小尺寸航模动力组的选配

徐绍麟

由于部分学校没有足够开阔的场地条件，若使用“火鸟”、“翼龙”等大尺寸模型开展活动有可能出现危险，因此越来越多的人将注意力转移到小尺寸（指翼展小于600mm、起飞重量不超过100g）的模型飞机上。这种模型既适合在较小面积的公园、庭院、广场、校园等外场飞行，也可在较大面积的羽毛球馆、网球馆等室内场地飞行。小尺寸航模体积较小、飞行速度慢、安全性较高，不易伤人。

下面对小尺寸航模常用的电池、螺旋桨、电机以及与之相关的减速器的结构、特点与性能等做些介绍，为模友DIY制作时的选配提供参考。

一、电机

虽然小尺寸航模既可采用有刷电机也可采用无刷电机，但因后者成本较高，在成品模型中并不多见。目前大部分小尺寸航模均采用三合一控制板（包含接收机、舵机及有刷电调），搭配带减速器的空心杯有刷电机时，力效甚至会高于无刷电机。

空心杯电机的电枢没有铁心，采用小直径漆包线绕制的圆筒状线圈，经过浸漆后固定成型。线圈中心用粘接剂与轴粘合成一体，套在环形磁体上。由于没有铁心，因此电枢的重量及转动惯量很小，空载转速40 000-50 000r/min。因穿过电枢线圈的磁通密度低于铁心电枢，故空心杯电机的输出力矩相对较小。当电机轴负载增加时，转速会明显下降，即电机输出特性较“软”。该特点导致空心杯电机只有通过齿轮减速器降低转速，才能增大输出力矩。

空心杯电机的结构比较简单，以常用的716电机为例，其整流子直径仅1.2mm，上有5片整流片（空心杯电机电枢一般为5极，以保证电机启动顺利，防止出现死角）。每片宽约0.5mm。电刷由磷铜片制成，截面极小。由于716电机工作电流通常大于1 000mA，所以整流子及电刷的电流密度很大。一旦电机重载或阻转，电刷极易烧断，导致电机报废。即使电机初始运行正常，但时间稍长也会损坏。一般空心杯电机的使用寿命不超过数小时，是一种一次性电机。但其最大优点是重量轻，有利于模型减重。

空心杯电机的外壳上一般没有参数标记，在购买尺寸为?7mm×20mm及?8.5mm×20mm的電机时，应先查清额定电压。这两种电机除有额定电压为3.7V产品外，还有额定电压为7.4V的产品。具体详情可参考表1列出的一组常用空心杯电机减速器实测数据（该组数据使用稳压电源供电，测试电压为3.7V）。

对比表1与表2中的数据，可以得出下列结论：

（1）带减速器的空心杯电机力效远高于直驱的空心杯电机，而耗电电流却低于直驱方式，能明显延长模型的留空时间。

减速器也存在一些明显的缺点。当其使用大直径螺旋桨时虽可带来更高的力效，但尺寸过大会使模型外观不协调。而且大直径螺旋桨的反扭矩更大，装配时必须设置右拉角。合适的右拉角度，必须在试飞时反复调整，增加了调试难度。此外，大直径螺旋桨及减速齿轮的结构还会给后推动力模型的装配带来不便。

在减速动力组中，因减速比和螺旋桨配置不同，力效差异很大。在控制桨叶尺寸、满足拉力的前提下，应选用力效高的减速器电机，以改善电池工况，使模型获得更长的留空时间。

（2）采用直驱模式的空心杯电机不仅力效低、电流大，有的甚至处于过载状态工作，易损坏。如当空心杯电机直驱螺旋桨时，转速会降低且容易进入耗能区。此时输入电机功率增大，而传动轴的输出功率减小，前者被转变为热量，使电机快速升温（具体原理请参阅《航空模型》2012年第2期《合理使用有刷电机及其动力组》一文）。

直驱模式均使用小直径螺旋桨，不用齿轮减速器。在某些情况下，可采用这种效率较低但安装简单的动力组。

二、减速器

1.齿轮

空心杯电机的减速器多为单级减速，速比不大，通常为4-5（大齿轮齿数是小齿轮齿数的4-5倍）或更大。因其传动功率较小，通常使用塑料直齿轮。

齿轮的一个重要参数是模数M，单位是mm。模数大的齿轮强度大、传动功率大、尺寸及重量也大。齿轮的节圆直径D节=Z×M，其中Z为齿数、M为模数；齿轮外径即齿顶直径D顶=D节+2M；齿轮的齿高即单个齿型的高度 h齿=2.25M。节圆以上的齿顶高为1个M，而节圆以下的齿底高为1.25个M。组成减速器的一对齿轮必须模数相同。空心杯电机减速器齿轮，最常用的模数是0.3或0.25。

还需说明的是，减速器小齿轮与电机轴的配合长度较长，不易出现打滑；而大齿轮传动力矩大，有的大齿只有1mm厚，与动力输出轴的配合长度短，多次折装后很容易打滑。如果大齿轮与轴出现打滑，可先在传动轴涂一层助焊用的松香溶液，然后再将齿轮套入，待溶液干透即可。另外，减速器的小齿轮转速高、磨损大，改用铜质小齿，不仅运行时噪声大，而且大小齿轮硬度差异增加。大齿因磨损导致间隙加大时，容易将齿切掉。

由于直径7mm以下的空心杯电机减速器输出轴直径为1mm，很容易弯曲，因此组装螺旋桨时，应尽量靠近大齿轮，并保证桨与大齿间距尽可能小，以减小轴受到的弯曲力矩，避免“炸机”时动力输出轴受损。推荐选择带减速器的8520电机，动力组输出轴直径为1.5mm，刚度较好，轴不易弯曲。

2.减速比

减速比是减速器的重要参数之一。当电机、电压等参数确定时，速比越大、输出转速越低、力矩越大、电机负荷越轻，反之电机负载加重。

需注意的是，同一规格的电机所配置的减速器速比不一定相同，由此导致拉力也有所区别。如8520电机速比为4，配?130mm桨时，拉力可达48g左右。而另有一种8520电机减速比为5，配?130mm桨时拉力会小很多，需改配更大尺寸的螺旋桨才能达到相同的拉力。速比大的减速器应搭配大直径桨，才能有更高的力效。

三、螺旋桨

小尺寸航模采用的塑料螺旋桨是开模后注塑生产的。如果模具精度不够，螺旋桨不能静平衡，装机后会出现震动大、噪声大、耗电大、拉力小等问题。因此装机前，必须处理好螺旋桨的平衡问题，具体方法是：准备一根直径小于螺旋桨安装孔直径的钢丝，将其穿过安装孔；然后水平固定钢丝，并旋转螺旋桨，若一边桨叶位置老是靠下，表明其重量更大。可用砂布将它磨薄，直至螺旋桨能在任意位置停住。为保证试验准确性，测试用的钢丝不能比螺旋桨安装孔直径小太多。钢丝与孔的直径差应小于0.1-0.2mm。此外，两片桨叶的外形也应保证相同。由于小尺寸航模的机身结构比较脆弱，因此由螺旋桨引发的震动对模型的危害远大于大尺寸航模，要引起足够重视。

四、电池

为减小模型起飞重量，小尺寸航模都使用了小容量电池，如成品机“卡博”，其起飞重量35-40g，使用150mAh锂电池。全油门时，电机电流可达2A左右。该机电池的放电倍率高达10倍以上，即使是新电池，电压也会立即降至3.8V左右。如果是旧电池或劣质电池，则电压下降得更多。在重量允许的情况下，应选用容量较大的电池。这不仅可延长模型留空时间，也可延长电池的使用寿命，还能更好地为模型提供动力。

小尺寸航模的普及是技术进步的结果。十年前很难想象三通道、四通道、甚至具有简单FPV功能的遥控电动模型飞机能把重量控制在100g以内。随着遥控设备、动力组及电池的轻量化，可以预见，还会有更轻、更小的航模产品出现。