TECNICA | |||||||||
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Quando
si vuole ottenere una potenza superiore a quella fornita da un singolo
motore, o non si dispone di motori singoli di maggiore potenza, una
tecnica è quella di abbinare più motori assieme,
raggruppandoli in numero variabile. Questa tecnica è comunemente
chiamata cluster, che significa "grappolo". Da ora
in avanti useremo sempre questa parola. Questo sistema fornisce una spinta pari alla somma delle spinte di tutti i motori, ed una durata pari a quella del motore di durata maggiore. In questa pagina cerchiamo di spiegare tutte le tecniche che è necessario conoscere per realizzare questo tipo di configurazione.
In questo diagramma si vede come due motori tipo C6 abbinati in un modello bistadio in serie producano la stessa spinta di uno solo dei due ma per una durata quasi doppia. Le due curve di spinta sono leggermente sovrapposte perchè l'accensione del secondo stadio avviene un istante prima che la spinta del primo cessi del tutto. Se invece gli stessi due motori sono accesi contemporaneamente in un cluster le loro spinte si sommano mentre la durata rimane quella di un singolo motore. L'abbinamento avviene di solito tra motori dello stesso
tipo e potenza, ma non mancano esempi di abbinamenti misti.
Quanti motori si possono abbinare? Due,
tre e quattro motori sono abbinamenti comuni. I modellisti
esperti possono usarne cinque, sette o anche più , ma la affidabilità
di accensione cala con l'aumento del numero dei motori. Due motori affiancati - E' la configuazione più semplice, che richiede sempre due motori identici come prestazioni e diametro. Il maggior pregio è l'economia. Si può fare un cluster già con solo due motori da 29mm spendendo meno che per una ricarica high power di potenza equivalente.
Tre motori (triangolo) - Anche in questa configurazione i motori devono essere identici. E' una disposizione che racchiude una potenza notevole in uno spazio ristretto. Un altro vantaggio è la semplicità per il bloccaggio dei motori. Riempiendo lo spazio vuoto nel centro dei tre motori con epoxy si può praticare un foro ed avvitare una vite. Per tenere a posto i motori è sufficiente inserire una rondella nella vite ed avvitare a fondo.
Tre motori (allineati) - Il più grande vantaggio di questa configurazione è poter usare motori di due tipi e diametri diversi. I due supporti esterni devono ospitare due motori identici, ma il motore centrale può essere diverso. In questo caso il motore centrale deve avere una potenza maggiore rispetto agli altri due in modo che la percentuale maggiore della spinta totale sia applicata lungo l'asse del modello, minimizzando la spinta asimmetrica nel caso uno dei motori esterni non si accendesse. Se il motore centrale ha una forza sufficiente, un modello così può essere lanciato anche solo con questo motore. Lo svantaggio della configurazione in linea è che richiede un diametro di corpo maggiore rispetto alla configurazione a triangolo. Per esempio una configurazione in linea per un cluster di tre motori da 54 mm richiede un diametro del corpo del modello di 19,5 cm (7.62"), mentre una configurazione a triangolo per gli stessi motori entra in un tubo da 13,5 cm (5.38") Quattro
motori (quadrato) - Questa è una configurazione estremamente
flessibile, che permette di usare due o quattro motori.
Si possono combinare quattro motori uguali o due di un tipo e due di
un altro tipo. Si può persino lanciare il modello con solo
due motori accesi ed accendere gli altri due in volo con sistemi
elettronici. Come la configurazione a triangolo, anche quella a quadrato
racchiude molta potenza in uno spazio relativamente ristretto e può
utilizzare lo stesso sistema di fissaggio dei motori con una singola
vite già descritto. Con la grande varietà di motori da
29mm disponibili in commercio si possono creare infinite combinazioni
in un modello che utilizza questa disposizione di motori. Quattro motori (stella) - Questa configurazione permette di utilizzare uno, tre, o quattro motori. Con questa disposizione si ha il vantaggio di poter utilizzare motori di diametro diverso e diverse potenze pur restando in numero di quattro. Una tipica configurazione prevede un motore centrale più potente e tre laterali meno potenti.
Cinque
motori (stella) - La configurazione a cinque motori permette di
utilizzare uno, due, tre, quattro, o tutti e cinque i motori. Utilizzando
solo due o quattro motori il supporto centrale resta vuoto quindi se
uno dei motori non si dovesse accendere l'effetto della spinta asimmetrica
sarebbe più pronunciato. Se si vogliono usare due motori questi
devono essere identici mentre se si usano tre, quattro o cinque motori
questi possono essere di tipi diversi, secondo le regole descritte sopra. Sette motori (2/3/2) - La configurazione a sette motori permette di concentrare una grandissima spinta in uno spazio ristretto ed offre una grande varietà di motorizzazioni possibili riducendo al tempo stesso gli effetti della eventuale spinta asimmetrica. Con questa configurazione si possono usare uno, due, tre, quattro, cinque, sei, o sette motori. In un progetto che utilizza una configurazione del genere è ancora più importante il controllo del centro di gravità e della stabilità, e il modello deve essere abbastanza lungo per controbilanciare il grosso peso dei motori in coda. E' una prassi abbastanza comune mettere
un motore a lunga durata nel centro (configurazioni a tre motori in
linea, a stella e a sette motori) e motori con spinta alta e durata
breve ai lati. E' una scelta che viene fatta soprattutto nel caso di
booster laterali, che si comportano come un cluster di tre o cinque
motori con l'unica differenza di essere esterni. Usare un numero di motori inferiore al massimo possibile. Attenzione alle perdite Soluzioni
per fermo motori
La
possibilità di avere una asimmetria della spinta è uno
dei problemi che rende i cluster più complessi dei modelli a
motore singolo. La spinta asimmetrica avviene quando uno o più
motori in un cluster non si accendono, o si accendono in ritardo, e
provocano una spinta sbilanciata attorno all'asse centrale causando
una deviazione dalla traiettoria.verticale. A volte può succedere
che quando si accende un solo motore in un cluster di tre, il modello
prenda una traiettoria orizzontale che lo porta inevitabilmente a distruggersi.
Gli accorgimenti per migliorare le probabilità
di accensione simultanea sono:
Quasi tutti i motori sono adatti ad essere riuniti in cluster. I motori tipo Estes sono i più semplici da usare perchè la loro accensione è facile e pressochè istantanea. I motori compositi hanno una accensione più lenta, ma i tipi a rapida combustione ed alta spinta, come i Blue Thunder della Aerotech, si accendono con facilità e si possono riunire in cluster senza particolari problemi. Di recente sono diventati disponibili i motori Cesaroni (CTI) prodotti in Canada. Questi motori hanno un particolare sistema di accensione che utilizza un accenditore a basso assorbimento e sono in grado di accendersi pressochè all'istante. In qualche caso si possono creare cluster fatti di motori compositi e motori tipo Estes assieme. Come per qualunque modello spaziale la prima preoccupazione nella scelta dei motori di un cluster è la garanzia di avere un profilo di volo sicuro. I criteri per determinare se una particolare scelta di motori e di modello è sicura sono gli lo stessi che per un monomotore. Se non si utilizza una simulazione al computer bisogna combinare tutte le spinte dei singoli motori per ottenere la spinta complessiva, e poi utilizzare questo dato nei calcoli, come si trattasse di un singolo motore. Se si usano motori di tipo diverso nello stesso cluster i calcoli sono più complessi perchè si dovrà considerare la combinazione delle diverse curve di spinta dei vari motori (vedi sotto) e anche la spinta prodotta da ognuno per determinare se il volo è sicuro o no. Per un calcolo corretto occorrono dei dati affidabili per ognuno dei motori che si usano. Dato che i dati forniti dai produttori sono spesso semplificati, è meglio utilizzare i dati forniti da associazioni indipendenti come Tripoli o NAR. Di seguito diamo una descrizione dei principali tipi di motori in base alla loro adattabilità per i clusters: Aerotech Blue Thunder: Il combustibile Blue Thunder si accende rapidamente e rappresenta una delle migliori scelte per i primi clusters.con motori compositi. Se gli accenditori e il sistema di lancio sono all'altezza del loro compito, usare motori Blue Thunder è garanzia di un lancio di successo. Black Jack: A causa della grande quantità di sostanze non combustibili contenute in questo combustibile, che creano il denso fumo nero, il Black Jack è il combustibile più difficile da accendere e richiede tempo per arrivare alla pressione giusta. E' decisamente sconsigliabile per i cluster. Cesaroni Technology (CTI) Combinare diversi motori in un cluster.
L'accensione contemporanea di tutti i motori di un cluster è chiaramente un aspetto molto importante. Se si accende solo una parte dei motori come minimo la spinta sarà insufficiente, e inoltre sarà fuori asse con la conseguenza di una traiettoria incurvata o perfino di curiose acrobazie... Accenditori adatti per cluster Gli accenditori adatti per i cluster devono avere le seguenti caratteristiche: Capacità di accendere il motore. Sembra ovvio ma spesso accade che si usino accenditori che non sono adatti per un certo tipo di motore. Un motore che non si accende in un modello monomotore può causare al massimo imbarazzo, ma in un cluster può portare alla distruzione del modello. Per l'accensione dei cluster di motori tipo Estes è sufficiente che gli accenditori producano una piccola fiamma perchè il combustibile di questi motori è piuttosto sensibile e non richiedono lo sviluppo di pressione interna. Per l'accensione di un cluster di motori compositi è cruciale che gli accenditori sviluppino una fiamma grande, molto calda e di lunga durata. Più grosso è il motore, più largo è il suo foro centrale e maggiore dovrà essere la fiamma. I normali accenditori elettrici producono calore solo per una frazione di secondo prima di bruciare. Anche se il calore prodotto è notevole, non restano caldi abbastanza a lungo per accendere un motore più grosso di un G o di un piccolo H. Per i cluster quindi bisogna usare accenditori con aggiunta di un pirogeno extra, ovvero del materiale che sviluppa una fiamma, sulla testa. Basso assorbimento. Gli accenditori per i cluster
devono avere un assorbimento relativamente basso. Cerchiamo di capire
perchè: Gli accenditori per motori, qualsiasi siano, hanno un'assorbimento di corrente minimo di circa 3-5 A. In un collegamento in parallelo gli assorbimenti si sommano quindi un cluster di quattro motori ha bisogno di circa 20 A come minimo per accendersi, e l'assorbimento istantaneo può arrivare facilmente a 50 A. Se la batteria non è in grado di fornire questa corrente il risultato può essere di una accensione sequenziale invece che contemporanea. Che potenza deve avere la batteria? Per capire il perchè serve un po' di teoria. Le caratteristiche di una batteria si esprimono con due valori fondamentali: la tensione (Volt) e la capacità (Ampere-ora). La capacità esprime la quantità di energia che la batteria può immagazzinare e la sua capacità di fornirla nel corso del tempo. Una batteria da 6 Ampere-ora è in grado di fornire 6 Ampere per un periodo di un'ora, oppure 12 A per mezz'ora, o anche 3 A per due ore. Naturalmente esistono dei limiti fisici quindi una batteria così non potrà dare 48 A per sette minuti e mezzo... Quando un circuito collegato ad una batteria
ha un forte assorbimento, la tensione della batteria si riduce e se
l'assorbimento è molto forte può ridursi anche di molto.
I=V/R I = intensità (Ampere)
quindi l'intensità di corrente che scorre in un circuito è tanto maggiore quanto minore è la resistenza o maggiore è la tensione. Se consideriamo che qualunque accenditore ha una resistenza tipica che oscilla attorno al valore di 1,5 Ohm, applicando la formula di cui sopra vediamo che la corrente che circola in un accenditore alimentato con una batteria da 6 volt (tipica per motori Estes) è pari a 6 Volt/1,5 Ohm = 4 A. Se utilizziamo una batteria da 12 Volt con lo stesso accenditore la corrente sarà 12 Volt/1,5 Ohm = 8 A Quando più accenditori sono collegati in parallelo si applica la formula Req=R/n Req = resistenza equivalente dell'insieme
Questa formula presuppone che gli accenditori
abbiano tutti la stessa resistenza. Anche se non è mai così,
la resistenza di accenditori dello stesso tipo è molto simile
e possiamo accontentarci del risultato. Applicando la legge di Ohm ed usando una batteria da 12 V troviamo che ora l'intensità che passa attraverso questo gruppo è di 12/0,5=24 A, il che dimostra che l'assorbimento totale di un gruppo di accenditori da usarsi per un cluster è pari alla somma degli assorbimenti di ciascun accenditore. Questo assorbimento è in grado di far calare notevolmente la tensione della batteria se questa non ha una capacità sufficiente, e se cala la tensione cala anche la corrente che scorre negli accenditori. In questa situazione può succedere che l'accenditore che ha una resistenza lievemente inferiore bruci prima e quindi accenda il motore corrispondente prima degli altri. Perciò gli accenditori devono avere il minimo assorbimento possibile perchè anche così l'assorbimento totale sarà notevole, ed una batteria per accendere cluster di motori deve essere di alta capacità proprio per sopportare questi alti assorbimenti. Una batteria al piombo-gel da 12 V e 6Ah riesce ad accendere facilmente un cluster di tre motori ma rappresenta il minimo indispensabile per operare in sicurezza. Una batteria da automobile è l'ideale grazie alla sua grande capacità che le permette di erogare anche più di 50 A. Alta affidabilità e costanza di funzionamento. La affidabilità degli accenditori e la loro costanza di caratteristiche sono molto più critiche per un cluster che per un motore singolo. E' particolarmente importante che tutti gli accenditori di un cluster assorbano la stessa corrente, così nessun accenditore richederà maggiore corrente dalla batteria e si accenderà prima. Accenditori raccomandati per cluster Magnelite - Sono accenditori venduti in kit che si realizzano da sè mescolando il pirogeno di cui abbiamo già parlato e intingendo in esso dei fili già preparati dal fabbricante. Producono molto calore ed una fiamma intensa che dura per un tempo sufficientemente lungo. Richiedono una corrente di 5 A quindi sono gestibili da molti sistemi di lancio, ma se si uniscono in numero superiore a tre occorre assicurarsi che la batteria sia in grado di fornire la corrente necessaria. E-Matches - Sono detti così degli accenditori professionali molto affidabili e a basso assorbimento (0,5 A o meno), capaci di funzionare anche con tensioni di soli 1,5 Volt. Questi accenditori sono in grado di accendere i motori tipo Estes anche raggruppati in cluster.
Non raccomandati per i cluster Collegamento
degli accenditori Nella foto si vedono due accenditori Estes inseriti in un cluster da due motori e collegati assieme attorcigliando i capi. A questi verranno collegate le clip del sistema di accensione come si trattasse di un singolo motore. Quando si ha a
che fare con più di tre motori non si possono più attorcigliare
i capi assieme, o comunque è difficile farlo senza rovinare gli
accenditori. Un metodo utilizzato in questi casi è quello chiamato
"clip whip". E' un metodo adatto più che altro
per gli accenditori Estes che hanno due contatti corti, difficili da
attorcigliare tra loro. Per la realizzazione servono: 1) Due micro clips con ganasce piatte
per ogni accenditore. Meglio se del tipo con dentini, che si attaccano
meglio dei "coccodrilli" all'accenditore. Separate ogni estremità del filo in due per una lunghezza di 5 cm e togliete circa 15mm di isolante. Fissate e saldate un paio di clips ad una estremità di ogni filo. Poi raccogliete tutte le estremità libere dei fili di un colore dall'altro lato, attorcigliatele e saldatele assieme Per utilizzarle agganciate una coppia di micro clips ad ogni accenditore, ogni clip con filo di colore diverso. Collegate il gruppo di fili di un colore ad una clip ed il gruppo dell'altro colore all'altra clip Gli accenditori adatti per i motori compositi sono sempre costituiti da una piattina di filo a due conduttori, facile da spelare e attorcigliare assieme. Connessione degli accenditori al sistema di accensione. Portate con voi un pezzetto di carta vertro di grana 80 o 100 e grattate le pinzette per rimuovere l'ossidazione e residui di combustione. Questa operazione migliora il flusso di corrente permettendo agli accenditori di ricevere tutta la corrente che richiedono. Collegate uno dei gruppi di fili ad una delle clip e l'altro gruppo all'altra clip. Piegate ogni gruppo di fili attorno alla sua clip per fare in modo che la maggior parte del filo sia in contatto. Assicuratevi che tutti gli accenditori stiano al loro posto. E' facile muoverli mentre collegate i fili. Assicuratevi che le clip non si tocchino o non tocchino parti metalliche della rampa Usate il controllo di continuità della centralina per accertarvi che gli accenditori siano connessi. Da notare che in un collegamento di questo tipo anche se un solo accenditore ha continuità il controllo lo confermerà. Questo controllo quindi non dà alcuna indicazione del funzionamento di tutti gli accenditori del cluster.
Il problema principale che riguarda la stabilità dei modelli plurimotore è la concentrazione del peso nella parte posteriore del modello. Due, tre o più motori sul retro del modello spostano il peso proprio in questa zona, dove è meno voluto, e spostano indietro il baricentro. Per questo motivo i modelli con cluster di motori di solito usano pinne piuttosto larghe. Se progettate un modello plurimotore è bene testare a terra (o con un programma di simulazione) la sua stabilità coi motori più pesanti che intendete montare. Non ci sono altri accorgimenti se non quelli già descritti nella sezione Stabilità
Bistadi in serie con motori in cluster.
Generalmente non è raccomandato. Di solito quando si mettono
due stadi in cluster uno sull'altro, il primo dei motori del secondo
stadio che si accende provoca il distacco dei due stadi senza permettere
l'accensione degli altri. Lunghezza dei fili degli accenditori. E' importante che i fili siano lunghi, e tutti della stessa misura. Se un motore si accende un attimo prima degli altri e i fili sono corti, il modello potrebbe già sollevarsi e gli accenditori degli altri motori sfilarsi. Se i fili sono di lunghezza abbondante gli accenditori degli altri motori restano al loro posto anche durante i primi attimi di sollevamento, e i motori corrispondenti hanno una maggiore probabilità di accendersi Sistema di recupero. Se è solo una parte dei motori che si occupa di attivare il sistema di recupero, bisogna essere molto sicuri che questi motori si accendano. Può essere costoso ed imbarazzante, oltre che pericoloso, se si accendono tutti i motori tranne quelli che aprono il paracadute! Motori distanti. Mettere i motori sulle pinne o comunque lontani dall'asse centrale non è raccomandato. Se se ne accende solo uno il modello avrà una spinta così tanto disassata che farà una capriola, e se il motore è abbastanza potente può ribaltare anche la rampa.. |
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