تحديد حجم محرك درون عالي الدفع: الحمولة والكفاءة والهامش الحراري

محرك درون عالي الدفع ليس أكبر وحدة في ورقة المواصفات؛ بل هو المحرك الذي ما زال ينتج دفعه عند نقطة التشغيل التي تطير بها الطائرة فعلاً. يبدأ تحديد حجمه من الكتلة التي على الطائرة رفعها، ثم توزَّع تلك الكتلة على الدوارات، ثم يُتحقَّق مما إذا كان المحرك قادراً على الاحتفاظ بحصته من الحمل دون استنفاد الهامش الحراري. فئة الحمولة والدفع لكل دوار والهامش الحراري هي الكميات الثلاث التي تحدد الجواب، وهي أيضاً على طائرة الرفع الثقيل الكميات التي تحدد مقدار كتلة المحرك التي يجب حملها لأداء المهمة.

يستعرض هذا الدليل عشراً من السجلات المدرجة حالياً في فئة محركات الطائرات بدون طيار في ToBMS، وكلها وحدات من T-Motor تصنّفها سجلات ToBMS تحت درون الرفع الثقيل والطائرات الزراعية بدون طيار، ويوضح المواصفة التي تحسم الخيار عند كل خطوة. كل رقم أدناه مأخوذ من سجل المنتج في ToBMS أو من المواصفة المنشورة من المصنّع؛ والنسب المستخرجة من تلك الأرقام موسومة بأنها مستخرجة، وحيث لا تكون القيمة منشورة تُوسم بأنها غير منشورة بدلاً من استنتاجها من طراز مشابه.

إجابة سريعة

تأتي فئة الحمولة أولاً، وهي رقم يخص الطائرة لا المحرك. تسجّل سجلات Navigator الثمانية المدروسة هنا الوزن الأقصى للإقلاع مباشرةً على صفحة المصنّع، من 60 كغ على T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor إلى 140 كغ على T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor. ذلك الرقم هو الوزن الكلي للطائرة لا الحمولة المعلَّقة تحتها؛ فالحمولة هي ما يتبقى بعد طرح الهيكل وحزمة البطاريات والإلكترونيات والمحركات، ولهذا يتبع اختيار المحرك ميزانية كتلة لا رقم حمولة بمفرده، ولهذا يُطابق محرك درون عالي الدفع للحمولات الثقيلة دائماً مع الطائرة لا مع الحمل وحده.

أما الدفع الذي يجب أن يوفره محرك درون عالي الدفع فيُحدَّد بتوزيع الدفع الذي تحتاجه الطائرة على الأذرع. تعتمد ممارسة متعددة الدوارات على تخصيص مضاعِف من الوزن الكلي حتى يحتفظ التحكم بالسلطة أثناء المناورات والاضطرابات، ولذلك يكون الدفع الأقصى المسجَّل لكل محرك سقفاً لا نقطة عمل. والحفاظ على التحكم بعد فقدان دوار متطلب منفصل للتحمل ضد الأعطال، ينبع من تكوين الطائرة وتوزيع التحكم وحالة العطل المدروسة لا من رقم الدفع الأقصى وحده. وهناك كمية ثالثة تحدد ما إذا كان ذلك السقف يصمد في الطيران، وهي الهامش الحراري: فتصنيفات القدرة والتيار المنشورة لهذه المحركات معطاة على نافذة قصيرة، ودرجة الحرارة السطحية على منصة اختبار المصنّع تُقاس عند مستوى دفع معيَّن ومدة تشغيل معيَّنة. ولا يمكن ترتيب عشر سجلات بعضها مقابل بعض على هذا الأساس، لأن المروحة وتوتر الناقل وظروف الاختبار تتغير من صفحة إلى أخرى. وما يمكن للأرقام أن تفعله هو أن تُظهر أين يقع الهامش لمحرك واحد ومروحة واحدة وناقل واحد، وهو المقارنة التي يحتاجها قرار تحديد الحجم فعلاً.

ما الذي يحدد محرك درون عالي الدفع

لا شيء في بنية محرك درون عالي الدفع يتغير عند الطرف الثقيل من الفئة. ما يتغير في محرك درون عالي الدفع هو أي جزء من المواصفة يصبح القيد المُحدِّد. على طائرة صغيرة يكون الحد عادةً حزمة البطاريات والتوصيلات، ويُختار محرك درون عالي الدفع ليلائم مروحة تتسع لها الهيكل أصلاً. وعلى طائرة الرفع الثقيل أو الطائرة الزراعية ينتقل الحد إلى الحمل الحراري وكتلة المحرك معاً، وبالنسبة لهذه الطائرات يمكن أن يصبح الحمل الحراري وكتلة نظام الدفع قيدين مترابطين مهمين مع زيادة الحمولة المطلوبة ومتطلبات المهمة، وهذا ما يجعل مسألة الاختيار مختلفة عند هذا الطرف من النطاق.

الدفع لكل دوار مقابل كتلة المحرك

تقع كميتان على جانبين متقابلين في كل قرار يخص الرفع الثقيل ولا يمكن قراءة أيٍّ منهما بمفرده. الدفع لكل دوار هو ما على المحرك إنتاجه عند نقطة العمل؛ وكتلة المحرك هي ما تدفعه الطائرة مقابل ذلك الدفع في كل رحلة، والمحركات جزء من الوزن الكلي الذي يرفعه نظام الدفع. وتتحرك الكميتان معاً عبر السجلات العشرة أدناه: يزن T-Motor U11 II KV120 UAV Motor ‏772 غ ويسجّل 14159 غ من الدفع، بينما يزن T-Motor MN1330 KV40 ‏2750 غ ويسجّل 75415 غ. وبينهما ترتفع الكتلة بمعامل يقرب من 3.6 ويرتفع الدفع المسجَّل بمعامل يقرب من 5.3، وهذا الفرق في الميل هو ما تراهن عليه قرار تحديد الحجم.

يُتعامل مع الكميتين كزوج لا كدرجة تقييم. فمحرك درون عالي الدفع خفيف بالنسبة لدفعه يقلل الكتلة التي يحملها نظام الدفع، لكنه يملك أيضاً نحاساً أقل واستاتوراً أصغر لتبديد الفقد الذي يولّده، والأثران ليسا مستقلين. ومحرك درون عالي الدفع ثقيل بالنسبة لدفعه يجلب مادة أكثر إلى المسألة الحرارية، لكنه يضيف إلى الكتلة التي ترفعها الطائرة في كل رحلة وإلى القصور الذاتي الذي على متحكّم الاتجاه العمل ضده. وأي جانب من هذه المقايضة هو الصحيح يعتمد على نمط الطيران، ويمكن أن يقع المحرك نفسه على أي من جانبي الخط لمهمتين مختلفتين.

قيمة KV كمرشِّح أول

قيمة KV هي ثابت سرعة الملف، وتُعبَّر عنها بالدورة في الدقيقة لكل فولت، وهي في هذه السجلات تمتد من 130 على MN1115 إلى 40 على MN1330. ودورها العملي في تحديد الحجم هو بيان عدد الخلايا وقطر المروحة اللذين لُفّ من أجلهما المحرك. فقيمة KV المنخفضة على ناقل معيّن تُدير المروحة نفسها بسرعة أقل، ويمكن أن يكون الملف ذو KV المنخفض ملائماً لتكوينات أبطأ وأكبر مروحة، لكن التيار عند دفع معيّن يجب تقييمه من بيانات تشغيل المحرك والمروحة لا من قيمة KV، وهو ما يتيح لطائرة الرفع الثقيل تشغيل مروحة كبيرة دون أن يرتفع التيار فوق ما يستطيع متحكّم تحمّله باستمرار. وقيمة KV بيان مطابقة لا مؤشر جودة، وناقل 24S يقود مروحة 20 إنشاً وناقل 24S يقود مروحة 30 إنشاً سيطلبان قيمتين مختلفتين حتى لهدف الدفع نفسه.

الكمية المرتبطة على محرك درون عالي الدفع هي تكوين الاستاتور، وهي منشورة على محركات Navigator كعدد الشقوق والأقطاب مثل 36N40P أو 36N42P. وكل سجل من سجلات Navigator الثمانية هنا محرك خارجي الدوار عالي عدد الأقطاب باستاتور كبير القطر، من 120.5 مم في سلسلة MN11 إلى 150 مم في سلسلة MN13. وتعكس قيمة KV ملف المحرك وتصميمه الكهرومغناطيسي؛ أما عدد الأقطاب وأبعاد الاستاتور فتوفّران سياقاً إضافياً لكنهما لا يحددان KV بشكل مستقل. وتنقسم السلسلتان على هذا الأساس: تجمع مجموعة MN11 استاتوراً بقطر 120.5 مم مع 12S أو 24S، وتجمع مجموعة MN13 استاتوراً بقطر 150 مم مع 14S أو 24S. ويتناول دليل UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe العلاقة نفسها عبر نطاقات U وNavigator وP وAT الأوسع لمن يريد الحالة العامة قبل الحالة الخاصة.

كيف تُحدَّد فئة الحمولة لمحرك درون عالي الدفع

فئة الحمولة للطائرة ليست خاصية للمحرك، والرقم الذي ينشره المصنّع إلى جانب المحرك ليس تصنيف حمولة أيضاً. تذكر T-Motor وزناً أقصى للإقلاع لكل محرك Navigator، وذلك الرقم يصف أثقل طائرة يُقصد بالمحرك تشغيلها لا الحمل الذي يمكن لطائرة كهذه أن تحمله. والانتقال من رقم إلى آخر عملية طرح، وتعتمد النتيجة على طريقة بناء الطائرة.

فئة الحمولة وعدد الدوارات

يبدأ تحديد حجم محرك درون عالي الدفع من الوزن الكلي ويطرح كل ما ليس حمولة: الهيكل وحزمة البطاريات والإلكترونيات وحامل الحمولة والمحركات نفسها. وما يتبقى هو الكتلة المتاحة لمعدات المهمة، وعلى طائرة الرفع الثقيل يعتمد هذا المتبقي على كتلة الهيكل والبطارية ونظام الدفع والإلكترونيات وحامل الحمولة ضمن الوزن الكلي المسموح. والأوزان القصوى المعلنة للإقلاع في سجلات Navigator الثمانية هي 60 كغ على MN1115 KV130، و70 كغ على T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor، و80 كغ على T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor، و90 كغ على T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor، و100 كغ على كلٍّ من T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor وT-Motor MN1320 KV49 UAV Motor، و120 كغ على T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor، و140 كغ على MN1330 KV40. أما سجلا سلسلة U، وهما U11 II KV120 وT-Motor U13 II KV65 UAV Motor، فلا ينشران وزناً أقصى للإقلاع، لذا لا تُسنَد إليهما أي فئة هنا.

ثم يقسم عدد الدوارات تلك الكتلة. فالطائرة ذات الوزن الكلي نفسه المبنية على ستة أذرع تطلب من كل محرك أكثر مما تطلبه الطائرة نفسها المبنية على ثمانية، والفرق ليس حسابياً فحسب: فكلما قلّت الدوارات زاد اعتماد الطائرة على كل واحد منها وزادت حصة ميزانية التحكم التي يجب حجزها للتوجه والاضطرابات. وميزانية دفع تصرف كل رقم الدفع المسجَّل في الطيران المستقر لا تترك شيئاً لتلك الاحتياطي، ولهذا فإن نسبة الدفع الأقصى المستخدمة في التحويم مدخل من مدخلات تحديد الحجم لا نتيجة.

هامش الدفع عند الدفع الجزئي

يقضي محرك درون عالي الدفع على طائرة الرفع الثقيل معظم رحلته عند دفع جزئي، وفي منطقة الدفع الجزئي يكمن الهامش. وتُظهر بيانات اختبار المصنّع مقدار الدفع المنتَج عند دفع متوسط: على MN1330 KV40 مع مروحة 52 x 20 in يسجّل جدول الاختبار 14117 غ عند 40 بالمئة من الدفع مقابل 75415 غ عند 100 بالمئة، لذا يحمل النصف الأعلى من مدى الدفع معظم الدفع المتاح. وترجمة ذلك إلى نقطة عمل لمحرك درون عالي الدفع تعني اختيار الدفع الذي تحوّم عنده الطائرة بحمولة كاملة والتحقق من مقدار المدى المتبقي فوقه.

الجزء الثاني من الهامش هو الفجوة بين الدفع الذي يسجّله المحرك والدفع الذي يستطيع تحمّله. تنشر صفحات Navigator رقمين لكل ذراع جنباً إلى جنب، قيمة قصوى وقيمة اسمية، والفجوة بينهما واسعة: يسجّل MN1123 KV53 ‏47.5 كغ كحد أقصى مقابل 20-22 كغ اسمية لكل ذراع، ويسجّل MN1325 KV47 ‏68.0 كغ مقابل 30-32 كغ، ويسجّل MN1330 KV40 ‏75.4 كغ مقابل 35-38 كغ. وتلك الفجوة هي الفرق بين ما يستطيع المحرك إنتاجه على منصة الاختبار لدفعة قصيرة عند الدفع الكامل وما يُقصد أن يحمله كحمل عمل، ويُحدَّد حجم محرك درون عالي الدفع على الرقم الثاني مع استخدام الأول كالسقف الذي لا يجوز مطالبتَه بحمله.

الكفاءة عند الدفع الجزئي والدفع الكامل

الكفاءة هي الكمية الوحيدة في سلسلة تحديد حجم محرك درون عالي الدفع التي تصفها السجلات بشكل غير مباشر، والسبب أن الدفع لكل واط خاصية للمحرك والمروحة معاً لا للمحرك وحده. وتسجّلها جداول اختبار المصنّع كنسبة، بغرامات الدفع لكل واط، وتتحرك النسبة مع الدفع على كل محرك دُرس هنا. على MN1330 KV40 مع مروحة 52 x 20 in يحمل جدول الاختبار 10.61 غ/واط عند 40 بالمئة من الدفع و4.64 غ/واط عند 100 بالمئة، وتظهر الصورة نفسها على U11 II KV120 مع مروحة 28 x 9.2 in، عند 11.72 غ/واط مقابل 5.08 غ/واط. ويرتفع الدفع عبر هذا النطاق بينما لا ترتفع نسبة الدفع لكل واط، وهذا هو الحساب الذي يقف خلف هامش الدفع الجزئي الذي جرى بحثه أعلاه.

المقاومة الداخلية وفقد الملف

يتبع فقد النحاس في الملف علاقة I²R، لذا تحدد المقاومة مقدار ما يتحول من الدخل إلى حرارة عند نقطة عمل معيّنة، لكن تقديره من البيانات المنشورة يتطلب تعريفات متوافقة للمقاومة والتيار بدلاً من ضرب قيمة الطور إلى الطور في أي قيمة تيار. وعبر السجلات العشرة تمتد الأرقام المنشورة على نطاق واسع، من 7.5 mΩ على MN1315 KV100 إلى 80±5 mΩ على U11 II KV120، ولا يتبع ترتيب النطاق ترتيب الدفع: فـ MN1315 KV100 من أعلى السجلات دفعاً هنا ويحمل أيضاً أدنى مقاومة منشورة، بينما يسجّل MN1118 KV108 و MN1115 KV130 قيمتَي 13 mΩ و16 mΩ عند 12S ويسجّل MN1123 KV53 قيمة 35 mΩ عند 24S. والمقاومة خاصية للملف في محرك درون عالي الدفع وتُذكر للملف الذي تصفه الصفحة، لذا تُقرأ مع عدد الخلايا لا بمفردها.

تيار اللاحمل والمقاومة بدون حمل

الجانب اللاحملي من الحساب هو تيار اللاحمل، المنشور كقيمة 1.5 A عند 18 V على U11 II KV120، و1.7 A عند 18 V على U13 II KV65، وبين 2.0 A و5.7 A عند 20 V عبر سجلات Navigator. ويغطي ذلك التيار الفقد الذي يولّده المحرك أثناء الدوران دون حمل: احتكاك المحامل، والمقاومة الهوائية بين الدوار والاستاتور، وفقد الحديد في استاتور يُبدَّل عند تردد يحدده عدد الأقطاب والسرعة. وعلى محرك خارجي الدوار كبير الاستاتور يمثّل ذلك جزءاً صغيراً من تيار العمل، ويقع تأثيره على قرار تحديد الحجم عند الطرف الأدنى من مدى الدفع، حيث يكون الدفع المفيد أصغرَ ما يكون وحصة الدخل المصروفة على فقد اللاحمل أكبرَ ما تكون. وعلى محرك درون عالي الدفع، لا المقاومة ولا تيار اللاحمل رقمان يُتخذ القرار عليهما مباشرة؛ كلاهما يُقرأ لتتبع إلى أين يذهب الفقد، وهو ما يطبّقه القسم الحراري التالي بعد ذلك على نقطة عمل.

الدفع لكل دوار وما يكلفه من كتلة المحرك

بعد تثبيت فئة الحمولة وعدد الدوارات، يبقى السؤال عن مقدار الدفع الذي على كل ذراع إنتاجه وكم يزن المحرك الذي ينتجه. وهما مواصفتان منفصلتان على الصفحة وقرار واحد في الطائرة، لأن كل غرام يضيفه المحرك جزء من الوزن الكلي الذي على الطائرة رفعه، والدفع الذي ينتجه ذلك المحرك جزء مما يرفعه.

كيف يُقرأ الرقم بالكيلوغرام

رقم الدفع المنشور لمحرك درون عالي الدفع هو قيمة قصوى مسجَّلة على منصة اختبار عند جهد ومروحة ودفع محددة، وقراءته بشكل صحيح تعني قراءة تلك الشروط الثلاثة معه. والسجلات العشرة أدناه معطاة على مراوح من وحدة 28 x 9.2 in إلى وحدة 52 x 20 in، وعلى ناقلات من 12S إلى 22-25S، والأرقام تمتد من 14.16 كغ على U11 II KV120 إلى 75.4 كغ على MN1330 KV40. وليس أيٌّ منها دفعة اسمية بمعنى قيمة يُقصد أن يحملها المحرك إلى ما لا نهاية، وتفصل صفحات Navigator المفهومين صراحةً بنشر قيمة قصوى وقيمة اسمية لكل ذراع جنباً إلى جنب. وحيث يحتاج قرار تحديد الحجم إلى قيمة العمل لا السقف، فالرقم الاسمي لكل ذراع هو ما يُقرأ، وحيث لا تنشر الصفحة أيًّا منهما يكون السقف الرقم الوحيد المنشور ويجب التعامل معه على هذا الأساس.

كتلة المحرك لكل كيلوغرام من الدفع الأقصى المسجَّل

قسمة الكتلة المسجَّلة لمحرك درون عالي الدفع على دفعه الأقصى المسجَّل تعطي رقماً مستخرجاً يصف ما يكلفه ذلك الدفع من كتلة مقابل ذلك الأقصى، وهو في السجلات العشرة يقع بين 30.0 غ و54.5 غ لكل كيلوغرام من الدفع الأقصى المسجَّل. وهو ليس مقياس كفاءة موحَّداً، لأن المراوح وتوترات الناقل وظروف الاختبار تختلف من سجل إلى سجل. وتسجلات Navigator الثمانية تقع في نطاق ضيق من 30.0 غ على MN1123 KV53 إلى 36.5 غ على MN1330 KV40، أي تشتت بنحو الخُمس عبر نطاق دفع يزيد على الضعف. أما سجلا سلسلة U فيقعان خارج ذلك النطاق في الأعلى، والمحرك U11 II KV120 هو الأعلى عند 54.5 غ لكل كيلوغرام من الدفع الأقصى المسجَّل. ولا تقدّم المواصفات المدرجة تفصيلاً للكتلة على مستوى المكوّنات، لذا لا يمكن عزل المساهمة المحددة لهيكله وملفه من هذه السجلات وحدها؛ ومع ذلك فإن U11 II KV120 هو أخف محرك هنا عند 772 غ ويسجّل أصغر دفع عند 14.16 كغ. وبالنسبة لمحرك درون عالي الدفع، الرقم مستخرج من قيم منشورة وليس بحد ذاته مواصفة مصنّع؛ وهو مفيد لرؤية كيف تتغير تكلفة الدفع عبر نطاق، ويُقرأ إلى جانب رقم الدفع لا بدلاً منه.

الوزن الأقصى للإقلاع للطائرة والدفع وكتلة المحرك وعدد الخلايا والمروحة كما نشرها المصنّع وأُدرجت في سجل المنتج ToBMS؛ وكتلة المحرك مذكورة مع الكابلات. وكتلة المحرك لكل كيلوغرام من الدفع الأقصى المسجَّل مستخرجة هنا من الكتلة المسجَّلة والدفع الأقصى المسجَّل وليست رقماً من المصنّع؛ ولأن ظروف الاختبار والمراوح تختلف، لا يجوز قراءتها كمقياس كفاءة موحَّد ولا كمقياس مباشر لقدرة الحمولة في الطيران. وتذكر صفحات Navigator القيم لكل ذراع بصيغة Max Thrust/Arm وRated Thrust/Arm؛ أما صفحتا سلسلة U فتذكران قيمة دفع قصوى واحدة ولا قيمة اسمية لكل ذراع، والخلايا التي تحمل غير منشور تُترك مفتوحة بدلاً من ملئها من طراز مماثل. ويُقرأ كل جدول اختبار من المصنّع مقابل كتلة المروحة وخطوة الدفع وتوتر الناقل المطبوعة على الصفحة التي أتى منها، لأن ترتيب الأعمدة ووحدة الكفاءة ليسا نفسيهما في صفحات سلسلة U كما في صفحات Navigator. ولا تُقارَن أي قيمة حرارية أو قيمة كفاءة بين الطرازات في هذا الجدول: فالمروحة وتوتر الناقل ومستوى الدفع ومدة التشغيل تختلف من صفحة إلى أخرى، ويذكر المصنّع أن القيم المعملية يُقصد بها أن تكون مرجعاً لذلك المحرك لا أساساً لمقارنة أنواع المحركات.

قطر المروحة خلف كل رقم من أرقام الدفع

المروحة المطابقة لمحرك درون عالي الدفع ليست ملحقاً لرقم الدفع؛ بل هي جزء من تعريفه. فالدفع المسجَّل لمحرك ينتجه المروحة التي اختُبر بها، وتغيير تلك المروحة ينقل نقطة تشغيل المحرك والمروحة وقد يغيّر الدفع والتيار المسحوب معاً، لذا تُقرأ السجلات هنا مع شروط الاختبار المرتبطة بها. ومدى تحديد المروحة للنتيجة ظاهر هنا: السجلان الأقرب في قيم KV، وهما MN1130 KV45 عند 45 وMN1325 KV47 عند 47، مُختبَران على المروحة نفسها NS47 x 18 in ويسجّلان رغم ذلك 57.3 كغ مقابل 68.1 كغ، لذا يقع الفرق في الاستاتور والملف لا في المروحة. واختيار المروحة مقيَّد بالطائرة قبل المحرك، لأن قطر القرص يجب أن يتسع بعيداً عن الأذرع والهيكل، ومقيَّد بسرعة الطرف، لأن مروحة كبيرة على KV مرتفع جداً ستتجاوز السرعة التي تكف عندها أطراف الريش عن أن تكون كفؤة. وعلى طائرة زراعية يظهر القيد نفسه كمسألة نمط رشٍّ، وهي التي يتناولها دليل BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque من جهة دورة العمل.

الهامش الحراري في محرك درون عالي الدفع

الهامش الحراري في محرك درون عالي الدفع هو الفرق بين الحرارة التي يولّدها عند نقطة عمل والحرارة التي يستطيع تبديدها دون أن يبلغ الملف أو المغناطيسات درجة حرارة تكفّ عندها الأرقام المنشورة عن الانطباق. وهو الكمية التي لا يستطيع رقم الدفع وصفها، لأن المحرك نفسه إذا طُلب منه حمل الدفع نفسه بمروحة أكبر أو بعدد خلايا أقل أو بصعود أطول فسيبلغ درجة حرارة مختلفة للوصول إلى ذلك. وتصف السجلات المدروسة هنا ذلك الحد بثلاث طرق منفصلة، وقراءتها معاً هي ما يحوّل رقم الدفع إلى نقطة عمل.

تصنيف القدرة والتيار عند 180 ثانية

الوصف الأول هو تصنيف القدرة والتيار، وهو في كل سجل هنا معطى على نافذة 180 ثانية لا كقيمة مستمرة. وتنشره سجلات Navigator كقدرة قصوى خلال 180 ثانية إلى جانب تيار ذروة: 2816 W و180 A على MN1115 KV130، و2230 W و192 A على MN1118 KV108، و2400 W و108 A على MN1123 KV53، و3218 W و132 A على MN1130 KV45، و3300 W و248 A على MN1315 KV100، و2900 W و150 A على MN1320 KV49، و3400 W و170 A على MN1325 KV47، و3400 W و177 A على MN1330 KV40. أما سجلا سلسلة U فيذكران الكميتين نفسيهما بترتيب معكوس في سجل ToBMS، مع القدرة على 180 ثانية في سطر القدرة القصوى والتيار على 180 ثانية في سطر تيار الذروة: 2783 W و57.3 A على U11 II KV120، و6720 W و68 A على U13 II KV65. والنافذة هي الجزء التشغيلي من المواصفة. فتصنيف 180 ثانية يصف دفعة، وطائرة الرفع الثقيل التي تطير مهمة عشر دقائق تقضي معظمها أدنى بكثير من ذلك الرقم ويجب تحديد حجمها بحيث يبقى التيار المستمر داخل قدرة الملف المستمرة لا مقابل رقم الدفعة.

فقد النحاس ومسار التبريد والتثبيت

الوصف الثاني هو الفقد نفسه. وفقد النحاس مساهم مهم في الحرارة التي يولّدها محرك درون عالي الدفع في الطيران ويزداد بمربع التيار في ظل تعريف متسق للمقاومة، بينما يساهم فقد الحديد والفقد الميكانيكي أيضاً بأهمية نسبية تعتمد على نقطة العمل؛ ويُحدَّد حد النحاس بالمقاومة بين الطورين المنشورة للمحرك: 7.5 mΩ على MN1315 KV100، و13 mΩ على MN1118 KV108، و16 mΩ على MN1115 KV130، و17.5 mΩ على MN1325 KV47، و19.5 mΩ على MN1330 KV40، و20.5 mΩ على MN1320 KV49، و35 mΩ على MN1123 KV53، و38 mΩ على MN1130 KV45، و73 mΩ على U13 II KV65، و80±5 mΩ على U11 II KV120. ويضيف فقد الحديد والمقاومة بدون حمل المذكورة سابقاً مقداراً أصغر. ثم يجب أن تخرج الحرارة التي يولّدها فقد النحاس من المحرك، والمسار الذي تسلكه جزء من المواصفة وليس فكرة لاحقة: تصف صفحات Navigator بنية زعانف تبريد مصبوبة قطعة واحدة حول الاستاتور، وتذكر أنها تضاعف مساحة تبديد الحرارة مقارنة ببنية تبريد مقسومة، وأنها تخفض درجة حرارة الملف من 5 ℃ إلى 8 ℃. كما تُنشر المواد التي تقف خلف ذلك المسار: طلاء عند 150 ℃ على الاستاتور، وسلك نحاسي عند 220 ℃، ومغناطيسات مصنَّفة حتى 180 ℃، مع حاوية IP45 ونطاق تشغيل معلن من -30 ℃ إلى 55 ℃. والتثبيت مهم للسبب نفسه، لأن الذراع هو المشتت الذي يوصل إليه المحرك حرارته، ومحرك مثبّت بمسامير على صفيحة ذات تلامس ضعيف يشتغل أسخن من المحرك نفسه على حامل مُشغَّل بنفس الكتلة.

أين ينفد الهامش الحراري

الوصف الثالث لمحرك درون عالي الدفع هو درجة الحرارة السطحية المقيسة، وهو الرقم الذي يجعل الأولين ملموسين. وفي سجلات Navigator يذكر المصنّع درجة حرارة سطح المحرك بعد التشغيل عند 80 بالمئة من الدفع لمدة 10 دقائق في بيئة عند 25 ℃، وعبر كتل الملفات تنشر تلك الصفحات قيماً تمتد من 82 ℃ إلى 122 ℃. وكل واحدة منها تنتمي إلى المروحة وتوتر الناقل وعدد الخلايا المطبوعة على الصفحة نفسها، لذا يصف النطاق المدى الذي تشغله القياسات لا ترتيباً، ويلاحظ المصنّع أن القيم المعملية يُقصد بها أن تكون مرجعاً لذلك المحرك لا أساساً لمقارنة أنواع المحركات. أما سجلا سلسلة U فيذكران درجة الحرارة السطحية بطريقة مختلفة مرة أخرى، مقيسة عند 100 بالمئة من الدفع مع ذكر مدة التشغيل بواحد أو اثنين أو خمسة أو عشرة دقائق حسب كتلة المروحة وبيئة عند 19 ℃ في صفحة U11 II، حيث تذكر تلك الصفحة واحداً، ولهذا لا تُقارَن أي درجة حرارة بين الطرازات في هذا الدليل.

ما تدعمه درجة الحرارة السطحية لمحرك درون عالي الدفع هو فحص للهامش. فدرجة الحرارة السطحية المسجَّلة توفّر مرجعاً مفيداً لتقييم السلوك الحراري في ظروف الاختبار المذكورة، لكنها لا تُثبت مباشرة درجة حرارة الملف أو المغناطيسات. ويتطلب تقييم الهامش الحراري في ظروف طيران فعلية النظر في ارتفاع الحرارة الداخلي والظروف المحيطة والتبريد والتثبيت ودورة العمل، مقروءة مقابل حدود الحرارة التي يذكرها المصنّع للمحرك. ومحرك خارجي الدوار كبير الاستاتور في هذه الفئة يملك كتلة حرارية تكفي لأن يُحرّك حمولة زائدة قصيرة الحرارة ببطء، ولهذا يكون تصنيف الدفعة مفيداً، ويملك أيضاً قصوراً حرارياً يكفي لأن تستغرق الحمولة الزائدة المستمرة وقتاً طويلاً لتظهر ووقتاً طويلاً لتزول. لذا يُستهلك الهامش في محرك درون عالي الدفع عبر نمط المهمة ككل لا عبر لحظة واحدة، وعلى طائرة زراعية تطير دورات محمَّلة متكررة يكون الأثر التراكمي هو ما تعكسه حرارة الجسم. ويتناول الجانب المتعلق بدورة العمل من هذه المسألة BLDC Motors for Industrial UAV: Duty Cycle, Redundancy and Payload، وجانب الكفاءة منها، حيث تهبط نسبة الدفع لكل واط بارتفاع الدفع، هو الآلية نفسها منظوراً إليها من جهة الدخل.

T-Motor U11 II و U13 II في فئة الرفع الثقيل

سجلا سلسلة U هما أخف محركين في هذه المجموعة ويقعان عند الطرف الأدنى من نطاق الدفع، مما يجعلهما نقطة البداية الطبيعية لطائرة وزنها الكلي متواضع بمعايير هذه الفئة. ولا تنشر أيٌّ من الصفحتين وزناً أقصى للإقلاع، لذا تُحدَّد الفئة هنا من الدفع وعدد الخلايا الذي يسجّله كل منهما لا من رقم معلن.

U11 II KV120

‏T-Motor U11 II KV120 UAV Motor محرك خارجي الدوار بوزن 772 غ في جسم 79.5 x 51.6 مم بمحور 15 مم واستاتور 12N14P، وهو وحدة 12S بحد أقصى مسجَّل للدفع قدره 14.16 كغ على مروحة 28 x 9.2 in عند 48 V. ويسجّل ملفه مقاومة بين الطورين قدرها 80±5 mΩ مع تيار لاحمل قدره 1.5 A عند 18 V، وأرقامه المنشورة عند 180 ثانية هي 2783 W و57.3 A. ويحتوي جدول اختبار المصنّع لهذا المحرك على ثلاث كتل للمروحة، على وحدات 26 x 8.5 in و27 x 8.8 in و28 x 9.2 in، مسجّلاً 12114 غ و12617 غ و14159 غ عند الدفع الكامل، وهذا تذكير مفيد بأن رقم العنوان ينتمي إلى أكبر مروحة جرى اختبارها لا إلى المحرك وحده. عند 12S وأقل قليلاً من 800 غ، يناسب هذا السجل طائرة تكون الحمولة فيها صغيرة بالقيمة المطلقة لكن عدد الدوارات منخفض بما يكفي بحيث يظل على المحرك إنتاج دفع جدي لكل ذراع.

U13 II KV65

‏T-Motor U13 II KV65 UAV Motor هو الخطوة الأعلى منه: 975 غ في جسم 100 x 60 مم بمحور 15 مم واستاتور 36N42P، ملفوف لناقل 22-25S مقابل حد أقصى مسجَّل للدفع قدره 28.7 كغ على مروحة G32 x 11 in. ويسجّل 73 mΩ من المقاومة مع تيار لاحمل قدره 1.7 A عند 18 V، وأرقامه عند 180 ثانية هي 6720 W و68 A. وعدد الخلايا الأعلى هو ما يفصله عن U11 II لا رقم الدفع وحده، لأن ناقل 22-25S يُدير مروحة أكبر بتيار أقل لدفع معيّن، ويصف المصنّع المحرك بأنه مخصص للأحمال الثقيلة والاستخدام الصناعي على مدى عمر خدمة ممتد. ويحمل جدول الاختبار أيضاً أكثر من كتلة مروحة، مع وحدة G30 x 10.5 in تسجّل 24744 غ ووحدة G32 x 11 in تسجّل 28711 غ عند الدفع الكامل. وبين سجلي سلسلة U تغطي هذه الثنائية نطاقاً من طائرة صناعية خفيفة حتى نقطة الدخول إلى مجموعة Navigator، ويضع دليل Heavy-Lift Drone Motors: Three T-Motor Options from 2.85 kg to 101 kg Thrust كليهما في مقارنة أوسع تقودها الحمولة وتغطي أيضاً سلسلتي U5 و U15.

محركات T-Motor من سلسلة MN للرفع الثقيل والزراعة

تشكّل سجلات محركات T-Motor MN الثمانية المدروسة هنا عائلتين تختلفان في قطر الاستاتور لا في البنية. فمجموعة MN11 تحمل استاتوراً بقطر 120.5 مم ومجموعة MN13 استاتوراً بقطر 150 مم، وداخل كل عائلة تتدرج الطرازات بطول الحزمة بينما يتغير الملف مع عدد الخلايا. وكلها ثمانية محركات خارجية الدوار كبيرة الاستاتور مع متحكّم سرعة إلكتروني خارجي، وتذكر كل صفحة وزناً أقصى للإقلاع للطائرة إلى جانب أرقام الدفع والحرارة، مما يجعل هذه المجموعة الجزء من النطاق الذي يمكن فيه مطابقة محرك درون عالي الدفع مباشرة مع فئة طائرة من القيم المنشورة.

MN1115 و MN1118 و MN1123 و MN1130

تتشارك سجلات MN11 قطر استاتور قدره 120.5 مم وتزيد في الطول من 47.9 مم إلى 65.9 مم عبر الطرازات الأربعة، ويرتفع الدفع معها من 33.3 كغ على MN1115 KV130 إلى 57.3 كغ على MN1130 KV45. و‏T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor هو نقطة الدخول عند 1055 غ، باستاتور 36N40P وناقل 12S، ويسجّل 33.3 كغ على مروحة G36 x 11.5 in مع وزن أقصى معلن للإقلاع قدره 60 كغ؛ وأرقامه عند 180 ثانية هي 2816 W و180 A ويسجّل ملفه 16 mΩ مع تيار لاحمل قدره 2.7 A عند 20 V. و‏T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor يزن 1186 غ على ناقل 12S نفسه باستاتور 36N40P ويسجّل 38.1 كغ على مروحة VZ40 x 16.1 in عند 70 كغ معلنة، مع 2230 W و192 A خلال 180 ثانية من ملف 13 mΩ وتيار لاحمل قدره 3.3 A عند 20 V. وتحتوي الصفحتان أيضاً على كتلة ملف ثانية، عند 110 KV على MN1115 و90 KV على MN1118، ولهذا تُقرأ قيمة KV مع الطراز لا من اسم السلسلة.

ينتقل T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor إلى ناقل 24S عند 1425 غ في جسم 58.9 مم، مسجّلاً 47.5 كغ على مروحة VZ42 x 16.5 in عند 80 كغ معلنة، مع 2400 W و108 A خلال 180 ثانية وملف 35 mΩ. ويُغلق T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor العائلة عند 1740 غ في جسم 65.9 مم، و57.3 كغ على مروحة NS47 x 18 in عند 100 كغ معلنة، و3218 W و132 A خلال 180 ثانية من 38 mΩ، مما يضع السجل في نطاق محركات الدرون عالية الدفع للحمولات الثقيلة عند 100 كغ معلنة. والانتقال من 12S إلى 24S داخل عائلة استاتور واحدة أوضح توضيح لما يفعله عدد الخلايا هنا: فـ MN1123 و MN1130 ينتجان دفعهما عند 108 A و132 A حيث يحتاج MN1118 إلى 192، وفي ظروف تشغيل مماثلة يقلل توتر ناقل أعلى تيار الإمداد اللازم لقدرة كهربائية معيّنة، وإن كانت أرقام التيار بين هذه الطرازات تعكس أيضاً مراوحها وملفاتها ومخرجات دفعها المختلفة لا توتر الناقل وحده؛ والمقاومة الأعلى لملفات 24S هي الجانب الآخر من تلك المقايضة.

MN1315 و MN1320 و MN1325 و MN1330

تحمل سجلات MN13 استاتوراً بقطر 150 مم وتتدرج في الطول من 51 مم إلى 65 مم، وفي هذه العائلة تبلغ الأوزان القصوى المعلنة للإقلاع أعلى قيمها. و‏T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor هو الشاذ في المجموعة من وجهين: عند 14S هو أدنى عدد خلايا في العائلة، وعند 100 KV هو أعلى ملف، وهما معاً ينتجان 50.2 كغ على مروحة VZ40 x 16.1 in عند 90 كغ معلنة بتيار ذروة قدره 248 A خلال 180 ثانية. وملفه البالغ 7.5 mΩ هو أدنى مقاومة منشورة بين السجلات العشرة كلها هنا، وهو الاستجابة التصميمية لحمل ذلك التيار. ويعود T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor إلى 24S عند 2070 غ ويسجّل 59.0 كغ على مروحة NS45 x 17.5 in عند 100 كغ معلنة، مع 2900 W و150 A خلال 180 ثانية وملف 20.5 mΩ.

وفوقه يسجّل T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor ‏68.1 كغ على مروحة NS47 x 18 in عند 120 كغ معلنة من 2425 غ، مع 3400 W و170 A خلال 180 ثانية، ويُغلق T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor النطاق عند 2750 غ بـ75.4 كغ على مروحة NS52 x 20 in عند 140 كغ معلنة، و3400 W و177 A خلال 180 ثانية من ملف 19.5 mΩ. ويذكر أكبر السجلين قيمة اسمية لكل ذراع إلى جانب القصوى، هما 30-32 كغ و35-38 كغ على التوالي، وهي القيمة التي يُحدَّد عليها حجم نقطة العمل. ويغطي الفيديو الرسمي للمصنّع T-Motor Navigator MN Series Heavy-Lift UAV Motors: Official Release Video ترقية السلسلة التي أنتجت هذه السجلات، ويُعالَج الطرف المتجه إلى الزراعة من العائلة نفسها في BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque.

خطوات اختيار محرك درون عالي الدفع

التسلسل أدناه هو الترتيب الذي يجب أن تُقرأ به أرقام محرك درون عالي الدفع، لأن كل خطوة تقيّد التي تليها ولا يمكن حسم أيٍّ منها من صفحة المحرك وحدها.

1. يُجمع الوزن الكلي بما في ذلك المحركات وحزمة البطاريات، ثم يُطرح كل ما ليس من معدات المهمة. والباقي هو الحمولة التي تستطيع الطائرة حملها فعلاً، ويعتمد على كتلة الهيكل والبطارية ونظام الدفع والإلكترونيات وحامل الحمولة ضمن الوزن الكلي المسموح للطائرة.
2. يُوزَّع الدفع الذي تحتاجه الطائرة على الدوارات، ويُطبَّق هامش تحكم قبل اختيار المحرك لا بعده. فالدفع الأقصى المسجَّل لكل ذراع سقف، وميزانية تصرفه كله في الطيران المستقر لا تترك احتياطياً للتوجه أو الاضطرابات أو غلاف المناورة المقصود.
3. يُثبَّت عدد الخلايا من قرار حزمة البطاريات، ثم تُختار قيمة KV بحيث يبلغ قطر المروحة الذي تسمح به الطائرة نقطة عمله عند دفع معقول. وقيمة KV مطابقة بين توتر الناقل والمروحة لا ترتيب أداء.
4. يُقرأ رقم الدفع مقابل المروحة والجهد وخطوة الدفع المطبوعة إلى جانبه، وتُفضَّل قيمة اسمية لكل ذراع على قيمة قصوى حيث تنشر الصفحة كلتيهما.
5. يُقدَّر فقد النحاس من مقاومة الملف وتيار العمل المتوقع فقط بعد التأكد من أن القيمتين المنشورتين تشتركان في اصطلاح القياس نفسه، ثم تُقرأ درجة الحرارة السطحية التي يسجّلها المصنّع في ظروفه المعلنة إلى جانب حدود الحرارة المذكورة للملف والمغناطيسات.
6. يُتحقَّق من التيار الذي يسحبه صعود مستمر مقابل قيمة 180 ثانية لا رقم الدفعة، ويُؤكَّد أن تيار التحويم يترك النافذة خالية للعابرين في التحكم.
7. تُؤكَّد الواجهة الميكانيكية: قطر المحور ونمط التثبيت والحجم الكلي وطول الكابلات ومقاس الموصلات يجب أن تناسب الذراع قبل أن يهم أي رقم كهربائي.
8. تُسجَّل القيم التي أتت من ورقة بيانات المصنّع، والتي أتت من سجل المنتج ToBMS، والتي استُخرجت للمقارنة، حتى يمكن التحقق من أي مراجعة لاحقة مقابل مصدرها.

تمتد ثلاثة أدلة أخرى جانبياً من هذا الدليل. يغطي دليل UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe الفئة كلها من جهة الطائرة ويبلغ أيضاً نطاقات Navigator وP وAT. ويأخذ تطبيق Long Endurance UAV المحركات نفسها إلى مسألة الكفاءة والكتلة وتوتر الناقل، وهو ما يرد تفصيله في BLDC Motors for Long Endurance UAV: Efficiency, Mass and Bus Voltage. أما الطرف الأصغر من العائلة، حيث تسود الاستجابة وعمر البطارية بدلاً من الدفع لكل ذراع، فتغطيه فئة Drone Motors وتطبيق Industrial UAV للطائرات التي تكون هذه الفئة من المحركات ثقيلة عليها.

الأسئلة الشائعة