สำหรับนักสร้างและบินเครื่อวบิน RC ทุกท่านนั้น จุดที่ต้องผ่านกันมาทุกคนแน่ๆคือ การเลือกระบบขับเคลื่อน (propulsion) ให้กับเครื่องบิน เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า (electric motor) เครื่องยนต์ (engine) ต่างๆ และใบพัด (propeller) เป็นต้น และในตอนนั้นทุกท่านอาจจะมีคำถามว่า ควรจะเริ่มต้นเลือกอย่างไรดี?
ในการเลือกเครื่องยนต์ (engine) มอเตอร์ (motor) และใบพัด (propeller) นั้น ก่อนอื่นเราต้องรู้ว่า Thrust จะเป็นแรงขับให้เครื่องบินพุ่งไปข้างหน้าแล้วเกิดความเร็วจนทำให้มีแรงยกเกิดขึ้น โดย Thrust จะต้องเอาชนะ drag หรือแรงต้านให้ได้ ดังนั้นการเลือกมอเตอร์กับใบพัดต้องคำนึงถึงปัจจัยเหล่านี้ โดยแรงขับจะมีความสัมพันธ์กับแรงอื่นๆด้วยดังนี้
แรงต้าน (Drag force) จะขึ้นอยู่กับรูปร่างของอากาศยานเป็นหลัก ถ้าเครื่องบินลำใหญ่ Fuselage กว้าง ลักษณะไม่เรียว ลู่ลม ก็จะมีแรงต้านมาก และเนื่องจากแรงต้านมีทิศทางตรงข้ามกับแรงขับ ดังนั้นหากแรงต้านมากก็ต้องใช้แรงขับที่มากในการเอาชนะด้วย สามารถทบทวนเรื่องของแรงต้านได้ที่นี่
แรงยก (Lift force) ถ้าเครื่องบินมีปีกเล็ก แต่ต้องการแรงยกที่เพียงพอก็ต้องพยายามทำความเร็วให้ได้สูงๆ ก็จำเป็นที่ต้องใช้แรงขับมากเช่นกัน การประมาณแรงยกและความเร็วที่ต้องใช้ในเครื่องบิน RC นั้น สามารถใช้สูตรการคำนวณ lift เบื้องต้นได้เลย โดยสามารถอ่านได้จากที่นี่
แรงโน้มถ่วง (Gravity force) ถ้าเครื่องบินมีน้ำหนักมาก แรงขับที่ต้องใช้ในตอน take off ก็จะมากไปด้วย ในการวิเคราะห์สมรรถนะของเครื่องบินในบางช่วง เช่น cruise , take off, landing จะมีการใช้ตัวแปรที่เป็นอัตราส่วนระหว่างแรงขับต่อน้ำหนัก หรือ Thrust to Weight ratio โดยสามารถทบทวนเรื่องของ thrust ได้ที่นี่
ในการคำนวณแรงขับที่เครื่องบินต้องใช้นั้นจะต้องคำนวณแรงต้านและสมรรถนะต่างๆของเครื่องออกมาให้เรียบร้อยแล้วนำไปเลือกระบบขับเคลื่อน แต่ในเครื่องบิน RC ทั่วไปสามารถประมาณเบื้องต้นจากค่า thrust to weight ratio (T/W) หรืออัตราส่วนของแรงขับต่อน้ำหนักได้ โดยมีขั้นตอนดังนี้
1. ในเครื่องบิน RC ทั่วไปนั้น นิยมใช้ค่า T/W ตั้งแต่ 0.5 ขึ้นไป นั่นหมายความว่า ต้องใช้แรงขับเป็น 0.5 เท่าของน้ำหนัก เช่น หากเครื่องบินของเราหนัก 3.0 kg แสดงว่าเราควรใช้ motor ที่มีแรงขับสูงสุดอย่างน้อย 0.5 x 3.0 = 1.5 kg (ประมาณ 1,500 นิวตัน) แต่หากต้องการความเร็วหรือความสามารถในการบินผาดโผน ว่องไวควรใช้ค่า T/W มากกว่า 1 ขึ้นไป ดังนั้นหากเครื่องบินหนัก 3.0 kg ต้องการบินผาดโผน ว่องไว ควรใช้มอเตอร์และใบพัดที่ให้แรงขับสูงสุดมากกว่า 3.0 kg ขึ้นไป
2. นำไปเลือก motor จาก data sheet หรือ spec sheet จากผู้ผลิตมอเตอร์ ซึ่งจะมีในมอเตอร์บางรุ่น เช่น Sunnysky Motor และ T-motor เป็นต้น สำหรับมอเตอร์รุ่นอื่นหากไม่มี datasheet ก็สามารถนำไปเทียบกับมอเตอร์สองยี่ห้อนี้ที่มีขนาด (เบอร์) ใกล้เคียงกันได้ ค่าแรงขับอาจจะบวกลบเล็กน้อย เพื่อใช้เป็นข้อมูลอ้างอิง ตัวอย่างเช่น มอเตอร์ที่มีแรงขับใกล้เคียง 1.5 kg ของ sunnysky ดังต่อไปนี้
Motor Sunny Sky Motor X2814 KV1000
specification ของ motor sunnysky X2814 อ้างอิงจากเว็บไซต์ทางการ สามารถดูได้จากที่นี่
ข้อมูลในภาพเป็นข้อมูลของมอเตอร์ Sunnysky X2814 ครับ โดยผู้ผลิตจะมีการบอกข้อมูลต่างๆของมอเตอร์ให้เรา เช่น กระแสสูงสุดที่ใช้ ,KV ของมอเตอร์ หรือกำลังที่จะได้ ในช่อง prop จะเป็นขนาดของใบพัด ช่อง voltage คือแรงดันของแบตเตอรี่ที่ใช้ ช่อง Thrust คือแรงขับที่จะได้ ช่อง Amps คือกระแสที่มอเตอร์จะบริโภค
3. จากข้อมูลข้างต้น หากต้องการแรงขับสูงสุดใกล้เคียง 1.5 kg ก็อาจจะเลือกใช้ใบพัด APC 11×5.5 ( เลข 11 คือ เส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัด (diameter) หน่วยเป็นนิ้ว เลข 5.5 คือระดับมุม pitch ของใบพัด) คู่กับแบตเตอรี่ 11.1 V (แบต Li-Po 3 Cells) เพื่อให้ได้แรงขับสูงสุด 1.76 kg นั่นเอง และจากตารางจะเห็นว่าเราสามารถหากระแสที่มอเตอร์จะบริโภคได้ด้วย นั่นทำให้เราสามารถนำไปคำนวณความจุของแบตเตอรี่กับเวลาในการบินได้ด้วย
4. หากไม่มีข้อมูลของมอเตอร์ที่เลือกใช้และไม่สามารถหามอเตอร์ที่ใกล้เคียงมาเทียบได้ อาจจะต้องทำการทดสอบการจับคู่ของมอเตอร์แต่ละขนาดด้วยเครื่องทดสอบแรงขับ (Thrust stand) ซึ่งมีทั้งแบบที่มีการวางขาย และแบบที่สามารถทำด้วยตนเองได้ ซึ่งสามารถดูตัวอย่างได้จากวิดีโอต่อไปนี้
5. หากมีความต้องการ (requirement) อื่นเพิ่มเติม เช่น ต้องการความเร็วในการบินสูงสุดเท่าไร พิสัยเท่าไรก็จำเป็นต้องทำการคำนวณอย่างละเอียดต่อไป
ข้อมูลอ้างอิง
Sunny Sky Motor – https://sunnyskyusa.com/collections/x-motors/products/sunnysky-x2814-brushless-motors
Basic of R/C model aircraft design book – Andy Lennon
Pingback: การประมาณเวลาการบินจาก Battery - Aexotic Aerobotics