محركات BLDC لطائرات UAV طويلة التحمل: الكفاءة والكتلة وجهد الحزمة

يُختار محرك BLDC لطائرة UAV طويلة التحمل من أجل النقطة التي يمضي فيها الهيكل وقته فعليًا لا من أجل الذروة التي يتحمّلها لحظةً، وتُظهر الطرازات السبعة من سلسلة MN المدرجة حاليًا في فئة محركات UAV مدى تباعد هذين المطلبين. فعبر المجموعة تمتد قيمة KV من 160 إلى 470، والكتلة من 68 g إلى 171 g، والمقاومة الداخلية من 55 mΩ إلى 194 mΩ، والقدرة المنشورة على 180 ثانية من 380 W إلى 1200 W. وعلى هذا التشتّت أن يستجيب لمركبة استطلاعية متعددة الدوّارات دون الكيلوغرام في أحد الطرفين، ولمنصة رفع VTOL متعددة الكيلوغرامات في الطرف الآخر، لذا فالسؤال المفيد ليس أيّ من السبعة هو الأقوى، بل أيّها يحافظ على كفاءته وحرارته عند نقطة التحويم التي بُني حولها الواجب. يقرأ هذا الدليل السجلات السبعة في مقابل ذلك السؤال، والواجب نفسه موصوف في صفحة تطبيق UAV طويل التحمل.

إجابة سريعة

يُحدَّد زمن الطيران بسلسلة لا بعمود واحد، وتمتد السلسلة من المروحة إلى جهد الحزمة إلى اللفّ. فالمروحة بقطرها وخطوتها تثبّت سرعة العمود والعزم الذي على المحرك إنتاجه؛ وعدد الخلايا يثبّت الجهد الذي يراه اللفّ؛ وتصل قيمة KV بينهما، لأن KV هو النسبة بين سرعة العمود والفولت المطبَّق. ويريد الهيكل طويل التحمل مروحة كبيرة بطيئة وحزمة مرتفعة الجهد، ليبقى التيار الذي يحمله اللفّ طوال المهمة منخفضًا، والسجلات في هذه المجموعة المنشورة على 6-12S و 12S هي المبنية لذلك الترتيب.

يحمل عمودان من الأعمدة ثقلًا أكبر مما يوحي عرضهما. فالمقاومة الداخلية هي معامل فقد النحاس، وفقد النحاس يُدفع باستمرار طوال الرحلة لا على شكل دفعات، لذا فإن رقم مقاومة يختلف بمعامل ثلاثة بين مرشّحين هو فرق ستشعر به المهمة. والقدرة المنشورة على 180 ثانية نافذة حرارية لا تصنيف تحليق، والأفضل قراءتها كإشارة هامش بين مرشّحين متقاربَي الواجب لا كرقم يُعوَّض في تقدير زمن الطيران. لذا يبدأ اختيار محرك BLDC لطائرة UAV طويلة التحمل من المروحة والكتلة الإجمالية، ثم ينتقل إلى الحزمة وقيمة KV، وعندئذٍ فقط يقارن السجلات عمودًا بعمود.

ينقسم السجلات السبعة عند الحزمة لا عند الكتلة. فأربعة منها منشورة على 6S أو أقل وثلاثة على 6-12S أو 12S، وتتبع أرقام KV القسمة نفسها، فتمتد من 340 إلى 470 على السجلات المنخفضة الجهد ومن 160 إلى 240 على السجلات المرتفعة الجهد. ويمكن للمجموعتين بلوغ سرعات عمود متقاربة من جهدي حزمة مختلفين، والرقم الذي يفصلهما هو التيار الذي يسحبه كل منهما لقدرته المنشورة. وتفكّ الأقسام التالية تلك السلسلة بالترتيب، ثم تضع السجلات السبعة جنبًا إلى جنب كمجموعة مواصفات واحدة.

أين يُفقد زمن الطيران فعلًا

لا يُفقد زمن الطيران في محرك BLDC لطائرة UAV طويلة التحمل لأن المحرك غير كفؤ في المجرّد؛ بل يُفقد عند نقطة تشغيل محدّدة، وتلك النقطة هي التحويم. وكل ما يلي نقطة التحويم — حجم الحزمة التي يجب حملها، والصعود الذي يجب أن تُخصَّص له ميزانية، والاحتياطي الذي يجب الاحتفاظ به — مشتقٌّ من القدرة التي تحتاجها الطائرة لتبقى في الجو. ولهذا تُكتب القائمة الأولية لطائرة طويلة التحمل حول كفاءة التحويم والسلوك الحراري لا حول أكبر رقم قدرة منشور في تشكيلة منتجات.

نقطة التحويم هي حيث تُنفق المهمة

تحلّق رحلة استطلاع أو فحص مرة واحدة، ثم تستقرّ، ثم تحافظ على ارتفاعها في الغالبية العظمى من مدّتها، لذا فالقدرة الكهربائية المسحوبة في تلك الحالة المستقرة هي الرقم الذي يحدّد التحمل. أما القدرة الذروية فتُسحب لثوانٍ أثناء الصعود ويحدّها منظم ESC والحزمة لا اللفّ. والنتيجة للقائمة الأولية مباشرة: محركان بقدرة ذروية منشورة متماثلة قد يتباعدان كثيرًا عند نقطة التحويم، والمحرك الأفضل عند التحويم هو المهم لمهمة طويلة. وهو أيضًا سبب عدم صلاحية عمود 180 ثانية بديلًا عن بيانات التحويم، وسبب فصل الأقسام التالية بين الرقمين حيثما يعتمد مقارنة على الفرق.

حمولة القرص قرار مروحة قبل أن يكون قرار محرك

تنخفض القدرة التي تحتاجها مركبة متعددة الدوّارات للتحويم عند كتلة إجمالية معيّنة كلما كبرت مساحة القرص تحتها، ومساحة القرص خاصية المراوح لا المحركات. فالدوّار الأكبر على الهيكل نفسه يُعجّل كتلة هواء أكبر إلى سرعة أدنى، فيولّد الدفع نفسه بقدرة مستحثّة أقل. ولا يدخل المحرك في الصورة إلا بوصفه المكوّن الذي عليه تدوير ذلك الدوّار الأكبر بسرعة قابلة للعمل ودون فرط حرارة، ولهذا فالسجلات المنخفضة KV في هذه المجموعة هي أيضًا المنشورة على أعلى أعداد الخلايا: فالمروحة الكبيرة البطيئة تحتاج سرعة عمود منخفضة لكل فولت، والحزمة المرتفعة الجهد هي ما يوفّر سرعة العمود المطلوبة من دون KV مرتفع.

التحمل هو الدفع لكل واط لا الواط

الرقم الذي يصف اقتصاد التحويم هو الدفع المُعاد لكل واط من الدخل الكهربائي، والمُصنّع ينشره مباشرة. تسير بيانات اختبار T-Motor MN3510 KV360 محرك UAV على مروحة 15 × 5 من ألياف الكربون عند 14.8 V من 340 g من الدفع عند 15.32 G/W على خانق 50 في المئة، مرورًا بـ 580 g عند 13.06 G/W على 65 في المئة و 760 g عند 11.41 G/W على 75 في المئة، إلى 1000 g عند 9.94 G/W على الخانق الكامل. وعليه فالنقطة عند 50 في المئة على محرك ومروحة واحدة تعيد نحو 1.5 ضعف الدفع لكل واط مقارنة بنقطة الخانق الكامل. وتُشترى كفاءة طائرة UAV طويلة التحمل عند الطرف المنخفض الخانق من ذلك المنحنى، وهو بالضبط حيث يمضي وقت الطائرة غير الصاعدة، وهو سبب أن قائمة أولية تُقرأ مقابل عمود القدرة الذروية قد تشير في الاتجاه الخاطئ.

المقاومة والتيار والحرارة التي على المهمة الطويلة تحمّلها

فقد النحاس هو مربّع التيار مضروبًا في مقاومة اللفّ، ويتصرّف كل حدّ في هذا الجداء تصرّفًا مختلفًا خلال رحلة طويلة. فالتيار تحدّده المروحة والحزمة؛ والمقاومة خاصية اللفّ؛ والفقد الناتج يتحوّل إلى حرارة داخل عضو ثابت لا يمتلك تبريدًا فعّالًا ولا سوى تدفق الهواء الذي يوفّره الهيكل. وعلى مدى طلعة تستغرق عشرين دقيقة يتراكم الفقد باستمرار، لذا فرقم المقاومة الداخلية لمحرك UAV معامل على تكلفة جارية لا لحظية، وكفاءة طائرة UAV طويلة التحمل هي ما يقرّره الحدّان معًا على مدى تفريغ كامل.

المقاومة فقد يستمر طوال المهمة

لأن الفقد يتناسب مع مربّع التيار، فقيمته يحدّدها في الأغلب موضع تيار التحويم، وتيار التحويم تحدّده حمولة المروحة وجهد الحزمة. وفي هذه المجموعة تمتد المقاومة من 55 mΩ على T-Motor MN5008 KV340 محرك UAV إلى 194 mΩ على T-Motor MN4006 KV380 محرك UAV، أي بمعامل نحو ثلاثة ونصف عبر سجلات ذات قدرة منشورة متقاربة. وقراءة هذا الترتيب بجانب عمود الحزمة تفسّره في معظمه: فكلما ارتفع عدد الخلايا انخفض التيار المطلوب لقدرة عمود معيّنة، وقلّت تكلفة حدّ المقاومة. وعلى القراءة الصريحة لقائمة أولية لـ UAV طويل التحمل أن تستخدم العمودين معًا، لأن مقاومة مرتفعة على سجل منخفض الجهد ومقاومة منخفضة على سجل مرتفع الجهد لا يقيسان الواجب نفسه.

سطر تيار الخمول وتكلفته على مدى ساعة

تيار الخمول هو التيار الذي يسحبه المحرك دون حمل مروحة، ويغطي الخسائر التي لا تنشأ عن الحمل أصلًا — مقاومة المحامل والاحتكاك الهوائي وفقد الحديد في العضو الثابت. وهذه الخسائر موجودة كلما دار المحرك، لذا فهي على مدى ساعة ضريبة ثابتة على الحزمة. ويُنشر هذا العمود على نحو غير متساوٍ في هذه المجموعة، ويُنشر عند جهود مرجعية مختلفة، وهو قيد يستحق التصريح به: فـ T-Motor MN4006 KV380 محرك UAV مدرج عند 0.3 A و T-Motor MN5008 KV340 محرك UAV عند 0.9 A، كلاهما عند 10 V، في حين أن T-Motor MN6007 II KV160 محرك UAV مدرج عند 0.5 A عند 18 V. ولا تحمل السجلات الأربعة المتبقية في المجموعة هذا الحقل، لذا لا يمكن بناء ترتيب متكافئ للاحمل عبر السبعة كلها من السجلات؛ وحيث يعتمد بناء على فقد اللاحمل، فالرقم موضعه في الأسئلة الموجَّهة إلى وثائق المُصنّع.

عضو ثابت يبقى باردًا يحافظ على هامش كفاءته

ترتفع مقاومة النحاس مع الحرارة، فاللفّ الذي يعمل ساخنًا عند نقطة التحويم هو لفّ تنمو خسائره خلال الرحلة ويتقلّص هامشه المتاح معها. وهذا ما يجعل السلوك الحراري خاصية من الدرجة الأولى في محرك طويل التحمل لا خاصية ثانوية، وهو الجزء من الواجب الذي تصفه الجداول المنشورة بأقل مباشرة. وتوضّح ملاحظة اختبار المُصنّع نفسها الشرط الكامن وراء عمود درجة حرارته: فالرقم هو درجة حرارة سطح المحرك عند خانق 100 في المئة بعد أن يعمل المحرك 10 دقائق. والتحويم المستقر عند خانق جزئي حالة حرارية مختلفة عن عشر دقائق على الخانق الكامل، لذا فبيانات الحرارة دليل على كيفية إدارة التصميم للحرارة لا تنبّؤ بدرجة حرارة التحويم، وتبقى افتراضات التثبيت والوسط المحيط وراءها مع وثائق المُصنّع.

ما تطلبه المهمة الطويلة ولا تطلبه القصيرة

تقرأ الرحلة القصيرة والرحلة الطويلة جدول المواصفات نفسه قراءتين مختلفتين، والفرق ليس في المدة وحدها. فالمهمة الطويلة تعرّض اللفّ لتيار مستمر وحمل حراري مستمر، وتفرّغ الحزمة بما يكفي لتحرّك جهدها تحت المحرك، ولا تترك مجالًا لمكوّن لا تصحّ أرقامه المنشورة إلا في بداية منحنى التفريغ. وهذه التأثيرات الثلاثة هي سبب تبدّل الأعمدة المهمة بين الواجبين.

ما يقيسه عمود 180 s فعليًا

القدرة المنشورة على 180 ثانية هي القدرة التي يستطيع المحرك امتصاصها مدة 180 ثانية قبل بلوغ الحدّ الحراري الذي تحدّده فئة عزله وتثبيته، ويصرّح المُصنّع بعُرف درجة الحرارة الكامن وراءها. وهي تقع بين الصعود والطلعة: أطول من أي اندفاعة إقلاع، وأقصر بكثير من رحلة. ودورها المفيد في قائمة أولية لطائرة طويلة التحمل مقارن — فسجل بقدرة 1200 W مقابل سجل بقدرة 380 W فرق حقيقي في مقدار التيار الذي يستطيع اللفّ حمله قبل بلوغ الحدّ، وفي مقدار الهامش الذي يمتلكه هيكل أثقل إذا تحرّكت نقطة التحويم. وهي ليست رقمًا يُقسَم عليه مخزون طاقة الحزمة، وتُبيّن الأقسام السابقة السبب: فالدفع لكل واط عند نقطة التحويم، لا السقف الحراري، هو ما يحوّل الطاقة المخزّنة إلى وقت في الجو.

الواجب على مدى الزمن ولماذا لا يقوم رقم الذروة مقامه

للمهمة شكل، والشكل هو ما يخبره اللفّ. فصعود بعشرات الثواني، وتحويم لدقائق عديدة، ومقطع نقل، وهبوط، كلها تعرض تيارًا مختلفًا، ولا يدوم إلا مقطع التحويم بما يكفي ليهمّ بالنسبة إلى الحالة الحرارية المستقرة. ولا يحمل جدول المواصفات أي عمود لهذا الملف، ما يعني أن المقارنة يجب أن تُبنى من الأجزاء الموجودة فعلًا: كفاءة نقطة التحويم من بيانات الاختبار، والمقاومة التي تحوّل تيار التحويم إلى حرارة، والأرقام المنشورة لأطراف المدى. وقراءة قائمة أولية بأكبر رقم في عمود القدرة تستبدل التوزيع بطرف أقصى، وهي أكثر الطرق شيوعًا لاتخاذ اختيار طويل التحمل على أساس خاطئ.

هبوط الجهد في أواخر الحزمة

الحزمة التي سلّمت معظم سعتها تجلس عند جهد أدنى من حزمة ممتلئة، ويرى المحرك ذلك مباشرة، لأن KV يحوّل الفولت إلى سرعة عمود. وفي أواخر الرحلة تنخفض سرعة العمود المتاحة عند خانق معيّن، ويستلزم الحفاظ على الدفع نفسه تيارًا أكبر — وهو ما يرفع فقد النحاس في اللحظة نفسها التي تقلّ فيها قدرة الحزمة على العطاء. وتصف السجلات ذلك من خلال عمود عدد الخلايا وحده، وهذا أحد أسباب استحقاق العدد للقراءة كجزء من الواجب لا كتفصيل تغليف. والبناء الذي تُخطَّط رحلته كلها على جهد الحزمة الممتلئة يخطّط على قمة منحنى يميل إلى الأسفل.

الكتلة وسعة البطارية التي تزيحها

في محرك BLDC لطائرة UAV طويلة التحمل، الكتلة ليست مجانية: فهي تُدفع من الميزانيتين اللتين تحدّدان التحمل، أي الحمولة والحزمة. وكل غرام يُضاف عند المحرك يجب رفعه طوال الرحلة، ما يرفع قدرة التحويم ويستنزف الحزمة أسرع؛ والغرام نفسه المأخوذ من الحزمة يزيل طاقة مخزّنة. والمقايضة حقيقية وقابلة للقياس، ولهذا ينتمي عمود الكتلة إلى جوار أعمدة الكفاءة لا إلى ملحق ميكانيكي.

كتلة المحرك تُدفع من الحمولة أو الحزمة

تمتد السجلات السبعة من 68 g إلى 171 g، والمدى ليس عابرًا: فالسجلات الأخفّ هي المنخفضة الجهد الحاملة نحاسًا أقل، والسجلات الأثقل تحمل اللفّ ومادة المغناطيس التي يحتاجها واجب أعلى دفعًا. ووضع محرك أثقل على هيكل لا يضيف كتلته وحدها، لأن قدرة الدفع الإضافية قد تتيح مروحة أكبر أو صعودًا أقصر، ما قد يعيد جزءًا من الكتلة. وما لا يستطيع فعله هو الإفلات من حساب التحويم: فعند كتلة إجمالية ثابتة، تترك مجموعة دفع أثقل أقل للحزمة، والحزمة هي ميزانية التحمل. لذا يُقرأ عمود الكتلة أخيرًا في التسلسل أدناه، لكنه يُقرأ مقابل أعمدة الكفاءة لا بمعزل عنها.

الكتلة دون الكابل هي ما يحمله الهيكل

يوجد عرفان للكتلة في السجلات وهما ليسا متبادلين. فالرقم في الجدول أدناه هو الوزن المنشور بما يشمل الكابل والموصل؛ ويُنشر رقم منفصل للمحرك وحده لثلاثة سجلات فقط من السبعة، عند 80 g على T-Motor MN3110 KV470 محرك UAV، و 97 g على T-Motor MN3510 KV360 محرك UAV، و 150 g على T-Motor MN4014 KV400 محرك UAV. وتُظهر هذه الثلاثة أن الكابل والموصل يشكّلان حصة معتبرة من الوزن المنشور، بين نحو 12 و 18 في المئة من الإجمالي في تلك السجلات، لذا فميزانية كتلة مبنية على قيمة الجدول محافظة في الاتجاه الصحيح. ولا يُخصَّص هنا أي تقدير لرقم دون كابل في السجلات الأربعة التي لا تنشره، ولا يُقدَّر أي منها.

جهد الحزمة والمروحة التي على المحرك تدويرها

في محرك BLDC لطائرة UAV طويلة التحمل، كثيرًا ما يُعامَل عدد الخلايا وقيمة KV كقرارين منفصلين مع أنهما نصفا نسبة واحدة. فـ KV يحوّل الفولت المطبَّق إلى سرعة عمود، لذا يتضاعف جهد الحزمة ورقم KV معًا لتحديد سرعة اللاحمل؛ ثم تحدّد المروحة كم من تلك السرعة يبقى تحت الحمل وكم من التيار يسحبه المحرك لتدويرها. وقراءة العمودين منفصلين هي ما ينتج عمليات بناء معقولة فرديًا ومتباينة معًا.

عدد الخلايا وقيمة KV نصفا نسبة واحدة

لأن سرعة اللاحمل تتناسب مع KV عند حزمة ثابتة، فنسبة رقمَي KV هي نسبة سرعتي عمودهما على حزمة مشتركة. وفي هذه المجموعة يقع T-Motor MN3110 KV470 محرك UAV و T-Motor MN6007 II KV160 محرك UAV عند الطرفين، عند 470 KV على 3-6S و 160 KV على 12S، والنسبة بينهما — قريبة من ثلاثة إلى واحد — هي سبب عدم قابلية طرفي الجدول للتبادل بالكامل. ويمكن بلوغ سرعة العمود نفسها بمحرك مرتفع KV على عدد خلايا منخفض أو بمحرك منخفض KV على عدد خلايا مرتفع؛ وما يتغير هو التيار. فعند إبقاء قدرة العمود ثابتة، يخفض رفع جهد الحزمة التيار، ما يخفض فقد النحاس في اللفّ والتيار الذي على منظم ESC توفيره.

KV أدنى، مروحة أكبر، حمولة قرص أدنى

المروحة الأكبر رافعة أطول على العمود وتحتاج عزمًا أكبر عند سرعة معيّنة، والعزم في محرك بلا فرش ينتجه التيار. فالمروحة الكبيرة الخشنة على محرك منخفض KV زوج متكامل، والمروحة نفسها على محرك مرتفع KV ستتطلّب إما خفض الخانق — ما يبعد نقطة التشغيل عن منطقتها الكفؤة — أو تيارًا ليس اللفّ بمقاسه. وهذا هو النصف الميكانيكي من الحجة التي يقدّمها قسم التحويم على الجانب الكهربائي، وهو يفسّر ترتيب المجموعة: تنخفض أرقام KV كلما ارتفع الدفع المنشور، من 470 على أخفّ سجل إلى 160 على أكثرها دفعًا. وترتبط كفاءة طائرة UAV طويلة التحمل بحمولة القرص عبر ذلك الترتيب، لا عبر عمود القدرة.

محرك BLDC لطائرة UAV طويلة التحمل: مصفوفة مقارنة المواصفات

السجلات السبعة المدرجة حاليًا في فئة محركات UAV معروضة أدناه كمجموعة مواصفات واحدة، مرتّبة حسب الكتلة المنشورة ليظهر الانتقال من أخفّ سجل إلى أثقل في العمود نفسه. وكل قيمة هي الرقم الذي ينشره المُصنّع لذلك الطراز، ولا تُقدَّر أي خانة. وحيث لا يحمل سجل حقلًا، يقول الجدول ذلك بدل ملء الفراغ. والطرازات السبعة نفسها هي المجموعة تحت واجب UAV طويل التحمل الذي نوقش في الأقسام السابقة.

الطراز وتكوين العضو الثابت والمقاومة الداخلية وعدد الخلايا المنشور وأقصى دفع وأقصى قدرة على 180 ثانية والوزن كما نشرها المُصنّع للطرازات السبعة من سلسلة MN المدرجة حاليًا في فئة محركات UAV، مرتّبة حسب الوزن المنشور. وأقصى دفع والقدرة على 180 ثانية هما الرقمان اللذان ينشرهما المُصنّع لكل طراز؛ وكلاهما يعتمد على المروحة وجهد الحزمة المستخدمين في الاختبار، لذا فهما قابلان للمقارنة داخل المجموعة فقط بمعنى أنهما يصفان شرط كل طراز المنشور. ويُعرض عدد الخلايا كما نُشر، فرقم واحد يعني نافذة منشورة واحدة ومدى يعني أن الطراز منشور عبر ذلك المدى. والوزن يشمل الكابل والموصل. ولا يظهر عمود KV لأن كل اسم طراز في الجدول يحمل رقم KV الخاص به، ولا يظهر عمود أبعاد لأن الواجب الموصوف هنا يدور على الأعمدة الكهربائية لا على أبعاد الجسم.

تبرز قراءتان بمجرد أن تجتمع السبعة في صفحة واحدة، وليست أيٌّ منهما عمود القدرة. الأولى أن المقاومة الداخلية لمحرك UAV لا تسير بالترتيب نفسه للكتلة: فـ MN5008 KV340 يحمل 55 mΩ عند 135 g، بينما يحمل MN3510 KV360 مقدار 188 mΩ عند 117 g ويحمل MN4006 KV380 مقدار 194 mΩ عند 68 g. وقراءة هذا العمود من أعلاه إلى أسفله تُظهر أن أخفّ سجلين هما الأعلى مقاومة، وهو ما تبدو عليه لفّة بمقاس هيكل خفيف، وأن أجسام 24N28P في وسط الجدول هي ذات الأرقام المنخفضة. وقائمة أولية مبنية على عمود الكتلة وحده ستضع تلك السجلات في ترتيب خاطئ لرحلة طويلة مستقرة.

والثانية أن عدد الخلايا يقسم الجدول إلى شطرين. فثلاثة سجلات منشورة على 6-12S أو 12S وأربعة على 6S أو أقل، وتتبع أرقام KV تلك القسمة: فالسجلات الأربعة المنخفضة الجهد تمتد من 340 إلى 470، والسجلات الثلاثة المرتفعة الجهد من 160 إلى 240. ولأن KV هو عدد الدورات في الدقيقة لكل فولت، تبلغ المجموعتان سرعات عمود متقاربة من جهدي حزمة مختلفين جدًا، والرقم الذي يفصلهما هو التيار الذي يسحبه كل منهما لقدرته المنشورة. وتلك هي القراءة التي يحوّلها تسلسل المقاس أدناه إلى قرار.

وتخصّ القراءة الثالثة السجلين الأقرب إلى بعضهما في الجدول. فـ MN501-S KV240 و MN4014 KV400 متجاوران في الكتلة عند 170 g و 171 g، لكنهما مبنيان لطرفين مختلفين من الواجب: أحدهما سجل 24N28P على 6-12S عند 1200 W والآخر سجل 18N24P على 4-8S عند 900 W. فتجاور الكتلة مع عضو ثابت مختلف ونافذة حزمة مختلفة وقدرة منشورة مختلفة هو أوضح تذكير في الجدول بأن الكتلة نتيجة تغليف لا وصف للواجب. والاختيار بينهما يدور على الحزمة التي يستطيع الهيكل حملها وعلى المروحة التي يُفترض أن يدوّرها كل منهما، لا على الغرام الواحد الذي يفصلهما.

سبعة سجلات في مقابل ثلاثة نطاقات كتلة للمنصات

يرتّب الجدول حسب الوزن، وهو الترتيب الصحيح لقائمة أولية والترتيب الخاطئ لفهم ما تحتويه المجموعة. أما عند القراءة حسب المنصة، فإن محركات BLDC السبعة لواجب UAV طويل التحمل المدرجة حاليًا في فئة محركات UAV تقع في ثلاثة نطاقات، وحدود النطاقات تحدّدها كتلة إقلاع الهيكل لا المحرك. وتضع الأقسام الثلاثة أدناه كل سجل حيث ينتمي وتلاحظ ما لا تقوله السجلات.

منصات دون 2 kg وما تتركه السجلات مفتوحًا

يحمل الطرف الخفيف من المجموعة ثلاثة سجلات بُنيت لمنصات كاميرا صغيرة. فـ T-Motor MN4006 KV380 محرك UAV هو الأخفّ عند 68 g، وهو سجل 18N24P على 4-6S ينشر 2309 g من الدفع و 380 W؛ وT-Motor MN3110 KV470 محرك UAV سجل 12N14P على 3-6S عند 98 g ينشر 1220 g و 330 W؛ وT-Motor MN3510 KV360 محرك UAV هو السجل 12N14P على 3-6S بوزن 117 g الذي ينشر 1900 g و 330 W. ويوضّح سجلا 12N14P لماذا يحتاج رقم الدفع إلى إرفاق شرط اختباره: فمنحنى المُصنّع المنشور لـ MN3510 KV360 يبلغ 1000 g على مروحة 15 × 5 من ألياف الكربون عند 14.8 V، لذا فقيمة سجله 1900 g تنتمي إلى حزمة مرتفعة الجهد داخل نافذته 3-6S. وما تتركه السجلات مفتوحًا لهذا النطاق هو رقم تيار التحويم عند مروحة وحزمة محدّدتين، وهو الرقم الذي تحتاجه ميزانية تحمّل دون 2 kg ولا يُحمَل كعمود.

نطاق رسم الخرائط والفحص من 2-5 kg

يغطي النطاق الأوسط سجلان، وهما اللذان يجعلهما بناؤهما للعضو الثابت الأقرب إلى واجب طويل التحمل مخصّص. فـ T-Motor MN4014 KV400 محرك UAV بوزن 171 g في جسم 18N24P ينشر 3360 g و 900 W عبر نافذة 4-8S؛ وT-Motor MN5008 KV340 محرك UAV بوزن 135 g في جسم 24N28P ينشر 4215 g و 760 W على 6S. ويختلف الاثنان في الاتجاه الذي يهمّ لهذا الواجب: فـ MN5008 KV340 يحمل 55 mΩ من المقاومة مقابل 67 mΩ لـ MN4014 KV400، وعدد خلاياه المنشور هو 6S واحدة لا نافذة 4-8S. فمنصة رسم خرائط استقرّت على حزمة 6S وتريد فقد النحاس الأدنى تقرأ MN5008 KV340؛ ومنصة تريد أن يكون الجهد متغيّرًا حرًّا عبر البناء، أو تحتاج القدرة المنشورة الأعلى، تقرأ MN4014 KV400. والفرق بين 135 g و 171 g هو 36 g من كتلة الهيكل، وهو جزء صغير من الحمولة التي يستطيع أيٌّ منهما رفعها وجزء حقيقي من حزمة صغيرة.

نطاق طويل التحمل والرفع VTOL من 5-10 kg

يملأ الطرف الثقيل من المجموعة سجلان يختلفان عن كل ما دونهما في الجدول. فـ T-Motor MN501-S KV240 محرك UAV سجل 24N28P على 6-12S عند 170 g ينشر 4660 g و 1200 W؛ وT-Motor MN6007 II KV160 محرك UAV سجل 24N28P على 12S عند 159 g ينشر 6419 g و 1120 W، وهو أعلى دفع منشور في المجموعة. وكلاهما يحمل نافذة حزمة واسعة أو مرتفعة وقيمة KV منخفضة، وهو التوليف الذي تحتاجه مروحة كبيرة بطيئة، وكلاهما يلائم دور الرفع في منصة VTOL كما يلائم دور التحويم على مركبة متعددة الدوّارات. ويقرن MN6007 II KV160 أعلى دفع منشور بثاني أعلى مقاومة عند 178 mΩ، وهو ما تبدو عليه نسبة KV المرتفعة إلى الدفع في لفّ منخفض KV: فتقلّة عدد اللفّات من سلك أثقل لا تنتج من الدفع وحده، وعمود المقاومة هو حيث يظهر ذلك.

اختيار محرك BLDC لطائرة UAV طويلة التحمل: تسلسل تحديد المقاس

الترتيب أدناه هو الترتيب الذي تصير فيه الأرقام المنشورة قرارات، لأن كل خطوة تُسقط مرشّحين لا تستطيع خطوة لاحقة إعادتهم. وقد كُتب لقائمة أولية مستمدّة من السجلات السبعة المدرجة حاليًا في فئة محركات UAV، لكن التسلسل نفسه لا يعتمد على السجلات الموجودة في المجموعة. وتحتوي صفحة تطبيق UAV طويل التحمل على الطرازات السبعة نفسها مع سمات تصفيتها.

الواجب وميزانية التحويم أولًا

يُحدَّد ملف المهمة قبل قراءة أي محرك: فمدة التحويم والصعود والحمولة والاحتياطي تعطي معًا الطاقة التي على الحزمة حملها وقدرة التحويم التي على الهيكل إنتاجها. ثم يحدّ هذان الرقمان نطاق البحث، لأن محركًا لا تستطيع أرقامه المنشورة دعم قدرة التحويم بكفاءة تستطيع الحزمة تحمّلها لن تنقذه أي خطوة لاحقة. وعبر هذه المجموعة ترتفع القدرة المنشورة على 180 ثانية مع الدفع المنشور بالترتيب نفسه، من 330 W على أخفّ سجل 12N14P إلى 1200 W على MN501-S KV240، لذا فمرشّح تقع قدرته بعيدًا خارج ذلك التدرّج بالنسبة إلى دفعه يستحق الفحص قبل إدراجه في القائمة الأولية.

التكامل الكهربائي والحزمة

جهد الحزمة قرار بنفسه، لأنه يحدّد كتلة الحزمة وتصنيف منظم ESC في الوقت الذي يحدّد فيه التيار الذي يحمله اللفّ عند نقطة التحويم. وفي هذه المجموعة يقع الاختيار فعليًا بين السجلات المنشورة على 6S أو أقل، من 330 W إلى 760 W من القدرة على 180 ثانية، والسجلات المنشورة على 6-12S أو 12S عند 1120 W و 1200 W. فقيمة KV منخفضة على حزمة مرتفعة الجهد تخفض تيار التحويم لقدرة عمود معيّنة، ما يخفض فقد النحاس ويمدّد الزمن الذي تستطيع الحزمة نفسها أن تُبقي فيه الطائرة، وتدفع ثمن ذلك بحزمة أثقل ومنظم ESC أعلى جهدًا. وهذه هي الخطوة التي يحسم فيها عمود المقاومة الداخلية لمحرك UAV قرارًا متقاربًا، وهي أيضًا الخطوة التي ينبغي أن يُستخدم فيها رقم 180 ثانية كإشارة هامش فقط بين مرشّحين متقاربي الواجب.

الأبعاد الميكانيكية والسجلات

لا يدخل الجانب المتعلق بالتثبيت في القرار إلا بعد أن تكون قد ضيّقت المهمة والجهد واللفّ القائمة، وعندئذٍ يكون المرشّحون عادة قصيرين بما يكفي ليحسمهم الخلوص والعمود ومسار الكابل. ويُقرأ عمود الكتلة عند هذه الخطوة مقابل ميزانية الحزمة لا كدرجة جودة، ويُستخدم الرقم دون كابل حيث ينشره السجل، في ثلاثة من الطرازات السبعة هنا، لأن تلك هي الكتلة التي يحملها هيكل الطيران. وحيث لا يحمل سجل حقلًا يعتمد عليه البناء — تيار اللاحمل في أربعة من السبعة، ووزن دون كابل في أربعة — فالخطوة الأمينة هي توجيه السؤال إلى وثائق المُصنّع بدل استنتاج القيمة من طراز مجاور.

الخطوات الثلاث مطبَّقةً على هذه المجموعة تعطي قائمة أولية لا جوابًا:

1. منصات الكاميرا الصغيرة والهياكل دون 2 kg. إن MN4006 KV380 و MN3110 KV470 و MN3510 KV360 هي سجلات 3-6S و 4-6S من 68 g إلى 117 g، ودفعها المنشور من 1220 g إلى 2309 g يلائم الطرف الخفيف من الواجب على حزمة صغيرة.
2. منصات رسم الخرائط والفحص في نطاق 2-5 kg. يفصل بين MN5008 KV340 و MN4014 KV400 مقدار 36 g من الكتلة و 21 mΩ من المقاومة ونافذة حزمة 6S مقابل 4-8S، ويتبع الاختيار بينهما من مقدار الحرية التي يريدها البناء في جهد حزمته.
3. أدوار الرفع للمركبات المتعددة الدوّارات الثقيلة و VTOL في نطاق 5-10 kg. إن MN501-S KV240 و MN6007 II KV160 هما سجلا 6-12S و 12S، وينشر MN6007 II KV160 أعلى دفع في المجموعة عند 6419 g على أدنى قيمة KV.

الأسئلة الشائعة

مصادر رسمية

تنشر T-Motor صفحة منتج رسمية لكل وحدة تحمل لوحة مواصفاتها وبيانات اختبارها، وتبقى تلك الصفحات مصدر الحقيقة لكل رقم مذكور في هذا الدليل — مثل صفحة منتج MN5008 KV340، وصفحة منتج MN501-S KV240، وصفحة منتج MN6007 II KV160. وأرقام المقاومة وعدد الخلايا والدفع والقدرة والكتلة في الجدول أعلاه هي القيم التي تنشرها تلك الصفحات لكل طراز. وأما رقم تيار التحويم عند مروحة وجهد محدّدين، أو افتراض حراري وراء رقم 180 ثانية، أو تيار لاحمل لطراز لا يحمله سجله، فهي مسألة لوثائق المُصنّع لا قيمة يمكن استنتاجها من لوحة المواصفات.

إلى أين بعد ذلك

لوضع قائمة أولية لا للقراءة، تؤدي ثلاث أدوات على المنصة العمل بالتسلسل. استكشف فئة محركات UAV كاملة لرؤية السجلات السبعة هنا إلى جانب طرازات الرفع الثقيل والزراعة، واستخدم أداة الاختيار للتضييق حسب عدد الخلايا والكتلة والقدرة المنشورة، ثم ضع المرشّحين في مواجهة بعضهم في مقارنة المنتجات. وتحتوي صفحة تطبيق UAV طويل التحمل على الواجب نفسه مع سمات تصفيتها الخاصة.

تحمل ثلاثة مقالات أخرى الأجزاء من هذا الموضوع التي لا يحسمها اختيار طويل التحمل. يغطي محركات UAV: مطابقة KV والدفع والكتلة مع هيكل الطائرة الصورة الأوسع للدفع الجوي، بما في ذلك سجلات سلسلة U لواجبات رفع أكبر تقع خارج سلسلة MN المقارنة هنا. ويأخذ محركات بلا فرش لنموذج الجناح الثابت: مطابقة KV والمروحة وقدرة التحليق السلسلة نفسها من المروحة و KV وعدد الخلايا ويطبّقها على طائرة تحملها أجنحتها، حيث تكون نقطة التشغيل تحليقًا لا تحويمًا. ويغطي محركات درونات الرفع الثقيل: ثلاثة خيارات T-Motor من 2.85 kg إلى 101 kg دفع طرف الرفع من الواجب نفسه، حيث تُحدَّد الهياكل في مقابل دفع مستمر على مقياس متعدد الكيلوغرامات.

الخلاصة المختصرة: ثبّت المروحة والكتلة الإجمالية أولًا، لأن المروحة تحدّد سرعة العمود التي على المحرك بلوغها والكتلة تحدّد قدرة التحويم التي عليه إنتاجها؛ وطابق KV مع الحزمة التي يستطيع الهيكل حملها ثانيًا، لأن KV لا يصير سرعة عمود إلا عند إرفاق جهد به، والحزمة هي ما يحدّد التيار؛ واقرأ اللفّ مقابل تيار التحويم أخيرًا، لأن رقم القدرة على 180 ثانية نافذة حرارية لا تصنيف. وداخل هذه المجموعة يفصل ذلك التسلسل سجلات 3-6S و 4-6S عن طرازَي المنتصف 6S و 4-8S وعن ثنائي 6-12S و 12S قبل موازنة أي طراز فردي بآخر.