Pytanie do fachowców - praktyków o siły aero na sterach (dobór zasilania serw)

[AMC]

Witam Panów  ,

 

zaczęło się od tego, że jesienią kolega skretował sporego piankolota na środku dość ruchliwej drogi. Na szczęście bez złych następstw, nawet go nie rozjechali - kierowcy, którzy się zatrzymali na ten niecodzienny widok życzliwie i pewną ciekawością odnieśli się do tego drobnego incydentu lotniczego.

Przyczyna: serwo. I to dość dobrej firmy... Padł klucz mocy (mosfety w serwie) i zwarł cały obwód BEC-a, napięcie zniknęło. Model bez kontroli, radio z niego zasilane też umarło w powietrzu.

W sumie nic nowego, na Forum są fotki takich popalonych serw ze stopioną obudową. Na szczęście to nieczęste zdarzenia. Jednak lepiej byłoby, żeby i takich nie było wcale.

Kolega zwrócił się do mnie o poradę, jak na przyszłość zabezpieczyć się od takich niespodzianek. No i zabił mi klina... 

 

Da się zrobić takie urządzenie, które rozwiąże ten problem. Przy okazji także kilka innych dość dobrze znanych z tym powiązanych.

Tak więc wziąłem się za robotę.

Prototyp, w którym możliwe są zmiany jest już gotowy i działa, wykazując zadowalające cechy i parametry. Czekam z oblotem na odpowiednią pogodę, bo jest -12*C za oknem.

Teraz potrzebna jest Wasza opinia i uwagi.

Urządzenie na tę chwilę posiada / zawiera:

 

- możliwość dołączenia jako żródło zasilania instalacji modelu dwóch odseparowanych, ale współpracujących pakietów 2S, 3S lub 4S (nawet do 12S) w dowolnej kombinacji, nie muszą być jednakowe. Może to być np. pakiet napędowy i dowolny pomocniczy. Mogą pracować oba na raz lub wybrany z nich jako zasadniczy, po jego wyczerpaniu bądż awarii przełączenie na ten drugi nastąpi samoczynnie. Tu jest dość dużo możliwości / wariantów i nie da się zrealizować wszystkich na raz jedną wersją wykonawczą urządzenia, jedynie te kilkanaście najbardziej prawdopodobnych co do przydatności praktycznej.

 

- wielodrożny SBEC 7A lub 14A (realne te ampery, nie chińskie...Chińskich to mniej więcej w przeliczeniu 15...25). Wielodrożność zapewnia niezawodność, awaria któregoś z torów (lub nawet dwóch) nie przerywa lotu i może być niezauważona od razu, chyba że system kontroli napięć i powiadomienia o odchyłce od normy jest aktywny.

 

- 8 przyłączy JR do serw HV, zabezpieczone grupami po dwa w grupie. Ustawiłem wstępnie zabezpieczenia nadprądowe na 3A.

 

- 8 przyłączy JR do serw 5V. Tu każde serwo ma osobny stabilizowany zasilacz ze wszystkimi niezbędnymi zabezpieczeniami - nadprądowym, przeciwzwarciowym i termicznym (bilans mocy wydatkowanej). Zabezpieczenia nadprądowe są wystarczająco szybkie jak na to, aby celowe "chamskie" zwarcie klucza mocy w serwie (na bramkach mosfetów!!! - nie na kabelkach, tu chodzi o testową prowokację najgorszej ewentualności) nie powodowało złych następstw i zwykle... przechodziło niezauważone w praktyce. Czyli ratuje serwo po błędzie jego sterowania, który to błąd zwykle doprowadza do zniszczenia serwa i modelu czasem też - przypadek mojego Kolegi.

Zabezpieczenia nadprądowe można ustawić na 1...4A max dla pojedynczego serwa, dla każdego indywidualnie.

  Można podłączać serwa obydwu typów równocześnie w dowolnej kombinacji.

 

- monitoring obydwu napięć zasilających z kilkustopniową sygnalizacją opadania napięcia. Na razie zrobiłem optyczną, wykorzystując do tego światła pozycyjne modelu - migają w określony, nie wymagający skupiania na nich uwagi sposób, intuicyjnie czytelny. Okazać się to może bardzo przydatne dla świadomości stanu pakietu napędowego, nie trzeba będzie może latać na stoper albo wkurzać na hałas otoczenia, gdy nie słychać pisków ostrzeżenia z telemetrii. Pomiar jest wykonywany na bieżąco, chwilowy spadek napięcia pakietu trakcyjnego od obciążenia silnikiem też może być sygnalizowany, jeżeli napięcie zejdzie poniżej górnego progu powiadomienia. Początek powiadamiania ustawiłem wstępnie na 3,75V / ogniwo.

 

- niezbędne filtry p-zakłóceniowe.

 

Ponieważ muszę przewidzieć i układowo zaprojektować niezbędne minima zapotrzebowania prądowego serw i pogrupować je jakoś logicznie, potrzeba mi wiedzy o siłach praktycznie najczęściej występujących na powierzchniach sterowych przeciętnego modelu RC. Gdzie są największe w danym rodzaju modelu (trenerek, akrobat, platforma FPV, holownik, śmigłowiec) : na lotkach, na SW czy na SK ? No bo klap na prędkości to się nie otwiera... Chociaż, różnie to bywa  ...

A w heliku cyklika czy ogonek ? A może ogólny ? No bo przepustnica w spaliniaku to raczej dużo nie potrzebuje...

 

Model przygotowany do oblotu urządzenia to Sky Cruise 2400. On nie jest miarodajny dla wszystkich możliwości, ma dość mały SK i długaśny kadłub.

 

Chyba nie jest już tajemnicą, że rozważam wykonanie więcej niż tylko prototypu i w wersji profi , żeby wstydu nie było  .

Wasze uwagi i spostrzeżenia widzę jako (bez)cenne  .

[oko]

Od dawna się zastanawiam jak się zabezpieczyć przed awarią kluczowego serwa steru wysokości, albo zablokowaniem pozostałych w skrajnych pozycjach (co jest mniej prawdopodobne). Opisane rozwiązanie nie rozwiązuje tego problemu. Ogólnie "nie zaszkodzi", choć wielkość i ciężar zapewne będą znaczne?

 

W większych dronach i tak się stosuje zasilanie ze zdublowanych BECów z diodą Schottky'ego, tak jak doradza to ArduPilot. Czy ono by zostało zabite przez zwarcie w serwie?

 

Może opisany pomysł mógłby dobrze się sprawdzić z połączonymi dwoma serwami w sterze wysokości? Gdyby jednemu "odbiło" i nie nastąpiłoby zwarcie, to drugie by to jakoś skompensowało?

 

Dużo też zależy od tego w jakiej technice jest to zrealizowane? Na ile jest podatne na wibracje, wilgość (potencjometry), jak z awaryjnością?

[AMC]

Zależy, jakiego typu będzie to awaria tego kluczowego serwa. Jeżeli ta najczęstsza, czyli chwilowy błąd wewnętrznego układu sterującego serwa skutkujący załączeniem "górnych" i "dolnych" mosfetów klucza jednocześnie, czyli zwarciem plusa zasilania z masą przez mosfety, to własnie tak jak napisałem - zabezpiecza. W takim przypadku dochodzi prawie zawsze do natychmiastowego stopienia struktur mosfetów przez duży prąd zwarciowy i w efekcie zwarcie trwałe, już nie chwilowe.

Jednak to "natychmiastowe" też ileś trwa, nic nie jest pozaczasowe także (czy raczej zwłaszcza) w elektronice. Ogranicznik prądu odpowiada 1000-krotnie szybciej niż rozpoczęcie nieodwracalnej destrukcji struktur krzemowych, a ograniczonego prądu do tej destrukcji już nie wystarcza. Po jednej lub kilku nieszkodliwych szpilkach prądu zwykle wszystko wraca do normy, o ile układ sterujący w serwie nie ma zabójczego feleru, co wyszłoby na jaw już przy pierwszym jego załączeniu w modelu albo poza nim. 

Powyższe wyjaśnienie odpowiada także na drugie Twoje pytanie - napięcie z zespołu SBEC nawet się nie kiwnie, bo w/w szpilka prądowa jest brana głównie z elektrolitów stabilizatora. W wersji SBEC 14A pracują cztery przetwornice, wybuch którejś z nich nie ma wpływu na pozostałe, latasz sobie dalej. Chyba nie muszę opisywać zabezpieczeń od strony pakietów ? Też oczywiście są takowe. A te przetwornice starałem się zamęczyć w testach - żadna nie wybuchła ani się nie zepsuła. Bo podzespoły nie jakieś z pod krzaka, tylko gwarantowane (to jest w sufixach, vide karty katalogowe).

Urządzenie będzie w wersji docelowej dostosowane do wymagań RC. Niezawodność jest podstawą, względna odporność na wibracje też musi być nie gorsza, niż w dobrych powszechnie używanych podzespołach RC (odbiorniki, ESC itp.).

Jeżeli użyję potencjometrów PR, to tylko hermetycznych, ale wolę ich unikać w takich układach.

Wielkość i ciężar to pojęcia względne... 50 gramów to już może być postrzegane jako ciężkie, wiadomo, że przy projektowaniu cały czas zwraca się na to uwagę i wybiera coś kompromisowo pomiędzy gabarytem, ciężarem, ceną, dostępnością, kosztami dodatkowymi (montaż), parametrami, jakością, cechami szczególnymi... To nie jest bułka z masłem  .

[cZyNo]

Satbilizatory liniowe ULD doskonale zabezpieczają serwa jeśli ktoś bardzo potrzebuje. Lekkie i łatwo sie montuje. I sprawdzone. Nawet na dwóch spalonych serwach. Przy okazji eliminują potrzebę stosowania jakiś tam centralnych ubeców

A tak przy okazji pomysłu....modelarze zawzięcie potrafią skomplikować proste rozwiązania... zawsze mnie to dziwi dlaczego...

A jak ktoś ma drogi model to i tak kupi porządny i sprawdzony powerbox

[AMC]

Satbilizatory liniowe ULD doskonale zabezpieczają serwa jeśli ktoś bardzo potrzebuje. Lekkie i łatwo sie montuje. I sprawdzone. Nawet na dwóch spalonych serwach. Przy okazji eliminują potrzebę stosowania jakiś tam centralnych ubeców

A tak przy okazji pomysłu....modelarze zawzięcie potrafią skomplikować proste rozwiązania... zawsze mnie to dziwi dlaczego...

A jak ktoś ma drogi model to i tak kupi porządny i sprawdzony powerbox

Własnie takie tam wetknąłem  . Wiec raczej będzie porządek w instalacji, nie komplikacja. Powiedz jeszcze, których producentów i z jakiego okresu produkcji są sprawdzone.

A dlaczego zakładasz, że ten będzie nie-porządny ? Wyzbyjmy się polskich kompleksów "gorszości", bo już nie raz fakty pokazały, że są bezpodstawne. Będzie porządniejszy od jakiegokolwiek innego na rynku, choćby przez świadomość odpowiedzialności, która co do urządzeń rynkowych zwykle nie istnieje. Zdarzało mi się tworzyć urządzenia z wymogiem najwyższego poziomu niezawodności, z dożywotnią gwarancją. Jak sam zrobię, to wiem z grubsza co powstało. Jak kupię - to zazwyczaj kota w worku. Mogę tylko wierzyć pobożnie, że kupiłem dobry egzemplarz.

A jak daleko posunęły się handlowe ściemy, to już niektórzy sami sprawdzili: chiński BEC 8A daje ledwo 3A, taki renomowanej firmy 20A - na pomiarze 10,5A i ledwo zipie sypiąc zakłóceniami, że w telefonie słychać. A kosztuje 160 zetów.

[cZyNo]

Ale ja gdzieś napisałem o czymś chińskim?

Komplikacja to dodatkowa płytka i cuda niewidy.

Każdy stab jaki sprawdzałem działał. Używałem ST M robionych na taiwanie. Jak i układów z taiwan Semicinductor.

[AMC]

Ale ja gdzieś napisałem o czymś chińskim?

Komplikacja to dodatkowa płytka i cuda niewidy.

Każdy stab jaki sprawdzałem działał. Używałem ST M robionych na taiwanie. Jak i układów z taiwan Semicinductor.

Jedne i drugie bardzo dobre, też używam, nie spotkałem problemów z nimi. Tylko zwykle max.1,5A (te w obudowie TO220). Wieszałeś je na kabelkach, czy na jakiejś dodatkowej płytce ? Tu nie ma cudów a niewidów to już całkiem brak - jest uporządkowanie rzeczy znanych i lubianych.

 

A o tych siłach na sterach to coś powiesz, bo głównie po to się napinałem...

[dariuszj]

A o tych siłach na sterach to coś powiesz, bo głównie po to się napinałem...

 

www.piotrp.de > Artykuły modelarskie > Wyliczanie sił na sterach i dobieranie serw

 

Możesz też sięgnąć do literatury lotniczej i zapoznać się jak się liczy siły na sterach. 

 

[AMC]

Dzięki - chyba tylko na tej teorii się oprę, wynika z tego, że właściwie do każdego modelu lub grup podobnych modeli trzeba będzie indywidualnie ustawiać te zabezpieczenia, aby można było im zaufać.

Dotychczas planowałem dostosowywać je do konkretnego typu serwa, ale stopień rzeczywistego obciążenia takich samych serw w różnych modelach jest bardzo różny. A to ma działać, nie tylko czynić pozory.

[oko]

Mogłoby być tak że urządzenie w trybie kalibracji by mierzyło siły na sterach (przez pobór prądu z serw? jest zależność między poborem prądu a siłami?) a potem by się dawało odpowiedni zapas. Mogłoby nawet się kalibrować po jednym serwie. Wszystko to jest lekko (a nawet mocno) przekombinowane, ale i ciekawe?

[AMC]

Przekombinowane z Naszego, amatorskiego punktu widzenia to fakt - jest. Miałem możność kiedyś śledzić drogę powstawania jednego z serw Graupnera. Wykonywała to prywatna firma... Cały plik dokumentów z badań i pomiarów, do najdrobniejszych szczegółów. To, co tu kombinuję to zabawa klockami w porównaniu do normalnego procesu projektowo-produkcyjnego. Wszystko jest względne...

 

Zależność pomiędzy prądem pobieranym a siłą generowaną oczywiście jest i to w pewnym zakresie niemalże liniowa. Nie ma problemu z dokładnym pomiarem jednego i drugiego na stanowisku, ale w locie...? 

Prawdopodobnie miniaturowy amperomierz rejestrujący zainstalowany w modelu rozwiąże ten problem. Jego zeznania w konfrontacji z pomiarami stanowiskowymi dadzą odpowiedż, jakie tam występują rzeczywiste siły... Bo może się okazać, że kitowe rożki to na żyletkę pracują, ich związania ze sterami - też.

 

Każdy uczciwy kontrahent-dystrybutor poczuwa się do odpowiedzialności za jakość oferowanego towaru. Więc wymaga uwiarygodnienia tej jakości od dostawcy-producenta. Co ma odpowiedzieć producent, że na czym się opierał przy projekcie ? Z Księżyca sobie zdjął te ustawienia ? Czy rzetelnie podszedł do zadania i pomierzył, co trzeba było pomierzyć ?

[oko]

 

 

Każdy uczciwy kontrahent-dystrybutor poczuwa się do odpowiedzialności za jakość oferowanego towaru. Więc wymaga uwiarygodnienia tej jakości od dostawcy-producenta. 

 

Ale certyfikacja SkyEye'a i innych piankolotów to chyba jednak przesada? Świadectwo zdatności do lotu, badania przez inspektora nadzoru, CAMO, biuletyny...

 

A może szybki bezpiecznik topikowy by wystarczył do każdego serwa? 

[AMC]

Ale certyfikacja SkyEye'a i innych piankolotów to chyba jednak przesada? Świadectwo zdatności do lotu, badania przez inspektora nadzoru, CAMO, biuletyny...

 

A może szybki bezpiecznik topikowy by wystarczył do każdego serwa? 

Masz na myśli Sky Cruise'ra ? A po co miałbym go certyfikować ? Zrobię to, gdy będę miał zamiar nim zarabiać pieniążki, świadectwo zdatności i rejestracja własnego BSP, bez powoływania się na deklaracje producenta to są prostsze procedury, niż być może myślisz. Wystarczy, że sprzęt jest OK. (nie ma wad dyskwalifikujących, jest poprawny konstrukcyjnie), dobrze go opanowałeś - jesteś w niego wlatany i to wykażesz przed Wysoką Komisją, przedstawisz podpisaną dokumentację swoich dokonań jako konstruktora (o ile istnieją takowe, jak brzęczysz np. fabrycznym Phantomem to nic takiego nie potrzeba). Jeżeli z tej dokumentacji wynika, że zrobiłeś coś sensownego dla niezawodności czyli bezpieczeństwa lotów, to już jesteś zauważony... Chyba wiesz, co to oznacza  .

Jak posiadasz Świadectwo Kwalifikacji, to możesz sobie zarejestrować sprzęt - będzie miał swój numer , kosztuje to cztery dyszki raptem. A sporo zmienia...

 

Ale jeżeli masz na myśli fabryczne piankoloty, to weż do ręki instrukcję - mają certyfikat ! Przynajmniej te szanujących się firm (np.MPX), które - dziwna sprawa - doskonale także latają w praktyce, nie tylko na papierze, co jest powszechnie znanym faktem. Porozmawiaj z Riku Modelsport, Ci ludzie mają światowe osiągnięcia w konstruowaniu szybowców, więc mają coś do powiedzenia w temacie procesu powstawania nowej konstrukcji.

 

No, chyba że masz pecha albo nie wierzysz we własne możliwości... Te są prawie zawsze większe, niż się z początku może Nam wydawać (pomijam dętych bufonów, mówię o ludziach z pokorą patrzących na skalę komplikacji w temacie).

Przyznaję, że lotnicze RC to jedno z najtrudniejszych hobby, jakie znam. Mało kto praktycznie o tym pamięta (ja też), stąd krety to normalka.

 

Bezpiecznik topikowy nie uratuje serwa, najwyżej go rozłączy, ale jest zbyt wolny jak na to, żeby ocalić tranzystory w serwie przed zniszczeniem. Chyba nie dość zrozumiale wyjaśniłem proces tego ocalania szybkim ogranicznikiem, który oczywiście ma także szybki autorestart - po krytycznej chwili napięcie wraca do normy i serwo działa normalnie dalej, aż do następnego błędu sterownika. A ten może się znowu pojawić 20ms póżniej (następne zbocze PPM), albo następnego dnia, albo wcale...

Pamiętasz relację na forum z prośbą o diagnozę, dotyczącą Cessny (?), której silnik BLDC emitował przy pracy głośne trzaski ? To właśnie procek w ESC sypał błędami powodującymi krótkie połączenia sprzeczne, czyli zwarcia zasilania. Silnika, będącego jednocześnie generatorem w czasie pracy - też. Elektrodynamiczne oddziaływanie udarów prądu jest słyszalne jako takie trzaski właśnie. Tylko tam przełączanie nie ustaje, a tak krótki udar mosfety w ESC wytrzymywały.

W serwie jest najczęściej szczotkowiec, załączany na dłuższy czas, ponad ten niszczący w razie błędu. Ogranicznik prądu nie dopuszcza do destrukcji i daje szanse sterownikowi na poprawę pomyłek po kolejnych impulsach PPM, czyli tych dochodzących do serwa z odbiornika.

Teraz już lepiej rozumiesz, jak to działa ?