đồ án thiết kế máy thiết kế thủy phi cơ evtol

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.86 MB, 77 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG CƠ KHÍ

<b>ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁYThiết kế thủy phi cơ eVTOL</b>

Giảng viên hướng dẫn :TS. Hà Mạnh Tuấn

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Ngày nay, nhu cầu du lịch, tham quan các danh lam thắng cảnh của nước tangày càng tăng. Với đường bờ biển dài cùng các vịnh, hồ, … nổi tiếng nhu cầu dichuyển trên mặt nước là rất lớn. Hiện tại, những hình thức di chuyển trên mặt nướcphổ biến ở các khu du lịch là ca nơ, du thuyền, … cịn khi muốn ngắm cảnh từ trêncao, người ta có thể dùng dù lượn, khí cầu, …Với việc muốn thực hiện đồng thời cả2 yêu cầu trên, thủy phi cơ có thể đảm nhận tốt nhưng nhược điểm là chiếm khoảngkhông gian lớn, điều kiện cất cánh đơi khi là khó khăn ở những khu vực đơngkhách du lịch. Từ đó ý tưởng cho một thiết bị thủy phi cơ có thể cất hạ cánh thẳngđứng, nhỏ gọn về không gian và dùng nguồn năng lượng điện (vấn đề đang rấtđược quan tâm gần đây) ra đời. TE3Airblade được thiết kế dựa trên mẫu LancerePAV của công ty Esprit Aeronautics thuộc Vương quốc Anh. Đây là một sản phẩmeVTOL cá nhân kết hợp cánh bằng hỗ trợ lực nâng khi bay hành trình, giảm tải chocác động cơ cánh quạt.

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<i>Hnh 2: Hnh ảnh ý tưởng cho TE3Airblade</i>

Đồ án này nhóm chúng em xin trình bày thiết kế sơ bộ thủy phi cơ điện lênthẳng TE3Airblade dựa trên ý tưởng của Esprit Aeronautics.

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hà Mạnh Tuấn đã tận tính hướng dẫn,giúp đỡ chúng em hồn thành đồ án này. Do kiến thức còn hạn chế cũng như khảnăng sử dụng các phần mềm còn chưa thành thạo nên cịn nhiều thiếu sót, chúngem rất mong các thầy cơ đưa ra những góp ý, sửa chữa để đồ án được hoàn thiệnhơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>Nhận xét của giảng viên hướng dẫn:</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>NHIỆM VỤ CỦA CÁC THÀNH VIÊN</b>

Phùng Cảnh Châu 20207108 Tính tốn bu lơng, sơ bộ các kíchthước + Chế tạo mơ hìnhNguyễn Quang Huy 20207120 Thiết kế hình dạng, kết cấu phao +

Chế tạo mơ hìnhNguyễn Xn Khá 20196861 Tính tốn thiết kế cánh bằng, tổng

hợp báo cáo + Chế tạo mơ hìnhDư Hải Phương Mai 20207123 Xuất bản vẽ 2DNguyễn Thành Phong 20207127 Tính tốn bu lơng, sơ bộ các kích

thước + Chế tạo mơ hìnhĐinh Quang Thái 20207132 Thiết kế kết cấu khung thân máy

bay, kết cấu cánh bằngNguyễn Thu Thủy 20196890 Tổng hợp báo cáo + Chế tạo mơ

hình

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

LỜI NÓI ĐẦU...2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN...10

1. Giới thiệu chung...10

2. Các kích thước cơ bản...11

3. Chỗ ngồi...13

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KHÍ ĐỘNG...15

1. Tính tốn cánh bằng lý thuyết...15

2. Mơ phỏng khí động máy bay...19

2.1. Khi máy bay cất cánh...19

2.2. Khi máy bay bay bằng...23

CHƯƠNG 3: ĐỘNG CƠ, NĂNG LƯỢNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO TE3AIRBLADE...26

1. Lựa chọn động cơ...26

1.1.Yêu cầu đối với thiết bị bay...26

1.2. Giới thiệu về động cơ điện...26

2. Lựa chọn cánh quạt...33

2.1. Cánh quạt KDE-CF355-DP gồm hai lá cánh...33

2.2. Lắp ghép cánh và động cơ...34

3. Thiết kế hệ thống pin cho TE3Airblade...36

3.1. Lựa chọn loại pin...36

3.2. Lựa chọn hãng sản xuất...39

3.3. Giới thiệu về pin Samsung 21700...39

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

1. Khung thân máy bay...47

5.2. Bu lơng vị trí nối càng với phao...76

5.3. Bu lơng vị trí nối thân với càng...78

5.4. Bu lơng vị trí nối thân với cánh bằng...79

KẾT LUẬN...82

TÀI LIÊ”U THAM KH•O:...83

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Hình 1: Lancer ePAV...2

Hình 2: Hình ảnh ý tưởng cho TE3Airblade...3

Hình 3: Thủy phi cơ điện TE3Airblade...10

Hình 10: Các hệ số theo góc tấn của Airfoil NACA 0012...18

Hình 11: Vùng tính tốn của mơ hình...19

Hình 12: các thơng số của lưới...20

Hình 13: Lưới của mơ hình...20

Hình 14: Áp suất phân bố trên máy bay...21

Hình 15: Vận tốc của dịng khí khi đi qua máy bay...22

Hình 16: Biểu đồ chạy mơ phỏng của lực cản...22

Hình 17: Vùng tính tốn...23

Hình 18: Contour áp suất...24

Hình 19: Contour vận tốc dịng khí...24

Hình 20: Động cơ khơng chổi than KDE13218XF-105...27

Hình 21: Bản vẽ mặt trên của động cơ...28

Hình 22: Bản vẽ mặt dưới của động cơ...28

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Hình 38: Điều kiện biên của mơ hình kiểm bền...51

Hình 39: ứng suất của mơ hình(1)...51

Hình 40: ứng suất của mơ hình (2)...52

Hình 52: Điều kiện biên...65

Hình 53: Chuyển vị của phao...65

Hình 54: Ứng suất của phao...66

Hình 66: Bulong vị trí nối càng với phao...76

Hình 67: Bu lơng vị trí nối thân với càng...78

Hình 68: Bu lơng vị trí nối thân với cánh bằng...80

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN1. Giới thiệu chung</b>

TE3 Airblade là thủy phi cơ cá nhân thiết kế dựa trên ý tưởng của EspiritAeronautics Lancer ePAV, với tổng tải trọng tối đa 200kg hoạt động ở độ cao dưới1000m.

Với đầy đủ khả năng của thủy phi cơ nhưng được cải tiến hệ thống cất hạ cánhthẳng đứng, hoạt động hoàn toàn bằng điện cũng như kích thước nhỏ gọn,TE3Airblade hứa hẹn sẽ có tương lai phát triển hơn nữa.

<i>Hnh 3: Thủy phi cơ điện TE3Airblade</i>

TE3Airblade sử dụng 8 động cơ điện cảm ứng dẫn động trực tiếp chia làm 4

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

thay đổi được tốc độ vịng quay, từ đó phối hợp 4 cặp cánh quạt khiến TE3Airbladecó thể điều khiển dễ dàng và nhanh chóng.

TE3Airblade sử dụng 8 cánh quạt khơng thay đổi được góc đặt cánh, đượclàm bằng composite. Hai cánh quạt này sẽ quay ngược chiều nhau giúp triệt tiêumô-men xoắn. Nếu như trên máy bay trực thăng bình thường, cánh quạt đithường chiếm 3 – 5% công suất của động cơ để giữa cho máy bay cân bằng trướcmô-men phản lực của thân trước hoạt động quay của cánh quạt chính. Cịn trên mộtchiếc quadrotor, mô-men được cân bằng qua các cánh quạt khác, vì vậy vẫn có lựctác động lên kết cấu. Với cặp cánh quạt quay ngược chiều, mô-men xoay sẽ đượctriệt tiêu bởi chính cánh quạt cùng cặp khiến kết cấu không phải chịu lực tác động.Đồng thời 100% công suất sinh ra để tạo lực nâng. Cánh quạt kép quay ngượcchiều có hiệu suất lực nâng trên cong suất cao hơn cánh quạt đơn. Với cùng mộtlực nâng, công suất cần để cấp cho cánh quạt sẽ nhỏ hơn so với cánh quạt đơn.Ngồi ra, kích thước của máy bay cũng được giảm do đường kính cánh quạt nhỏhơn mà vẫn tạo ra lực nâng cần thiết như cánh quạt đơn.

Ngồi ra, TE3Airblade cịn được trang bị thêm cánh bằng với góc đặt cánh cốđịnh tạo lực nâng khi bay hành trình, giúp giảm tải cho các động cơ đáng kể. Điềunày giữ được ưu điểm của thủy phi cơ thông thường khi di chuyển ở tốc độ cao.Trên cánh bằng được gắn 4 thanh tay đòn để lắp động cơ, đảm bảo tâm đặt của tổnglực đẩy trùng với trọng tâm máy bay, tránh gây momen mất cân bằng.

Hai phao nổi ứng dụng lực đẩy Archimedes giúp thiết bị nổi cân bằng trên mặtnước khi cất hạ cánh cũng như tạo lực đẩy giúp giảm tải cho các động cơ khi dichuyển trên mặt nước. Vỏ phao được làm bằng vật liệu composite kháng nước, cóđộ bền cao, chống va đập, bên trong được bố trí các dầm kim loại đảm bảo kết cấuvững chắc kể cả khi hạ cánh trên mặt đất. Thiết kế được tham khảo từ những thủyphi cơ thơng thường.

<b>2. Các kích thước cơ bản</b>

TE3Airblade có chiều cao tối đa hơn 2m (tính từ đáy của phao đến cánh quạtphía trên) với bề rộng tối đa là độ dài sải cánh bằng 3 m. So với một chiếc thủy phicơ có khối lượng cất cánh tối đa tương tự, TE3Airblade có kích thước nhỏ gọn hơnvề chiều ngang, đây là một lợi thế khi hoạt động ở những khu du lịch đông đúc.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<i>Hnh 4:Kích thước mặt trước</i>

Khoảng cách từ mặt đến đến vị trí chỗ ngồi là 0.85m. Đây là khoảng cách antồn cho phi cơng khi đi lên hoặc xuống khỏi thiết bị, tránh các va chạm và chấnthương không mong muốn hay tại nạn bất ngờ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

quạt được xếp tại vị trí đỉnh của hình chữ nhật. Với sự đối xứng, máy bay có thểđiều khiển và xác định tâm đẩy dễ dàng. Về cơ bản, TE3Airblade điều khiển như 1chiếc drone quadrotor nhưng được thêm cánh bằng hỗ trợ lực nâng khi bay bằng.

Vì là máy bay điện nên trong suốt quá trình bay, từ lúc cất cánh đến khi hạcánh, trọng lượng máy bay sẽ không thay đổi khiến hàm điều khiển sẽ không cầnphụ thuộc thời gian bay như máy bay dân dụng. Sự ổn định của máy bay sẽ luônđược duy trì với tải trọng khơng đổi và chỉ phụ thuộc vào môi trường.

Với việc tăng giảm tốc độ quay của các động cơ, máy bay có thể được điềukhiển theo các hướng khác nhau hay quay quanh chính trục của nó. Việc tăng giảmtốc độ quay khiến lực nâng tạo ra của cánh quạt thay đổi khiến máy bay nghiêng vềphía định trước. Đồng thời giảm tốc độ vịng quay khiến mất cân bằng mô-men dophản lực từ cánh quạt tạo ra khiến máy bay có thể quay trịn. Vì vậy điều khiểnchính xác các tốc độ quay của các cánh quạt trên máy bay multi-rotor là điều quantrọng nhất để duy trì ổn định bay cũng như điều khiển lái hướng.

<i>Hnh 6: Kích thước mặt trên</i>

Hệ thống càng đáp kết hợp với phao nổi, với chiều dài 2 phao là gần 3m để cóđủ thể tích cần thiết cho lực nổi, khoảng cách giữa 2 điểm tiếp đất của phao là gần1m đáp ứng được độ chắc chắn, tránh các momen gây mất cân bằng khi tiếp đấthay cả trên mặt nước.

Vị trí chỗ ngồi được sử dụng sản phẩm ghế PRO ADV QRT, là sản phẩmthương mại của Spacro USA. Ghế Pro-ADV là kết quả của sự hợp tác hợp tác giữa

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Sparco và FIA. Mục tiêu hợp tác là đưa ra các phương pháp để cải thiện an toàn.Kết quả là các cấp độ mới về công thái học, vật liệu và trên hết là độ an tồn, tất cảđều được tìm thấy ở ghế Pro-ADV. Tăng độ cứng và sử dụng vật liệu hấp thụ vachạm là những tiến bộ chính có trong Pro-ADV. PRO ADV QRT mới là sự pháttriển nâng cấp của PRO ADV ban đầu. Pro ADV QRT được sản xuất với Cơngnghệ QRT hồn tồn mới mang lại lớp vỏ siêu nhẹ. Pro-ADV QRT được FIA (liênđoàn ô tô Quốc tế) phê chuẩn.

Được thiết kế và phát triển tại Phịng thí nghiệm Composite Sparco OEM ở Ý,QRT là một quy trình kỹ thuật tiên tiến nhất đã được cấp bằng sáng chế, dựa trên

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KHÍ ĐỘNG1. Tính tốn cánh bằng lý thuyết</b>

Cánh bằng được thiết kế đáp ứng nhu cầu tạo lực nâng phụ các động cơ cũngnhư đảm bảo kích thước phương tiện khơng q lớn

Chọn wingspan b=3m

<i>Hnh 8: Ảnh hưởng của tí số dạng tới hệ số lực nâng</i>

Từ đồ thị, ta thấy AR càng lớn, hệ số lực nâng theo góc tấn càng lớnChọn AR=4

Trần bay 500m, tốc độ tối đa 20m/s

Từ đó có các thơng số dịng khí theo bảng sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Tính được số Reynolds hoạt động của airfoil:

Với Re là số reynold, là mật độ khơng khí, l là độ dài dây cung trung bìnhairfoil cánh, là độ nhớt động học, là độ nhớt động lực.

Cánh là bộ phận phụ lực nâng cho các cánh quạt khi bay về phía trước, đặttải trọng khoảng 30% trọng lượng tối đa (2000N).

Lực nâng cần thiết:

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

NACA 0012 đáp ứng được yêu cầu và thuận lợi cho việc chế tạo vì là mộtprofile đối xứng

<i>Hnh 9: Airfoil NACA 0012</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Biểu đồ lực nâng mô phỏng

<b>Nhận xét về kết quả mô phỏng</b>

Từ kết quả mô phỏng khá sát với kết quả tính tốn từ đó ta có thể tính đượcđộng cơ hay hiểu hơn về mặt khí động của máy bay giúp ta có thể phát triển mơhình ở các đời sau của sản phẩm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<b>CHƯƠNG 3: ĐỘNG CƠ, NĂNG LƯỢNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO TE3AIRBLADE</b>

Hiện tại trên thế giới đang chuyển dịch nguồn nhiên liệu cho các thiết bị máymóc. Động cơ điện đang là xu thế phát triển tồn cầu để giảm bớt khả năng phátthải trong đơ thị. Hiện tại các mẫu động cơ điện cho các mơ hình UAV đã được cáccơng ty phát triển với độ hồn thiện cực cao và có cơng suất lớn. Nên đối với thiếtbị thì em sẽ sử dụng động cơ điện cho TE3Airblade

<b>1.1.Yêu cầu đối với thiết bị bay</b>

Khối lượng tổng thể khi cất cánh 200 kg

Lấy hệ số an tồn n=1,15(tải trọng có thể bị thay đổi do các yếu tố như khốilượng phi công,khối lượng pin,……)

Yêu cầu đạt độ cao 100m trong 20s khi bay lên theo phương thẳng đứngTừ đây ta có thể tính được gia tốc cần đạt được là

Từ đây ta có thể suy ra lực đẩy của động cơ cần cung cấp cho thiết bị thơngqua phương trình vi phân chuyển động của vật rắn(ở đây để đơn giản ta sẽ bỏ qualực cản của khơng khí do thiết bị bay lên với vân tốc không quá lớn).

<small>FĐc=m. n (g+ a )</small>=200.1,15.(9.81+0,5)=2160(N)

Thiết bị được thiết kế với 8 động cơ gồm bốn cặp động cơ được lắp đặt thuậnnghịch.Vậy lực đẩy tối thiểu mà mỗi động cơ cần đạt được là 270N

<b>1.2. Giới thiệu về động cơ điện</b>

Khái niệm: Động cơ điện là một máy điện dùng để chuyển đổi năng lượngđiện sang năng lượng cơ. Động cơ điện hoạt động thông qua sự tương tác giữa từtrường của động cơ và dòng điện trong cuộn dây để tạo ra lực dưới dạng quay củatrục.

Nguyên tắc hoạt động: Động cơ cảm ứng điện từ hay cịn gọi là động cơkhơng đồng bộ hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ tác động qua lại giữa

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Rotor và Stator tác động qua lại lẫn nhau, phần đứng yên Stator là những cuộn dâyđược truyền dòng điện trở thành những nam châm điện. Lực điện từ sinh ra giữa tácđộng qua của Rotor và Stator tạo nên sự chuyển động quay của động cơ.

Nguồn điện được sử dụng: Động cơ điện được cung cấp bởi dòng điện mộtchiều (DC) và ở đây là sử dụng pin. Pin sẽ được thiết kế và ghép sao cho phù hợpvới công suất động cơ để hoạt động bình thường.

<i>Hnh 20: Động cơ không chổi than KDE13218XF-105</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>KDE13218XF-105 là động cơ khơng chổi than cho dịng Multi-Rotor điện</b>

hạng nặng (UAS).Đây là động cơ sẽ cung cấp lực đẩy chính cho TE3Airblade đượcsản xuất bởi cơng ty KDE của Mỹ chuyên sản suất linh kiện cho các công ty sảnxuất UAV cỡ trung và lớn

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Kv (Motor Velocity Constant) <sup>105 RPM/V</sup>Kt (Motor Torque Constant) 0.0909 Nm/A

Maximum Continuous Current* 150 A

Maximum Continuous Power* 9135 W (180 s) (60.9 V)

Voltage Range 22.2 V (6S LiPo) - 60.9 V (14S LiHV)

Motor Drive Frequency 16 - 32 kHz

Bảng thông số của động cơ KDE13218XF-105

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Trên đây là bảng thông số tham khảo cho chúng ta biết các hệ số hoạt độngcực đại của động cơ chỉ mang yếu tố tham khảo

Nhà sản đã công bố các thông số khảo sát thực tế công suất đạt được và lựcđẩy tối thiểu chúng ta sẽ dựa vào đây tham chiếu và lựa chọn.

Điều kiện thực nghiệm đối với KDE13218XF-105 ở 68 độ F, độ cao 3500m sovới mặt nước biển và độ ẩm là 40%

Như đã tính tốn trước đó ở phần 3.1 ta đã có lực đẩy tối thiểu của mỗi động

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Với điều kiện trên lực đẩy tạo ra là 288.31N >270N

Do mật độ khơng khí ảnh hưởng đến lực nâng của cánh quạt và động cơ.TE3Airblade với mục đích thiết kế ban đầu hoạt động trong trường độ cao từ 0 đến1000m nên lực đẩy tạo ra từ động cơ cũng sẽ tăng lên cụ thể ta có thể tính gần đúngbởi cơng thức sau:

L = ½ v A ρ C<small>2L</small>

v là vận tốc quay của cánh quạt A là diện tích cánh

ρ là mật độ khơng khí

C<small>L</small> là hệ số lực nâng tùy thuộc vào từng loại cấu hình cánh và góc nghiêngTheo mơ hình ISA, mật độ khơng khí ở mực nước biển (tức độ cao 0m) làkhoảng 1.225 kg/m³ (điều kiện tiêu chuẩn). Để tính mật độ khơng khí ở độ caokhác, ta sử dụng cơng thức:

Trong đó:

<i>ρ là mật độ khơng khí tại độ cao cần tính (đơn vị kg/m³).ρ0 là mật độ khơng khí tại mực nước biển (đơn vị kg/m³).</i>

<i>L là tốc độ biến thiên nhiệt độ với độ cao (đơn vị K/m). Giá trị thường được</i>

chấp nhận là 0,0065 K/m trong mức độ cao đến khoảng 11 km. là độ cao so với mực nước biển (đơn vị mét).

<i>T0 là nhiệt độ tại mực nước biển (đơn vị Kelvin). Giá trị thường được chấp</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

Với độ cao 1000m: ρ<small>1000m</small>≈1,111kg/m³Với độ cao 3500m: ρ<small>3500m</small>≈0,682kg/m³

Lực đẩy của cánh quạt và động cơ khi ở độ cao 1000m với cấu hình trên là

Cánh quạt được làm bằng sợi carbon có khối lượng 70,0 g / lưỡi (thiết kế đượctối ưu hóa FEA cho sức mạnh tối đa và trọng lượng tối thiểu)

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

(1) Đế kết nối(2) Cánh quạt(3) M5 X 0.8 X 14MM

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

<b>3. Thiết kế hệ thống pin cho TE3Airblade3.1. Lựa chọn loại pin </b>

Pin là nguồn năng lượng thông dụng cho nhiều thiết bị cá nhân, gia dụng chođến các ứng dụng công nghiệp. Có nhiều chủng loại, kích thước pin khác nhautương ứng với rất nhiều thiết bị tiêu thụ điện từ đồng hồ đeo tay, đồ chơi trẻ em,điện thoại di động, máy tính bảng đến pin cỡ lớn dùng cho xe điện, hàng không...Pin đã, đang và sẽ là một công cụ lưu trữ năng lượng được sử dụng phổ biến khơngchỉ trong hiện tại mà cịn nhiều năm nữa trong tương lai.

Đơn vị đo dung lương Pin là mAh (miliAmpe x giờ) là đại lượng dùng để đosức chứa (dung lượng) của vật lưu điện. Nói đơn giản hơn người ta sử dụng mAhđể đo dung lượng Pin cũng giống như dùng Lít để đo sức chưa của bình nước. Đâychính là thơng số mà người dùng quan tâm nhất khi nói về Pin. Trên lý thuyết dunglượng pin càng cao thì pin dùng càng lâu. Nhưng thực tế không phải lúc nào cũngnhư vậy.

<b>*Các loại pin phổ biến hiện nay trên thị trường</b>

Trên thế giới có rất nhiều hãng pin và dòng pin. Nhưng hiện tại loại pinLithinium-Ion (Li-Ion) và Lithinium-Ion Polymer (Li-Po) là 2 loại tốt nhất tới thờiđiểm hiện tại và vẫn đang duy trì và phát triển sau này, cịn có các dịng pin nhưNickel-cadimi (NiCd), pin Volta,… nhưng là những dòng pin đã lỗi thời và việc sửdụng trên BKair là điều không thể.

Dưới đây là 2 hình biểu diễn cho 2 loại pin kể trên là Li-Ion và Li-Po.

Giới thiệu về Pin Li-Ion: Ra mắt thị trường lần đầu vào năm 1991, Li-Ion(Lithium-Ion) là loại pin được dùng phổ biến cả trên thiết bị điện tử, y tế, xe điện,hàng không, quân đội.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

Khái niệm: Là loại pin có thể sạc đi sạc lại nhiều lần, Li-Ion phổ biến nhờ cácưu điểm như mật độ năng lượng lớn (dung lượng lớn trên kích thước pin nhỏ), ít bịtự xả (giữ năng lượng lâu), thân thiện môi trường... hơn các công nghệ cũ.

Nguyên tắc hoạt động: -Li-Ion hoạt động trên nguyên tắc trao đổi ion Li giữa2 điện cực để sạc, xả điện và sử dụng một dung dịch điện ly làm môi trường. Việccác nhà sản xuất pin sử dụng chất liệu gì cho 2 đầu cực (Niken, Graphite, Silicon...)cũng như dung dịch điện ly sẽ có ảnh hưởng đến hiệu năng, số lần sạc, độ an tồn,kích thước pin, chi phí...

Độ an tồn và tuổi thọ của pin Li-Ion.

● Như đã nói ở trên việc sử dụng chất liệu của nhà sản xuất sẽ ảnh hưởng đến độ antoàn và chai pin. Tuy nhiên, dung dịch điện ly là một chất rất dễ cháy, bạn có thểthấy loại pin này đều được bao bọc kĩ bằng một lớp vỏ kim loại kín.

● Nhiệt độ cũng là một trong những nguyên nhân, theo khuyến nghị pin Li-Ion sẽhoạt động tốt nhất được sạc ở khoảng nhiệt độ 5 - 45 độ C. Trong quá trình sạc, nếunhà sản xuất cố tình đẩy cao điện áp đầu vào sẽ làm giảm tuổi thọ pin nhanh chóng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

- Pin Li-Po có dung lượng cao có nghĩa là nó chứa được nhiều năng lượngtrong một gói pin nhỏ.

- Pin Li-Po có dịng xả cao để cung cấp năng lượng liên tục cho thiết bị diđộng.

- Lithium-Polymer rất lâu bị "chai" pin và người dùng có thể sạc bất kỳ khinào mà không sợ chai pin dù cho dung lượng pin đang còn lại bao nhiêu %. - Tuổi thọ của pin Li-Po có thể lên đến 1000 lần sạc mà vẫn giữ mức dung

lượng Pin khá cao.

<b>*Ưu nhược điểm của từng dòng pin</b>

Ưu điểm

- Chi phí sản xuất thấp- Lưu trữ được nhiều nănglượng hơn các dòng pinthế hệ trước (Ni-Cd và Ni-MH)

- Li-Po có kích thước nhỏ và trọnglượng nhẹ. Có thể tùy biến hình dạngvà kích thước để phù hợp với sảnphẩm khác nhau

- Dung lượng cao trong một khốipin có kích thước nhỏ gọn

- Dịng xả mạnh, đáp ứng tốt cho mọithiết bị

- Năng lượng pin luôn ổn định, vớiviệc suy giảm khả năng lưu trữ nănglượng sau một thời gian dài không sửdụng là rất ít (độ chai pin)

- Cấu tạo là gell polimer nên có thểchịu va đập tốt hơn

- Suy giảm chất lượng dùcó được sử dụng haykhông - Pin có thể hỏngnếu để điện áp kiệt dướimức cho phép trong thờigian dài hoặc sẽ gây phùpin

- Cấu tạo pin ln là hìnhkhối hạn chế trong việc tạohình các sản phẩm và cótrọng lượng nặng hơn so

- Suy giảm chất lượng dù có được sửdụng hay khơng

- Pin có thể hỏng nếu để điện áp kiệtdưới mức cho phép trong thời giandài hoặc sữ gây phù pin

- Cấu tạo pin luôn là hình khối hạnchế trong việc tạo hình các sản phẩmvà có trọng lượng nặng hơn so vớidịng pin Li-Po cùng dung lượng -Pindễ bị kích động và cháy nổ khi sửdụng không đúng cách

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

với dòng pin Li-Po cùngdung lượng -Pin dễ bị kíchđộng và cháy nổ khi sửdụng khơng đúng cách

Kết luận: Có thể thấy pin Li-Po có nhiều đặc tính tốt hơn pin Li-Ion, tuynhiên:

● Pin Li-Po mới được phát triển gần đây và vẫn chỉ được đang định hướng là ápdụng vào trong hàng không trong tương lai. Giá thành sản xuất pin của Li-Po cũngcao hơn so với pin Li-Ion lên tới 30-40%.

● Pin Li-Ion được sử dụng trong hàng không khá nhiều và được các doanh nghiệplớn như Tesla, Panasonic, Maxell, Camelion.

● Pin Li-Ion hiện nay đã được sản xuất thành các cell được ghép với nhau từ nhiềuviên pin nhỏ và được sử dụng rộng rãi trên xe điện, ô tô điện, máy bay.

● Công nghệ ngày nay là xếp nhiều viên pin nhỏ với nhau lại để tạo thành một celllớn tùy theo điện áp cần để tiện quản lý và dễ dàng trong việc sản xuất. Đây cũng làlý do mà pin Li-Po vẫn đang khá khó khăn trong việc chế tạo và sản xuất theohướng như trên, nên ta vẫn sử dụng loại pin Li-Ion.

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

Dịng xả 6.5C có nghĩa là dịng xả đạt giá trị 0A

<b>3.4. Thiết kế khối pin</b>

Dựa theo yêu cầu của động cơ là điện áp của động cơ là 16S(58,8V)Phương án thiết kế được đưa ra sẽ bao gồm:

8 khối pin cung cấp cho cho mỗi động cơMỗi khố pin gồm 2 tầng

Mỗi tầng sẽ gồm 16 cell pin mắc nối tiếp chúng sẽ đạt được điện áp58,8V

2 tầng pin sẽ mắc song song với nhau vì dịng xả max của pin chỉ có Anên ta phải mắc song song để có được dịng điện 130A thỏa mãn yêucầu của động

Số pin cần dùng:16.8.2=256 ViênKhối tối thiểu của pin=256.0,08=20,48(kg)Lượng năng lượng mỗi khối pin cung cấp được

= Dung lượng pin*Hiệu điện thế*Số pin của một khối pin= 16.10.3,8.2=1216(Wh)

Công suất thực tế tối đa của mỗi động cơ là 7000Wh nếu muốn bay lên đượcđộ cao 3500m tuy nhiên TE3Airblade chỉ hoạt động trong vùng độ cao 1000m trởxuống nên thực tế chỉ cần dùng khoảng 65% đến 70% công suất

=>Thời gian hoạt động được:

T=P/A=1216/(7074.65%)=0.514hKhoảng thời gian hoạt động liên tục sấp xỉ 30p

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

Dưới đây là hình ảnh em dùng catia vẽ một khối pin cơ bản:

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

Hệ thống pin sẽ được đặt trên các gá treo pin của hộp đựng pin nằm phía saughế lái

<b>3.5. Hệ thống làm mát pin</b>

Vì hệ thống điện làm việc trong mơi trường có cường độ dòng điện lớn hơnnữa gồm nhiều viên pin nên chúng ta phải chọn một phương án làm mát.Từ đó giúphệ thống điện làm việc ổn định hơn

Pin li-ion của hệ thống chỉ hoạt động trong điều kiện từ 15 đến 35 độ CHiện tại thì trên thế giới có rất nhiều công nghệ được làm mát pin được trangbị trên ô tô điện nhằm làm giảm hiện tượng quá nhiệt khiến cho pin hoạt động kémhiệu suất.Chẳng hạn như phương pháp làm mát bằng chất lỏng.Dùng một đườngống cách điện và truyền nhiệt chạy sao đó cho chất làm mát chạy qua các cell pintừ đó làm giảm nhiệt độ

Tuy nhiên,cách đó chỉ thơng dụng đối với những dự án lớn dùng rất nhiều cellpin do chi phi lắp đặt và khối lượng của nó

Đối với với TE3Airblade là một máy bay khơng q lớn và dùng ít cell thì emsẽ sử dụng phương pháp làm mát tự nhiên.Có nghĩa là sẽ xếp các cell pin cókhoảng hở với nhau cụ thể là 5mm từ đó giúp khơng khí có thể lưu thơng qua cáccell pin từ đó hạ nhiệt của pin xuống

<b>4. Hệ thống điều khiển cho TE3Airblade</b>

Đối với hệ thống điều khiển thì dựa vào hệ thống điều khiển của mộtquadcoter nhưng khác ở chỗ .Một động cơ của quadcopter nhận một tín hiệu điềutốc cịn đối với TE3Airblade một cặp động cơ sẽ nhận một loại tín hiệu

8 bộ điều tốc 120A KDE-UAS125UVC-HE

</div>