תחום הטיסנאות החשמלית תפס תאוצה אדירה בשנתיים האחרונות כאשר התחלנו לראות את טיסני ה3D- הקלים ומסוקי המיקרו.
טכנלוגיית סוללות הליתיום אפשרה כוח גבוה ומשקל נמוך, מנועים קטנים ויעילים בעלי צריכה נמוכה, בקרים בעלי מיקרו מעבד חכמים, מיזעור של מערכת הרדיו וטיסנים הבנויים מחומרים קלים מאוד.
כל זה מאפשר להגיע למשקל נמוך ולביצועים מדהימים.
המעבר לענף זה פתר הרבה בעיות, הלכלוך,הרעש וההתעסקות עם מנועי הדלק, הצורך במסלול הטסה גדול וכו' כאשר בחשמלי מקבלים טיסה נטו, ללא ההתעסקות מסביב.
לא מעט אנשים נרתעים מההתעסקות בטיסנאות חשמלית, דווקא מהסיבה הזו.
לא מעט אנשים שדיברתי איתם טענו שללא הרעש של מנועי הבוכנה והריח של המתנול התחביב מאבד הרבה מהקסם שלו?
הענף שתפס את התאוצה העיקרית הוא טיסני ה3D- בעלי מוטת כנף של 60-100 ס"מ ומסוקי המיקרו הניתנים להטסה באולם ובכל שטח קטן.
תוך כדי הקפדה על משקל נמוך מאוד של הרכיבים ניתן לקבל זמן טיסה ארוך וביצועים גבוהים.
במאמר זה אנסה להסביר בקצרה את מבנה המערכת של טיסן חשמלי, והסבר קצר וממצה על כל אחד מהמרכיבים, בלי להכנס להסברים טכניים מורכבים ומסובכים.


טיסנאות חשמלית ? מרכיבי המערכת
רועי
הקדמה

תחום הטיסנאות החשמלית תפס תאוצה אדירה בשנתיים האחרונות כאשר התחלנו לראות את טיסני ה3D- הקלים ומסוקי המיקרו.
טכנלוגיית סוללות הליתיום אפשרה כוח גבוה ומשקל נמוך, מנועים קטנים ויעילים בעלי צריכה נמוכה, בקרים בעלי מיקרו מעבד חכמים, מיזעור של מערכת הרדיו וטיסנים הבנויים מחומרים קלים מאוד.
כל זה מאפשר להגיע למשקל נמוך ולביצועים מדהימים.
המעבר לענף זה פתר הרבה בעיות, הלכלוך,הרעש וההתעסקות עם מנועי הדלק, הצורך במסלול הטסה גדול וכו' כאשר בחשמלי מקבלים טיסה נטו, ללא ההתעסקות מסביב.
לא מעט אנשים נרתעים מההתעסקות בטיסנאות חשמלית, דווקא מהסיבה הזו.
לא מעט אנשים שדיברתי איתם טענו שללא הרעש של מנועי הבוכנה והריח של המתנול התחביב מאבד הרבה מהקסם שלו?
הענף שתפס את התאוצה העיקרית הוא טיסני ה3D- בעלי מוטת כנף של 60-100 ס"מ ומסוקי המיקרו הניתנים להטסה באולם ובכל שטח קטן.
תוך כדי הקפדה על משקל נמוך מאוד של הרכיבים ניתן לקבל זמן טיסה ארוך וביצועים גבוהים.
במאמר זה אנסה להסביר בקצרה את מבנה המערכת של טיסן חשמלי, והסבר קצר וממצה על כל אחד מהמרכיבים, בלי להכנס להסברים טכניים מורכבים ומסובכים.

מערכת הרדיו

מערכת הרדיו בטיסן/מסוק חשמלי אינה שונה כמעט מטיסן/מסוק בעל מנוע דלק.
המקלט והסרוואים זהים למערכת רגילה, ההבדל הוא שבטיסנים/מסוקים הקטנים הכל ממוזער.
מקלטי המיקרו קיימים במימדים קטנים מאוד ושוקלים בין 7-15 גרם בד"כ, ועובדים עם גבישי מיקרו על מנת לחסוך משקל ומקום.
מבחינת החיבורים למקלט אין שוני, ההבדל היחידי הוא שבמקום הסרוו שמפעיל את המצערת קיים הבקר המתחבר לערוץ זה, והוא שולט על המנוע.
הסרוואים במערכת החשמלית הם אותם סרוואים. בטיסנים הקטנים משתמשים בסרוואים מיקרו קלי משקל (5-10 גרם).
קיימים גם מאריכים לסרוואים ומפצלי Y ואנטנות קלות משקל, הכל בשביל מספר גרמים שביחד עושים את ההבדל.

רוב הסרוואים הקטנים מציעים נתוני כוח ומהירות גבוהים וזאת כיוון שהם עובדים במתח שבין 4.8-5 וולט.
מתח זה מתקבל ביציאה מיוחדת של הבקר , על מנת להפעיל את המקלט והסרוואים.
לכן כדאי להקפיד לבדוק את נתוני הסרוואים ולראות שהם מתאימים מבחינת המפרט.


הבקר

אחד הרכיבים החשובים במערכת החשמלית הוא בקר המהירות.
תפקידו של בקר המהירות כשמו, לבקר על סל"ד המנוע (הקרבורטור במנועי הדלק).
קיימים הרבה סוגים של בקרים, למנועים בעלי מברשות ולמנועים חסרי מברשות, בקרים פשוטים ועד בקרים הניתנים לתיכנות.
את הבקר בוחרים לפי מספר פרמטרים:
1. צריכת הזרם של המנוע
2. המתח של המערכת
3. כלי הטיס (מסוק/טיסן/דאון)
4. תחכום
5. מחיר.

לבקר יש מערכת קטנה נוספת בשם BEC, שתפקידה הוא להוריד את מתח הסוללה למתח בגודל 5V הדרוש לפעולת המקלט והסרוואים. המערכת מאפשרת גם ניתוק המנוע כאשר מתח הסוללה יורד על מנת שיישאר מספיק כוח למערכת הרדיו לאפשר נחיתה, ללא מנוע.
ה-BEC הוא למעשה ווסת המוריד את מתח הסוללה למתח הדרוש להפעלת המקלט והסרוואים (4.8-5 וולט).
לכל בקר יש מספר מסויים של תאים שהוא יכול לעבוד איתו ולהפעיל את מערכת הרדיו, מעבר לכך יש צורך במערכת BEC חיצונית להפעלת הרדיו, כיוון של-BEC יש מגבלה מסויימת של מתח שהיא יכולה לספוג, מעבר לכך היא פשוט תחמם ותשרף.
לכן במערכות שבהם עובדים עם מספר גבוה של תאים ללא BEC של הבקר, יש צורך ביחידה חיצונית המתחברת בין הסוללה למקלט שתפקידה לספק את מתח הפעולה הדרוש למקלט, או בעזרת סוללה נוספת קטנה יותר למערכת הרדיו.
יש לשים לב למספר הסרוואים הניתנים לשימוש, כיוון שיחידת ה-BEC מוגבלת בזרם, היצרן מפרט עד כמה סרוואים ניתן להשתמש בהתאם לסוגם, ולצריכת הזרם שלהם.
לכל בקר יש 3 חיבורים: למנוע, למקלט ולסוללה.
1. זוג חוטים עבים בד"כ המתחברים לסוללה.
2. מחבר 3 פינים המתחבר למקלט. (זוג חוטים להזנת מתח למקלט ולסרוואים, וחוט סיגנל,מהמקלט לבקר)
3. יציאת הבקר. זוג חוטים במקרה של מנוע מברשות או 3 חוטים במקרה של מנוע חסר מברשות.
הבקרים המובילים היום הם אלו הניתנים לתכנות ומאפשרים מגוון של פונקציות, לעומת בקרים פשוטים שאינם מציעים פוקנציות הניתנות לשינוי.
בקרים מסוג זה מאפשרים לשנות מספר דברים:
1. ברקס בהורדת מנוע לסרק (עבור דאון עם פרופלור מתקפל) או ביטולו.
2. CUT OFF כאשר הסוללה מגיעה למתח המינימלי בהתאם למספר התאים וסוגם.
3. סוג ה-CUT OFF, מיידי או הדרגתי.
4. הגבלת זרם הנצרך מהבקר ע"י המנוע.
5. סוג תגובת המצערת. (תלוי באם מטיסים טיסן או מסוק, בלי להכנס לפרטים נוספים)
6. תזמון המנוע, בהתאם לסוגו.
7. SOFT START, פונקצייה שמתייחסת לעבודה עם מנוע בהנעה ישירה של המדחף או דרך גיר.

פונקציית ה-CUT OFF היא חשובה, במיוחד כאשר עובדים עם סוללות הליתיום היקרות.
כאשר הבקר מזהה מתח הקרוב למתח המינימלי של המארז (כפי שהוגדר לו) הוא פשוט מנתק את מקור הכוח או עושה זאת בהדרגתיות, וזאת על מנת שלא לפרוק יותר מדי את הסוללה על מנת שלא תנזק.
*לכן בעבודה עם תאי ליתיום כדאי לעבוד עם בקר מתאים, שפונקציה זו קיימת בו או למי שאין כזה כדאי לרכוש יחידת CUT OFF חיצונית.





המנוע

כעיקרון קיימים 2 סוגי מנועים לשימוש בטיסנים חשמליים.
מנועי brush ? מנועי בעלי מברשות.
מנועי brushless ? מנועים ללא מברשות.
ההבדל העקרוני הוא שבמנועי מברשות הזנת הזרם לסלילים שנמצאים על הרוטור (הדרושים ליצירת השדה האלקטרומגנטי), נעשית ע"י זוג מברשות (הידועים בשם "פחמים") שנצמדות למגעים הקבועים של הסלילים שממוקמות על הציר (קולקטור).
הבעיה היא שבמנועים בעלי הספק גבוה, צריכת הזרם גבוהה, החום שמתפתח בנקודת המגע בין המברשת למגע המתכתי הקבוע הוא גבוה.
במשך הזמן "נאכלות" המברשות והתוצאה היא גמגומים בפעולת המנוע (כתוצאה ממגע לא אחיד בין המברשת למגע המתכתי), אובדן כוח, ובסופו של התהליך המנוע לא עובד.
במנועים יקרים ואיכותיים ניתן להחליף את המברשות השחוקות בחדשות, אולם במנועים הפשוטים והזולים שמסופקים ביחד עם רוב הטיסנים לא ניתן להחליף מברשות, ולאחר מספר שעות עבודה (תלוי בסוג המנוע, באיכות שלו ובצורת השימוש של המטיס), יש להחליף את המנוע לחדש.
טווח המחירים של מנועים בגודל 300 נע בין 50-100 שקלים.



אם כך ראינו שהחיסרון העיקרי של מנוע מברשות הוא באמינות שלו ובאורך החיים המוגבל.
כתוצאה ממגבלות אלו עברו לשימוש במנוע חסר מברשות.
בתמונה הבאה תוכלו לראות את ההבדל בין מנוע עם מברשות לבין מנוע חסר מברשות.
כעיקרון על מנת לא לסבך את ההסבר, נאמר שבמנוע חסר מברשות הסלילים הם נייחים, ולכן הזנת המתח אליהם היא בחיבור ישיר בין הבקר למנוע, ללא שום צורך במברשות, כשהחלק הנע הוא המגנטים.
באופן תאורטי מנוע זה הוא בעל אורך חיים גדול מאוד מכיוון שאין מברשות או חלקים מתכלים אחרים.
בתנאי כמובן שנקפיד על שימוש במספר תאים תואם בהתאם להוראות יצרן המנוע ונשתדל שהמנוע לא יספוג מכות וחבטות מיותרות, דבר שעלול לגרום לעיקום הציר או לשבר.
מנוע חסר מברשות דורש שימוש בבקר המיועד למנוע מסוג זה.
מנועי הבראשלס שמשמשים בטיסנים הם מנועים תלת פאזיים, ולכן ביציאת הבקר המיועד למנועים אלה יש 3 חוטים.
בד"כ יש התאמה בין הצבעים של החוטים ביציאת הבקר לחוטים של המנוע, ויש לחבר אותם בהתאמה.
במידה וטעינו המנוע פשוט יסתובב לצד הלא נכון ואז יש להפוך בחיבורים של זוג חוטים על מנת לקבל את הכיוון הרצוי.
בד"כ המנועי והבקרים מגיעים ללא מחברים בקצוות החוטים.
במידה ולא משתמשים במחברים, יש להלחים את החוטים בין הבקר למנוע ולהקפיד על הלחמות מעולות כיוון שצריכת הזרם יכולה להגיע למספר רב של אמפרים.
כמו כן יש להקפיד על בידוד נאות בין החוטים על מנת למנוע גרימת נזק לבקר כתוצאה מקצר בחוטי היציאה שלו.
במנועי בראשלס ניתן להבחין בין שני סוגים עיקריים:
INRUNNER
OUTRUNNER

כפי שאתם רואים בתמונות קיים הבדל מהותי בין שני המנועים האלו.




מנוע INRUNNER הוא מנוע שהחלק הנע הוא פנימי (המגנטים נמצאים על הציר והם מסתובבים).
מנוע OUTRUNNER הוא מנוע שהסלילים נמצאים באמצע, במצב קבוע והחלק הנע הוא החלק החיצוני של המנוע שאליו מודבקים המגנטים שמקיפים את הסלילים.
במנועי OUTRUNNER משתמשים במספר גבוה יותר של מגנטים לעומת מנועי INRUNNER.
מנועי INRUNNER מפתחים סל"ד גבוה ולכן מתאימים לטיסנים מהירים בעבודה עם מדחף קטן בעל פסיעה גבוהה, או ע"י שימוש בתיבת גיר לסיבוב מדחף גדול לטיסני 3D.
מנועי OUTRUNNER הם בעלי סל"ד נמוך ומומנט גבוה ולכן אין צורך בגיר וניתן להשתמש בהינע ישיר למדחף.
הבדל נוסף הוא בצורת המתקון של המנוע לטיסן.
מנועי ה-INRUNNER אשר עובדים עם גיר מותקנים בד"כ באמצעות חיבור הגיר לקורת עץ בגוף הטיסן, לעומת מנוע OUTRUNNER שקיימות בשבילו מספר אופציות של תושבות.
קיימים בשוק מגוון מאוד גדול של מנועים בטווחי מחירים שונים, ומומלץ להתאים את גודל המנוע לטיסן לפי המלצות יצרן הטיסן.



הסוללה

הסוללות המובילות היום הם מסוג ליתיום פולימר, טכנולוגיה חדשה המאפשרת לקבל תא קל משקל ובעל קיבולת גדולה בהרבה מתא ניק"ד/נימ"ה.
מתחו של תא ליתיום פולימר הוא 3.7 וולט, כאשר הוא טעון הוא מגיע ל4.2- וניתן לפרוק אותו עד ל3- וולט ברוב המקרים, פריקה עמוקה יותר תקצר באופן משמעותי את חיי התא.
ככל שהקיבולת גבוהה יותר ניתן יהיה להניח שזמן הטיסה ארוך יותר, אך מצד שני המשקל עולה. לכן כדאי להתאים את קיבולת הסוללה לצרכים. לכל מערכת יש יחס של קיבולת למשקל שמאפשר זמן טיסה נתון.
לדוגמה: בטיסני ה3D- הפופולריים במוטת כנך של 80 ס"מ, משקל הטיסה הכולל נע בין 250 ועד 400 גרם. הסוללות הנפוצות לגודל זה הן בעלות קיבולת של 500-1200 מ"א, מעבר לכך לא מקבלים תוצאות טובות יותר והמשקל עולה.
מארזי הסוללות קיימים במגוון גדול מאוד של אפשרויות, חיבור של מספר סוללות בטור מאפשר קבלת מתח גבוה או מספר סוללות המחוברות במקביל על מנת לקבל קיבולת גבוהה.
הסימון המוכר למבנה המארז הוא XSXP (X הוא המשתנה).
S=SERIES, חיבור התאים בטור.
P=PARALLEL, חיבור התאים במקביל.
לדוגמה: 3S2P = זוג מארזים המחוברים במקביל בעלי 3 תאים, בקונפיגורציה כזו משתמשים לקבלת קיבולת גבוהה במערכות חשמליות גדולות בד"כ.
בטיסני ה3D- עובדים עם 3 תאים המחוברים בטור, והסימון לכך הוא 3S1P.
במערכות גדולות מרכיבים ממספר מארזים מקור כוח גדול אחד.
בטיסנים גדולים מאוד שבד"כ נמשכים ע"י מנועי 100 סמ"ק בנזין, מארזי הסוללות התחליפים הם 16S4P, כלומר 4 מארזים בעלי 16 תאים כל אחד !!! חיבור 4 המארזים מאפשר קיבולת אדירה בסביבות ה10- אמפר והמספר הגבוה של התאים את הכוח המטורף, 60V.
פרמטר חשוב כאשר מחפשים סוללה הוא כמה זרם אפשר לצרוך ממנה, נתון זה כתוב על הסוללה בד"כ וסימונו באות C (CURRENT=זרם)
יש שני פרמטרים המאפיינים את יכולת הסוללה לספק זרם:
1. צריכה מתמשכת
2. צריכה בשיא (PEAK)
לדוגמה: סוללה בקיבולת 1 אמפר/שעה שניתן למשוך ממנה 10C מתמשך ו15C- רגעי, כלומר ניתן למשוך עד 10 אמפר מתמשך ועד 15 אמפר לזמן קצר כמו משיכה חזקה מריחוף (בתנאי שהבקר עומד בכאלו זרמים).
צריכה של מעבר לנתונים אלו תגרום להתחממות הסוללה ולקיצור חייה.
דבר נוסף הוא שסוללות אלו רגישות למכות, במידה והסוללה נפגעה בריסוק, יש להניח אותה בשטח פתוח למשך 15-20 דקות, סוללה שנפגעה יכולה להתלקח גם לאחר 10 דקות.
קיימים בשוק מותגים במגוון רחב וכל משתמש צריך להתאים לעצמו את התא, או התאים המתאימים בהתאם לנתונים החשמליים של המנוע וגודל ומשקל הטיסן.

המטען

החיסרון הגדול בסוללות הליתיום פולימר הוא היציבות שלהן, הן רגישות למכות,חום גבוה,טעינת ופריקת יתר.
על מנת לטעון אותם קיימים מטענים המיועדים לתאים אלו ואין להשתמש במטען אחר.
מטענים אלו הם מטענים "חכמים", כלומר הם יודעים לעצור את הטעינה בזמן ולזהות שגיאות כמו מתח נמוך של תא המעיד על תא פגום או חיבור רופף.
מטען חכם לא יטעין תא שמתחו ירד מתחת ל-3V.
הטעינה במטען ליתיום היא בשיטת Constant current/constant voltage.
אין לטעון סוללה בזרם הגבוה מהקיבולת שלה (1C).
לדוגמה: סוללה בקיבולת של 1000 מ"א אסור להטעין ביותר מ1000- מ"א, לכן זמן הטעינה הוא לא פחות משעה (בד"כ מעט פחות כיוון שלא פורקים את הסוללה עד הסוף).
טעינה בזרם גבוה יותר תגרום לחימום וקיצור הסוללה ולשריפתה.
מניסיון, כדאי להשקיע מעט יותר ברכישת מטען חכם מחברה ידועה, מאשר מטענים פושטיים, שאמנם זולים יותר, אבל אינם שומרים על סוללה תקינה לאורך זמן.

בקישור זה ניתן לראות מה קורה לסוללת ליתיום לאחר טעינה יתר.

מחברים

כאן יש משמעות גדולה למחברים, כיוון שעוברים דרכם זרמים גבוהים.
מחברים רופפים או מחברים שלא מיועדים לצריכת המערכת יתחממו, ייגרמו לבזבוז כוח ולשריפת חוטים (והמשמעות לא נעימה)
ככל ששטח המגע בין שני הצדדים במחברים גדול יותר כך ניתן להעביר זרם גבוה יותר.
המחברים הפופולריים למערכות הקטנות הם מחברי JST
לזרמים הגבוהים מ15- אמפר משתמשים במחברי DEAN, אלו מחברים בעלי שטח גבוה של מגע המיועדים לזרמים גבוהים מאוד (מעל 40 אמפר).
מי שבוחר להתקין מחברים בין הבקר למנוע חייב להתקין גם את את המחברים הנכונים בהתאם לצריכת הזרם של המנוע.



GOING BIGGER


היום כל טיסן ומסוק בעל מנוע מתנול/בנזין ניתן להסב לחשמלי ללא קשר לגודל.
אפשר לראות טיסני 40% ומסוקים 90 חשמליים עם אותם הביצועים של מנועי הדלק.
החיסרון העיקרי ככל שעולים בגודל הוא מחיר הסוללות.
סוללות הליתיום אינן זולות ובמארזים גדולים ומורכבים המחירים למגיעים למאות ואלפי דולרים.
במערכות גדולות הסוללות מפעילות רק את המנועים, ולמערכת הרדיו יש סוללות אחרות.
השיטות הנפוצות להסבת טיסן גדול לחשמלי היא בד"כ ע"י יש שימוש במספר מנועים חשמליים גדולים שמסובבים גיר ומאפשרים סיבוב מדחף גדול.
אפשרות שנייה שתופסת תאוצה היא שימוש במספר מנועי OUTRUNNER המורכבים על אותו ציר.




סיכום
כפי שראינו תחום הטיסנאות החשמלית התפתח מאוד בשנים האחרונות, וניתן לאפיין ולבנות מערכת טיסן חשמלי בעל ביצועים גבוהים במחירים סבירים ביותר.


הטיסנאות החשמלית מאפשרת התרכזות בטיסה עצמה נטו, ומתאימה למי שאינו מעוניין להתעסק בכל מה שכרוך בטיסנים שעושים שימוש מנועי דלק.
חסל סדר לכלוך, עשן, ציוד התנעה, רעש וכל מה שכרוך בזה.
אני את החשמלי שלי מטיס הרבה פעמים בכיכר המדינה בלב ת"א או בפארק הירקון, והכיף הוא אדיר.
שוב כפי שציינתי יהיו כאלה שיאמרו, שללא כל מה שציינתי למעלה התחביב מאבד מהקסם שלו, כפי שאני חשבתי בהתחלה, אבל לאחר שטועמים, רוצים עוד.

רועי