đồ án thiết kế máy thiết kế thủy phi cơ evtol

Giới thiệu chungTE3 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

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁYThiết kế thủy phi cơ eVTOL

Giảng viên hướng dẫn :TS Hà Mạnh Tuấn

LỜI NÓI ĐẦU

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 nô, du thuyền, … còn 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 đôi khi là khó khăn ở những khu vực đôngkhách 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.

Hnh 2: Hnh ảnh ý tưởng cho TE3Airblade

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 hoàn thành đồ án này Do kiến thức còn hạn chế cũng như khảnăng sử dụng các phần mềm còn chưa thành thạo nên còn nhiều thiếu sót, chúngem rất mong các thầy cô đưa ra những góp ý, sửa chữa để đồ án được hoàn thiệnhơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn:

NHIỆM VỤ CỦA CÁC THÀNH VIÊN

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

Chế tạo mô hìnhNguyễn Xuân Khá 20196861 Tính toán thiết kế cánh bằng, tổng

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

thước + Chế tạo mô 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 mô

hình

MỤC LỤC

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 toán cánh bằng lý thuyết 15

2 Mô 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

1 Khung thân máy bay 47

5.2 Bu lông vị trí nối càng với phao 76

5.3 Bu lông vị trí nối thân với càng 78

5.4 Bu lông vị trí nối thân với cánh bằng 79

KẾT LUẬN 82

TÀI LIÊ”U THAM KH•O: 83

DANH MỤC HÌNH ẢNH

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 toán của mô hình 19

Hình 12: các thông số của lưới 20

Hình 13: Lưới của mô hình 20

Hình 14: Áp suất phân bố trên máy bay 21

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

Hình 16: Biểu đồ chạy mô phỏng của lực cản 22

Hình 17: Vùng tính toán 23

Hình 18: Contour áp suất 24

Hình 19: Contour vận tốc dòng khí 24

Hình 20: Động cơ không 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

Hình 38: Điều kiện biên của mô hình kiểm bền 51

Hình 39: ứng suất của mô hình(1) 51

Hình 40: ứng suất của mô 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 lông vị trí nối thân với càng 78

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

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN1 Giới thiệu chung

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.

Hnh 3: Thủy phi cơ điện TE3Airblade

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

thay đổi được tốc độ vòng 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 không 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 đuôithường 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 Còn 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.Ngoài 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.

Ngoài ra, TE3Airblade còn 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 thông thường.

2 Các kích thước cơ bản

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.

Hnh 4:Kích thước mặt trước

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

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 không 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 vòng quay khiến mất cân bằng mô-men dophản lực từ cánh quạt tạo ra khiến máy bay có thể quay tròn 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.

Hnh 6: Kích thước mặt trên

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.

3 Chỗ ngồi

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

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 toàn, 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 Côngnghệ QRT hoàn toàn mới mang lại lớp vỏ siêu nhẹ Pro-ADV QRT được FIA (liênđoàn ô tô Quốc tế) phê chuẩn.

Hnh 7: Pro Adv QRT

Được thiết kế và phát triển tại Phòng 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

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KHÍ ĐỘNG1 Tính toán cánh bằng lý thuyết

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

Chọn wingspan b=3m

Hnh 8: Ảnh hưởng của tí số dạng tới hệ số lực nâng

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 thông số dòng khí theo bảng sau:

Tính được số Reynolds hoạt động của airfoil:

Với Re là số reynold, là mật độ không 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:

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

Hnh 9: Airfoil NACA 0012

18 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 1061131201271341411481551621691761831901970

Biểu đồ lực nâng mô phỏng

Nhận xét về kết quả mô phỏng

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

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

1 Lựa chọn động cơ

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 toàn cầu để giảm bớt khả năng phátthải trong đô thị Hiện tại các mẫu động cơ điện cho các mô hình UAV đã được cáccông ty phát triển với độ hoàn thiện cực cao và có công suất lớn Nên đối với thiếtbị thì em sẽ sử dụng động cơ điện cho TE3Airblade

1.1.Yêu cầu đối với thiết bị bay

Khối lượng tổng thể khi cất cánh 200 kg

Lấy hệ số an toàn 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

a=2 St2=2.100

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

FĐc=m n (g+ a )=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

1.2 Giới thiệu về động cơ điện

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 còn gọi là động cơkhông đồng bộ hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ tác động qua lại giữa

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.

Động cơ được lựa chọn với mã hiệu là KDE13218XF-105

Hnh 20: Động cơ không chổi than KDE13218XF-105

Hnh 21: Bản vẽ mặt trên của động cơ

Hnh 22: Bản vẽ mặt dưới của động cơ

KDE13218XF-105 là động cơ không chổi than cho dòng Multi-Rotor điện

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

Kv (Motor Velocity Constant) 105 RPM/VKt (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

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 toán trước đó ở phần 3.1 ta đã có lực đẩy tối thiểu của mỗi động

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

Do mật độ không 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 công thức sau:

L = ½ v A ρ C2L

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

ρ là mật độ không khí

CL là hệ số lực nâng tùy thuộc vào từng loại cấu hình cánh và góc nghiêngTheo mô hình ISA, mật độ không khí ở mực nước biển (tức độ cao 0m) làkhoảng 1.225 kg/m³ (điều kiện tiêu chuẩn) Để tính mật độ không khí ở độ caokhác, ta sử dụng công thức:

Trong đó:

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

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

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).

T0 là nhiệt độ tại mực nước biển (đơn vị Kelvin) Giá trị thường được chấp

Với độ cao 1000m: ρ1000m≈1,111kg/m³Với độ cao 3500m: ρ3500m≈0,682kg/m³

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

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

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)

Hnh 23: Bản vẽ 1 lá cánh mà nhà sản xuất công bố

Hnh 25: Bản vẽ bộ đê nối cánh quạt và động cơ

Hnh 26: Hnh ảnh lắp ghép giữa cánh và đế

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

3 Thiết kế hệ thống pin cho TE3Airblade3.1 Lựa chọn loại pin

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 khôngchỉ trong hiện tại mà còn 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 thông 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.

*Các loại pin phổ biến hiện nay trên thị trường

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, còn có các dòng 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.

Hnh 27: Pin-ion

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.

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 toàn,kích thước pin, chi phí

Độ an toàn 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.

Hnh 28: Pin li-po

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

- Pin Li-Po có dòng 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.

*Ưu nhược điểm của từng dòng pin

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

- Dòng 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 luôn 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 không

- 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 vớidòng pin Li-Po cùng dung lượng -Pindễ bị kích động và cháy nổ khi sửdụng không đúng cách

với dòng pin Li-Po cùngdung lượng -Pin dễ bị kíchđộng và cháy nổ khi sửdụng không 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.

Dòng xả 6.5C có nghĩa là dòng xả đạt giá trị 0A

3.4 Thiết kế khối pin

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 dòng xả max của pin chỉ có Anên ta phải mắc song song để có được dòng 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

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

Hnh 30: Hnh ảnh của một khối pin tổng thể

Hnh 31: Hnh ảnh mặt trên của 1 tầng pin

Hnh 32: Hnh ảnh mặt dưới của một tầng pin

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

3.5 Hệ thống làm mát pin

Vì hệ thống điện làm việc trong môi 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 thông 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 không quá 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 không khí có thể lưu thông qua cáccell pin từ đó hạ nhiệt của pin xuống

4 Hệ thống điều khiển cho TE3Airblade

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 còn đối với TE3Airblade một cặp động cơ sẽ nhận một loại tín hiệu

4.1 Lựa chọn linh kiện

8 bộ điều tốc 120A KDE-UAS125UVC-HE