엔진마력과 기체무게는 서보의 토크와는 사실상 별 상관이 없습니다.
서보의 필요토크에 직접적인 영향을 주는 요소는 다음과 같습니다.
1. Max Speed (최대속도 : km/h )
2. Control Surface Chord (조종면의 폭 : mm)
3. Control Surface Length (조종면의 길이 : mm)
4. Control Surface Max Angle (조종면의 타각 : degree)
5. Servo Max Deflection (서보의 작동각 : degree)
대략적으로 서보의 소요토크의 계산방식은 아래와 같습니다.
1.기체의 속도의 제곱에 비례
2. 조종면의 폭의 제곱에 비례
3. 조종면의 길이에 비례
4. 조종면의 타각의 SIN값 곱하기 TAN값에 비례
5. 서보의 작동각 (보통45도)의 TAN값에 반비례
이외에 서보의 소요토크에 영향을 미치는 기타요소는...
해발고도, 공기온도, 기압, 습도등등 입니다.
위의 비례식에 기타요소를 계산하여 일정값(상수)를 곱하면 서보의 소요토크가 계산이 됩니다.
물론 대략적인 근사치 입니다.
기체중량 즉 3축의 관성치, 주익의 길이와 평균익현 등과 주익과 미익의 붙임각도 영향을 주기는 하지만
이것까지 고려하면 계산식이 너무 복잡해 집니다.
그리고 이 계산식은 절대치는 아닙니다. 비교를 위해 참고로만 사용해야만 합니다.
엔진진동, 외부충격등등... 또 다른 변수가 있기 때문입니다.
서보토크 계산공식 별첨화일로 올렸습니다.
엑셀로 대충 만든 것입니다. 하늘색 바탕에 숫자를 대입하면 소요토크가 계산되어 나옵니다.
servo_torque.xlsx
날개길이 3.1m 짜리 아크로 기체(17.2kg)의 서보토크 계산 예 입니다.
최대속도를 100km/h로 가정하고, 에일러론 크기와 타각(15도)를 대입하면 필요한 서보의 토크 계산결과는
8.29kg.cm 입니다.
맨아랫줄은 기체 제조사가 권장하는 최소 서보토크값 입니다. 계산결과와 근사값을 보여줍니다.
3D 기동을 위해 에일러론 타각을 30도로 한다면 서보의 토크는 34.52kg.cm가 됩니다.
이런 서보는 구하기도 힘들고 값도 엄청납니다.
결국 대안은...
최대속도에서는 풀타각을 사용하지 않는 것입니다. 실제로도 3D 기동은 중저속에서 이루어지니까요.
가장 많은 토크값을 요구하는 조종면은 러더입니다.
토크 9kgcm짜리 에일러론 서보 각각 1개씩, 엘리베이터 서보 각각 1개씩을 사용하면 되지만,
러더는 최소한 두개의 서보를 사용하여야만 합니다.
일부 아크로 기체는 러더서보 3~4개를 묶어 연동해서 사용하기도 하지요.
또한가지 유의할 점은 서보 토크플레이트의 작동각이 좌우로 45도 이어야 한다는 것입니다.
작동각을 절반으로 줄인다면 서보에 걸리는 토크는 2.4배 이상 늘어나게 됩니다.
날개길이 2.6m 짜리 스케일 워버드 기체(15.5kg)의 서보토크 계산 예 입니다.
의외로 필요 토크는 작게 나옵니다.
최대속도를 100km/h로 가정하고, 에일러론 크기와 타각(18도)를 대입하면 필요한 서보의 토크 계산결과는
0.77kg.cm에 불과합니다.
17kg 엑스트라와 15kg Mustang 에일러론 서보의 필요토크가 10배 이상 차이가 납니다.
그 이유는 조종면이 워낙 작고, 타각 또한 별로 크지않기 때문입니다.
그래도 불안해서 6kg.cm(6V)서보를 양쪽 에일러론에 각각 두개씩 사용하여 12kg.cm로 넉넉하게 했습니다.
0.92kg.cm로 계산된 엘리베이터는 4.4kg.cm서보를 양쪽 엘리베이터에 각각 한개씩 사용하였습니다.
토크값이 크게 계산되는 조종면은 플랩(9.7kg.cm) 입니다.
그러나 최대속도에서 플랩을 사용할 이유는 없습니다. 속도를 절반으로 줄이면 2.43kg.cm로 크게 낮아집니다.
암튼 여유있게 초대형 자이언트 서보 (12.5kg.cm)를 사용했습니다.
러더 역시 토크 계산값은 적게 나왔으나 테일기어가 연동되어 있어서 충격을 많이 받게됩니다.
그리고 나이프에지 기동이라도 하려면 속도가 높고 타각이 많이 필요하여 상당히 많은 토크를 받게 됩니다.
(사실 무스탕으로는 나이프에지가 되지 않더군요. 대충 비스므레 하게 잠깐 합니다.)
게다가 계산식에 반영되지 않는 기체무게, 즉 3축의 관성치 또한 러더(요오축)가 가장 큽니다.
에일러론은 동체축을 중심으로 가벼운 날개를 롤축으로 회전을 시키기 때문에 관성치가 가장 작습니다.
엘리베이터는 중림점을 기준으로 무거운 동체를 핏치축으로 회전을 시키기 때문에 관성치가 큽니다.
러더는 중림점을 기준으로 무거운 동체와 날개를 함께 요오축으로 회전을 시키기 때문에 관성치가 가장 큽니다.
우려가 현실로...
어느 날 러더서보가 사망합니다. 7.56kg.cm(6V)나 되는데도 말입니다.
다행히도 비행중이 아니었고요.
결국 왕창 힘좋은 JR DS-8911 (25kg.cm) 서보로 교체를 하였습니다.
올해로 스무살이 된 P-51D Mustang 입니다.
첫댓글 좋은 내용입니다~~
방장님, 홧팅! 입니다~