har foreløpig ikke slått særlig an. Det er dessverre et faktum at modeller med elektro drift blir tyngre en modeller med glødemotorer. Inntil LiPo teknologien gir oss mulighet for å trekke mer strøm fra hver enkelt celle kan vi i ta utgangspunkt i at vår modell blir ca 10-15% tyngre enn med forbrenningsmotor. Dette er med en motortid på ca. 6 minutter full gas på bakken, som tilsvarer 8-10 minutters flyturer. Det finnes nå flere eksempler på modeller med 6-8 minutters flytid som har lik eller lavere takeoff vekt som tilsvarende modeller byget for glødemotorer. Dette er fordi vi med elektromotorer kan bygge lettere. Vi kan ha tynnere motorspant og erstatte mye finer med balsa fordi konstruksjonen ikke trenger å ta opp vibrasjoner slik som den ville med en stempel motor. ARF modeller blir som regel de tyngste da alt allerede er limt sammen, trekt og malt. Dessuten så er jo noe av poenget med en ARF at det skal være lite arbeide med den før en drar ut og flyr. Som regel så lønner det seg likevel å se om man kan spare litt utstyr som hjul, vingestål, servoer og mottaker batterier.

For å få danne oss et bilde av hvordan modellen vår kommer til å oppføre seg i lufta så kan vi beregne vingebelastningen og sammenligne med tallene nedenfor. Disse tallene gjelder for modeller som veier fra rett under kiloen og oppover. Små modeller må ligge på den laveste belastningen innenfor hver gruppe.

Oldtimere og Seilfly ca.: 30-45 g/dm²
Trainere og lette skalamodeller ca.: 45-60 g/dm²
Større sportsmodeller ca.: 60-75 g/dm²
Større, tunge skalamodeller ca.: 75-90 g/dm
Heavy metal - warbirds: 90-105 g/cm²
Modeller uten understell som må ’kastes’ bør ha vingebelastning <55 g/dm².
 

Det er ble tidlig funnet frem til en forbausende enkel formel for å finne hvor mange watt som trengs for å spinne en propell et gitt turtall. En av disse er beskrevet av en tredje pioner: Mitch Polling. Denne formlen er en generell ligning for små propeller med smale blader. Det eneste man trenger å vite er i tillegg til turtall er diameter og vridning.

Tidligere nevnte Bob Baucher har gått et skritt videre og innført en koeffisient er avhengig av propell merket. Denne formlen har vist seg å være bemerkelsesverdig korrekt. Tabeller som viser effekt for forskjellige propeller ved diverse turtall er gjengitt i en av bøkene til "Astro Bob" og en tabell over APC propellere ble trykket i MI for noe tid siden. Gode propellere for sportsmodeller (foruten Aeronaut og Graupner foldepropellere) er APC og Master Airscrew Scimitar. Det alltid viktig å balansere propellene får å få flyene våre til å fungere optimalt.

Sammenligning med glødemotorer.

En gammel artikkel i Model Airplane News gir en tommelfinger regel at 2- og 4- takt motorer under normale bruksbetingelser gir ca 1Hk (ca 740W) pr. 10 ccm. Dette kan umiddelbart virke lavt, men vi må her huske på at når en fabrikant oppgir ytelsen til en motor til å være for eksempel 1.8hk/17000rpm vil er dette maksimal effekten denne motoren kan forventes å yte. Modellfly motorer blir i praksis gjerne operert på 10-12000 rpm og motoren vil yte mindre ved dette turtallet. Dersom vi tenker oss en 4 kilos modell med .60 motor betyr dette ca. 180W/kg. Dette er ut på aksel og tilsvarer over 200W/Kg in på en god elektromotor.

OS FS70-ultimate som er testet i amerikanske RCM april 2004. Motoren er testet med 10% nitro og Zinger propellere. Tallene for effekt og statisk skyvekraft er simulert med MotoCalc ut fra propelltype og turtal. De viser at tallene fra MAN artikkelen ikke er veldig langt unna sannheten. De stemmer også godt overens med spesifikasjonen fra OS som oppgir 1.2 hk/11000rpm, Testen viser at motoren yter dette ved rett over 10000 omdreininger. Elektrofolket må huske på at disse effekt tallene er ut på aksling og det må legges på ca 15% for å kunne sammenligne med watt inn på en elektro motor.

På samme måte som 2- og 4-taktere har forskjellig karakteristikk med hensyn på hva som er best propell å benytte, har også elektromodeller en egen karakteristikk. Kort fortalt så ønsker vi som regel å benytte en propell med den største diameteren vi kan og fortsatt ha turtall/vridning nok til å opprettholde ønsket flyhastighet.

Veldig mange elektrofly benytter gir. Det at vi kan ha mange utvekslinger å velge i gjør oss fleksible på propell valg og vi kan benytte større propeller. Virkningsgraden til en propell øker raskt når diameteren øker vi får derfor en mer effektiv propell.

Som et eksperiment kan vi nå tenke oss at vi nå ønsker oss å finne et elektrisk alternativ til vår OS-70FS med 12x6 propeller. Dersom vi for enkelhetens skyld sier at vi ønsker å svinge propellen med nøyaktig halve turtallet av OS motoren betyr det også at vi må ha dobbel så stor vridning på propellen derom vi ønsker å bibeholde toppfarten. Med andre ord må vi ha en propell med 12 tommers vridning som svinges med 5300 rpm.

Dersom vi nå simulerer med APC propeller, som generelt sett er bedre egnet en Zinger for elektroformål, finner vi at en propell med 16 tommers diameter gir omtrent samme statisk skyvekraft (2894g) med bare 500W ut på aksling (eller ca 560-600W in på en god elektromotor).

Dersom man sammenligner drivverket for elektro inkludert regulator, batteri og kontakter med vekten av OS motoren med tank, drivstoff, trottelservo osv blir elektromodellen mellom 100-500 gram tyngre avhengig av regulator, batteri valg og motortype. Vår 4 kilos modell vil nå derfor veie et sted mellom 4.1 og 4.5 kilo og ha en tilført effekt på mellom 133-146 W/kilo - mao. Det som er anbefalt for en god trainer / sportsmodell.

Dersom du har kommentarer på ovenstående kan disse sendes til elektro koordinator i Larvik MFK.