أنظمة دفع الطائرات المأهولة: ثلاثة محركات T-Motor U15 في المقارنة

يبدأ تحديد حجم محرك من أجل طائرات مأهولة من مقدّمة مختلفة عن تحديده لهيكل غير مأهول. فيمكن تصميم طائرة غير مأهولة حول مهمة وتكلفة، ويكون من المعقول في كثير من المهام أن يُنهي فشل في الدفع الرحلة. أما طائرة تحمل شخصًا فلا يمكن تصميمها على هذا النحو. فالواجب أطول، ونقطة التشغيل تقع أبعد نحو الطرف المستمر من نطاق التشغيل، والفشل الواحد يجب أن يكون قابلًا للنجاة منه لا مجرد احتمال بعيد، وكل رقم تعتمد عليه الجهة المُدمِجة يجب أن يكون قابلًا للتتبّع إلى اختبار لا إلى رقم إعلاني. ويستعرض هذا المقال ثلاثة محركات T-Motor U15 — وحدة بكتلة 1740 g ونافذة جهد الحزمة الأوسع بين المسجَّلة، ووحدة بكتلة 4408 g مصمَّمة لحزمة 24 S، ووحدة بكتلة 5130 g تسجّل أعلى دفع بين الثلاثة — ويوضّح أي قيمة مسجَّلة تحسم الاختيار في كل حالة، وأي القيم مذكورة في ورقة بيانات المُصنّع.

والوحدات الثلاث محركات بلا فرش بدوّار خارجي يقودها منظم سرعة إلكتروني خارجي، وتقع جميعها في فئة واحدة على ToBMS، هي محركات UAV. وما يفصل بينها هو الكتلة وقيمة KV والدفع المسجَّل والحزمة التي صُمّمت كل واحدة لها، وهذه الفروق تتوزّع على هياكل خفيفة بمقعدين، ودراجات ثلاثية ذات مظلة ومحرك، والمنصات الأكبر للشحن التي تُكيَّف للتشغيل المأهول. وكل رقم مذكور هنا مأخوذ من سجل المنتج المقابل على ToBMS؛ أما تحويلات الغرامات إلى كيلوغرامات، والنسب المبنية على قيمتين مسجَّلتين، وأي مقدار مُستنتَج من كيمياء الخلايا، فتُوسم بأنها مشتقة، وأي حقل لا يحمل قيمة يُوسم بأنه ناقص بدل أن يُملأ من طراز مجاور. وسجلان من الثلاثة لا يحملان الأعمدة الكهربائية كاملة، ومعرفة أي عمود ينقص في أي سجل جزء من صناعة الاختيار.

إجابة سريعة

القرار الأول في هذه الفئة ليس الدفع، بل عدد المحركات التي يحملها الهيكل وما يحدث عندما يتوقف أحدها. وكل ما تبقى — قيمة KV والكتلة والحزمة والمروحة — يُحدَّد حجمه بعد ذلك في مقابل حالة الفقدان هذه لا في مقابل نقطة تحويم اسمية. وعلى هذا الأساس تشغل المحركات الثلاثة هنا ثلاثة أدوار متمايزة بدل أن تشكّل ترتيبًا للأفضلية.

حيث يكون الهيكل صغيرًا، والحزمة هي القيد المُحكِم، وتوزيع الدفع يحمل وحدات كافية بحيث يترك فقدان إحداها هامشًا مريحًا، تكون T-Motor U15 II KV80 الوحيدة بين الثلاثة التي تقبل 12-24S، وعند 1740 g هي الأخف بأكثر من الضعف. وتسجّل 36.5 kg من الدفع الأقصى و 8580 W على نافذة 180 ثانية، وهي الوحيدة بين الثلاثة التي ينشر سجلها أي رقم قدرة على الإطلاق.

وحيث يكون الهيكل تصميمًا ثابتًا على 24 S وتسمح ميزانية الكتلة بمحرك أثقل، تسجّل T-Motor U15XL KV38 مقدار 81.2 kg من الدفع عند 4408 g، مع رقم تيار ذروة 180 A، وتيار خمول 3.5 A عند 10 V، ولفّ بمقاومة 17 mΩ — وهي أدنى مقاومة مسجَّلة في هذه المجموعة، مناصفةً مع U15 II — وهو ما يجعلها الوحدة التي يكون سجلها الكهربائي أكمل ما يمكن في وسط مدى الكتلة.

وحيث يكون أعلى دفع مسجَّل لكل محرك هو ما يحتاجه التصميم، تسجّل T-Motor U15XXL KV29 مقدار 101.4 kg عند 5130 g على حزمة 24 S نفسها والجزء الثابت نفسه بتكوين 36N42P، مع رقم تيار ذروة 210 A ومقاومة لفّ 20 mΩ. وما لا تحمله السجلات الثلاثة هو تصنيف قدرة مستمر غير محدود المدة. وأقرب البدائل المتاحة هي رقم القدرة على 180 ثانية في U15 II وأرقام تيار الذروة في الاثنين الآخرين، وهذه بيانات نافذة واجب لا تصنيفات مستمرة — وهو فرق يجدر التمسّك به عندما تسأل مراجعة التصميم عن المدة التي يمكن أن يستمر فيها صعود.

ما الذي يتغيّر عندما تحمل الطائرة شخصًا

لا شيء في بنية هذه المحركات يفصلها عن أي محرك آخر كبير بدوّار خارجي في الفئة. ما يتغيّر هو شكل المتطلب، وفي طائرات مأهولة يحدّد المتطلب أي عمود من السجل يصبح هو القيد المُحكِم.

يجب أن يكون الفشل قابلًا للنجاة لا مجرد احتمال بعيد

يمكن تصميم هيكل غير مأهول بحيث يُنهي فشل في الدفع المهمة، وفي هذا الحجم يكون المقابل مقبولًا عادةً. أما هيكل مأهول فلا: يجب أن يكون توزيع الدفع قادرًا على فقدان وحدة واحدة على الأقل وأن يُبقي الطائرة في الجو، وهذا ينقل الرقم المفيد من الدفع لكل محرك إلى الدفع لكل محرك بعد استبعاد الأسوأ. فعلى توزيع بأربعة محركات يبقى ثلاثة أرباع الدفع المُركَّب؛ وعلى توزيع بستة محركات يبقى خمسة أسداسه. والحساب بسيط، ولهذا يكون محرك يبدو مبالغًا فيه في مقابل نقطة تحويم اسمية مُحدَّد الحجم تحديدًا صحيحًا في مقابل حالة الفقدان بدلًا من ذلك.

وبقراءتها في مقابل هذه المجموعة، فإن هيكلًا بأربعة محركات مبنيًّا على محركات U15XXL KV29 ستكون له ثلاث وحدات متبقية بعد فقدان واحد، تحمل نحو 304 kg من أصل 406 kg تسجّلها الأربعة معًا — وكلاهما مشتق من الدفع المسجَّل 101.4 kg لكل محرك. والحساب نفسه على U15 II KV80 يترك 110 kg من 146 kg تسجّلها أربع منها. ولا يحدّد أي من الرقمين ما إذا كانت الطائرة تطير على ثلاثة محركات؛ فهذا يعتمد على التصميم، والتصميم يخصّ الجهة المُدمِجة لا المحرك. وما تُظهره الأرقام هو أي محرك يشتري هامشًا أكبر مقابل الكتلة التي يضيفها، وحيث يقف تصميم قريبًا من هامشه، يصبح هذا الفرق هو حجّة الاختيار كلها.

نقطة التشغيل المستمرة أهم من الذروة

التحويم في طائرة مأهولة ليس حالة عابرة، ولا الصعود أثناء الطيران المتواصل كذلك. فحيث يقضي ملف مهمة غير مأهولة وقته في خرجات قصيرة فوق متوسط مريح، يميل ملف مأهول إلى الإبقاء على نسبة عالية من القدرة المتاحة لدقائق متصلة — وهذا يضع السلوك الحراري لا الخرج الأقصى في مركز القرار. وتبقى أرقام الذروة مهمة، لكن لغرض مختلف: فهي تحدّد حجم التوصيلات والموصل ومنظم سرعة إلكتروني، لأن ما يشعر به الموصل هو التيار لا القدرة.

الأعمدة التي تتحدث عن التشغيل المستمر هي الأكثر ترجيحًا للغياب. فسجل U15 II KV80 يحمل 8580 W على نافذة 180 ثانية، وهو بيان واجب لا تصنيف، ولا يحمل السجلان الآخران أي رقم قدرة إطلاقًا. وفي هذين الاثنين تكون المعلومات الكهربائية المتاحة قيمة تيار ذروة — 180 A في U15XL KV38 و 210 A في U15XXL KV29 — إلى جانب تيار خمول يقاس عند 10 V دون حمل. وهذا يكفي لتحديد حجم التوصيلات ومقارنة اللفّات؛ لكنه لا يكفي لإعلان نقطة تشغيل مستمرة، والتعامل معه كأنه كذلك هو أكثر طريقة شائعة لانحراف تقدير دفع مأهول.

الكتلة عند طرف المروحة تُحتسب مرتين

كتلة المحرك على الطائرة لا تُرفع فقط، بل تُسرَّع أيضًا. فعلى جناح أو ذراع، ترفع الكتلة الدوّارة وغير الدوّارة عند الطرف الخارجي القصور الذاتي الذي على الهيكل أن يتغلّب عليه في الميلان والدوران، وهو ما يظهر في استجابة التحكم وجودة الرحلة لا في نقص في الدفع. ويُحسّ هذا الأثر باستمرار، بينما لا يُستخدم الدفع المشترى بتلك الكتلة إلا عند قمة نطاق التشغيل.

والفارق بين هذه المجموعة كبير بما يستحق الالتفات. فأربعة محركات U15 II KV80 تزن 7.0 kg، وأربع وحدات U15XL KV38 تزن 17.6 kg، وأربع وحدات U15XXL KV29 تزن 20.5 kg — وكلها مشتقة من الكتل المسجَّلة. وعليه تبلغ الفجوة بين أخفّ مجموعة من أربعة محركات وأثقلها 13.6 kg من الهيكل، وهو على منصة خفيفة بمقعدين رقم حقيقي لا خطأ تقريب. وهو أيضًا سبب أن الوحدة الأخف هنا ليست نقطة البداية الصحيحة تلقائيًا: فهي تسجّل أقل دفع بين الثلاثة، والتصميم الذي يحتاج ذلك الدفع لا يستطيع استعادته بترشيق الكتلة في مكان آخر.

البيانات المسجَّلة مدخل تصميم لا ملخّص

في مشروع غير مأهول يكون عمود المواصفة الغائب مصدر إزعاج يمكن حلّه بالاختبار. أما في مشروع مأهول فهو بند مفتوح في مراجعة التصميم، لأن الأرقام التي تُغلق المراجعة يجب أن تأتي من اختبار موثَّق لا من استنتاج. وهذا يغيّر طريقة قراءة سجل ينقصه عمود: لا كفجوة تُملأ بقيمة معقولة مستعارة من محرك مشابه، بل كسؤال يُطرح على المُصنّع قبل اختيار القطعة.

وبتطبيق ذلك هنا، يوثّق سجل U15 II KV80 القدرة والأبعاد، مع بقاء تيار الذروة وتيار الخمول في ورقة بيانات المُصنّع؛ أما سجلا U15XL KV38 و U15XXL KV29 فيوثّقان تيار الذروة وتيار الخمول والمقاومة والعمود والكابل، مع بقاء رقم القدرة في ورقة بيانات المُصنّع. وعليه يحمل كل واحد من الثلاثة الأعمدة التي يحتاجها نوع من التكامل ويترك عمودًا بانتظار التكملة لنوع آخر، والاستجابة الأمينة هي تسمية الفجوة لا تغطيتها. ويجدر التنبيه إلى أن تسمية المُصنّع نفسه لوحدتين من هاتين تشير مباشرة إلى التشغيل المأهول، فيمكن لمراجعة التصميم أن تقرأ هذه التسمية إلى جانب أرقام الدفع والتيار المسجَّلة.

الأرقام التي تحسم الاختيار

ست مجموعات من القيم تحمل تقريبًا كل القرار في عمل طائرات مأهولة. ثلاث منها منشورة للمحركات الثلاثة جميعًا وثلاث ليست كذلك، وهذا ما يستحق تحديده قبل رسم قائمة أولية.

الرفع بعد فقدان محرك واحد

هذا هو المرشّح الذي يستبعد البدائل بدل أن يرتّبها، وهو يعمل في الاتجاه المعاكس لمقارنة دفع تقليدية. فالمحرك يُستبعد هنا لسبب لا علاقة له بتصنيفه الخاص: الدفع الذي تستطيع أشقّاؤه إنتاجه بعد فشله غير كافٍ، لذا يُطرح السؤال دائمًا على المجموعة لا على الفرد. وفي هذه المجموعة يتراوح الدفع الأقصى المسجَّل من 36.5 kg إلى 101.4 kg، ويتراوح رقم الثلاثة أرباع الذي يحتفظ به توزيع بأربعة محركات من 110 kg إلى 304 kg — وهي قيم مشتقة في كل مواضعها من القيم المسجَّلة لكل محرك.

ويصحب هذا الحساب تحذيران. الأول أن الدفع الأقصى مسجَّل على ToBMS كرقم واحد مأخوذ من بيانات اختبار المُصنّع، يصف مروحة واحدة عند خانق وجهد واحدين؛ فهو سقف لا نقطة عمل. والثاني أن أيا من السجلات الثلاثة لا يسجّل قيمة دفع مصنّفة عند التحويم، فالهامش المحسوب من الرقم الأقصى هامش في مقابل سقف، والهامش الحقيقي عند التحويم أصغر بمقدار الفجوة التي تفصل بين الاثنين. وحيث يقف تصميم قريبًا من الحد، يجدر سدّ هذه الفجوة من بيانات اختبار المُصنّع قبل تثبيت تخطيط الهيكل.

ما تقوله السجلات عن التشغيل المستمر

الرقم المستمر الوحيد في هذه المجموعة هو 8580 W في U15 II KV80 على نافذة 180 ثانية. وقراءته كبيان واجب تقول إن الوحدة أبقت على تلك القدرة ثلاث دقائق على منصة اختبار، وهو مؤشر مفيد على القدرة الحرارية لا تعريف لما يمكن الإبقاء عليه إلى ما لا نهاية. وهناك فحص واحد مشتق متاح: فلو سُحبت 8580 W عند الطرف الأعلى من نافذته 12-24S، فإن حزمة 24 S بجهد اسمي نحو 88.8 V — أي عُرف 3.7 V لكل خلية القياسي لا مواصفة محرك — تعني نحو 97 A وفق تقديرنا، وهو رقم مشتق من القيم المسجَّلة لا تصنيف من المُصنّع. وهذا يقول عن طريقة إجراء الاختبار أكثر مما يقول عن حدّ المحرك.

ولا ينشر المحركان الآخران أي رقم قدرة، لذا يجب استنتاج سلوكهما المستمر من عمودي التيار والمقاومة. وهذا الاستنتاج مشروع ومحدود في الوقت نفسه: فخسائر النحاس تتناسب مع مربع التيار، لذا تكون الأرقام أدناه مفيدة للمقارنة وغير صالحة كتصنيف. وما تُثبته هو أيّ المحركين الأثقل يعمل أبرد عند ذروته، وهذا أمر عادل للمقارنة بين سجلين من النوع نفسه.

الحزمة والتيار والتوصيلات خلفهما

جهد الحزمة تحدّده البطارية، وهو في هذه المجموعة يحدّد قائمة المرشّحين إلى حد كبير. فـ U15 II KV80 يقبل 12-24S، وهي أوسع نافذة مسجَّلة بين الثلاثة والوحيدة التي تُطوّق حزمة أدنى جهدًا؛ أما U15XL KV38 و U15XXL KV29 فيسجّلان 24 S. والنافذة الأوسع ليست أفضل تلقائيًا — فهي تعني أن المحرك نفسه يمكن تشغيله على حزمة أهدأ، وهو مفيد حيث يجب أن يخدم هيكل واحد برنامج اختبار وبرنامج طيران دون تغيير المحرك.

التيار هو موضع افتراق الأثقل عن الأخف. فـ U15XL KV38 يسجّل 180 A ذروة و U15XXL KV29 يسجّل 210 A ذروة، بينما لا ينشر U15 II KV80 أي رقم لتيار الذروة، لذا لا تتوافر مقارنة متماثلة بين الثلاثة جميعًا. وعلى عُرف 24 S بجهد اسمي نحو 88.8 V، تعني ذروة 210 A في U15XXL نحو 18.6 kW في تلك اللحظة، وتعني ذروة 180 A في U15XL نحو 16 kW وفق تقديرنا — وكلاهما رقم مشتق من القيم المسجَّلة لا تصنيف من المُصنّع، وكلاهما مفيد أساسًا لتحديد الأحجام. والأرقام نفسها تحدّد مقطع النحاس في الكابلات وتصنيف الموصل وتيار منظم سرعة إلكتروني المستمر، وعلى طائرة مأهولة تُختار هذه الثلاثة عادةً بهامش أقل من هامش المحرك نفسه.

مقاومة اللفّ وإلى أين تذهب الحرارة

المقاومة هي العمود الذي يربط التيار بدرجة الحرارة. فعند تيار معيّن تحدّد خسائر النحاس، وخسائر النحاس حرارة تُولَّد داخل محرك يعتمد أصلًا على تدفّق الهواء للتبريد. ويسجّلها سجلان من الثلاثة: 17 mΩ في كل من U15 II KV80 و U15XL KV38، و 20 mΩ في U15XXL KV29. وعند الإبقاء على تيارات الذروة المسجَّلة لكل منهما، يبدّد لفّ U15XL KV38 ذو 17 mΩ نحو 551 W، ويبدّد لفّ U15XXL KV29 ذو 20 mΩ نحو 882 W — وكلاهما تقديرنا من القيم المسجَّلة وغير مصحَّح لدرجة الحرارة، وكلاهما رقم لحظة ذروة لا رقم ثابت، لأن الصعود المستمر يسحب أقل بكثير من الذروة.

والمقارنة مفيدة تحديدًا لأنها لا تحابي المحرك الأكبر على كل المحاور. فـ U15XXL KV29 له المقاومة الأعلى وتيار الذروة الأعلى، لذا يولّد عند الذروة حرارة أكثر مما يولّده U15XL KV38؛ وفي المقابل يسجّل 101.4 kg من الدفع في مقابل 81.2 kg. واختيار أحدهما على هيكل مأهول سؤال عن ملف الواجب — كم تدوم فترة القدرة العالية، وكم من تدفّق الهواء متاح خلالها — لا سؤال عن أي المحركين أفضل. أما U15 II KV80 فلا يمكن وضعه على هذا المحور إطلاقًا، لأن تيار ذروته غير مسجَّل؛ ولفّه ذو 17 mΩ هو الأدنى هنا، وهو ما يتسق مع جزء ثابت أصغر يحمل لفّات أقل.

هندسة الدوّار والمروحة التي يديرها

تتشاطر السجلات الثلاثة تكوين الجزء الثابت نفسه 36N42P، وهو مشترك في المجموعة كلها ومفيد للاختيار: فهو يعني أن الفروق بينها في اللفّ والمغناطيس والرصّة والكتلة لا في هندسة الفتحات والأقطاب. وهذا يزيل متغيّرًا واحدًا من المقارنة ويترك مطابقة المروحة هي المسألة الهندسية المتبقية.

قيمة KV هي التي تحدّد أي مروحة يمكن للوحدة أن تديرها بسرعة مفيدة. والقيم الثلاث هنا — 80, 38 و 29 — ليست ترتيبًا للقوة؛ بل هي ثلاثة أجوبة عن سؤال أين ينبغي أن تستقرّ سرعة الدوّار لحزمة معيّنة. فوحدة 29 KV على حزمة 24 S تدير مروحة أكبر بكثير بسرعة أدنى مما تفعله وحدة 80 KV، ولهذا لا يكون الاثنان قابلين للتبادل حتى حيث يستطيع الهيكل ماديًا قبول أيهما. وحيث يعيد تصميم تكبير هيكل قائم أو تصغيره، فإن مطابقة قيمة KV وقرص المروحة معًا هي ما يحفظ نقطة التشغيل، وتغيير حجم المحرك وحده هو ما يكسرها.

العمود والتثبيت وواجهة الكابل

الأعمدة الميكانيكية تحدّد ما إذا كان المحرك قابلًا للتركيب، وعلى طائرة مأهولة تحدّد أيضًا مدى سهولة صيانته. والأبعاد متقاربة في المجموعة لكنها ليست متطابقة: فـ U15 II KV80 يقيس Ø147.5 × 55 mm، بينما يقيس U15XL KV38 و U15XXL KV29 كليهما Ø151.5 mm ويختلفان في الطول عند 96 mm و 106 mm على التوالي. وطول 55 mm في الوحدة الأخف يزيد قليلًا على نصف طول الأكبر، ومنه يأتي معظم تفوّقها البالغ 3.39 kg في الكتلة على U15XXL KV29.

قطر العمود يقسم المجموعة بطريقة أهم مما تبدو: فـ U15 II KV80 يسجّل عمودًا 20 mm حيث يسجّل الآخران 25 mm، وهذا يغيّر مهايئ المروحة وطريقة التثبيت والحمل الذي يمكن أن تحمله القبّة. ويسجّل U15XL KV38 و U15XXL KV29 كلٌّ منهما طول كابل 200 mm، وهو كافٍ للوصول إلى منظم سرعة إلكتروني مركَّب بعيدًا عن طرف الذراع وللإبقاء على مسار التيار العالي قصيرًا؛ أما U15 II KV80 فيسجّل طول سلك 100 mm بدلًا من ذلك، وهو ما يناسب منظمًا أقرب لكنه ليس القياس نفسه على الأساس نفسه، فلا ينبغي مقارنة الاثنين كأنهما كذلك. وحيث لا تُسجَّل قيمة، يجب التحقق من الافتراض في مقابل القطعة نفسها لا في مقابل طراز شقيق.

مقارنة ثلاثة محركات T-Motor U15

يجمع الجدول أدناه الوحدات الثلاث بترتيب تصاعدي حسب الكتلة. وكل قيمة كما نُشرت في سجل كل منتج من منتجات ToBMS، والفجوات موسومة لا مملوءة.

المحركات الثلاثة مدرجة كلها في فئة محركات UAV على ToBMS، وهي منشورة من T-Motor. ويُخزَّن الدفع بالغرامات في كل سجل ويُعرض هنا محوَّلًا إلى كيلوغرامات؛ وقيم الدفع والكتلة والتيار كما سُجّلت، وكل نسبة أو مجموع يُقتبس في موضع آخر من هذا المقال مشتق منها وموسوم بأنه مشتق حيث يرد. وخلية واحدة في الجدول موسومة لا مملوءة: فلا تيار ذروة مسجَّل لـ U15 II KV80. وهناك رقمان آخران خارج الجدول لأن هذا العمود لا يُحمل إطلاقًا — فرقم قدرة كل من U15XL KV38 و U15XXL KV29 مذكور في ورقة بيانات المُصنّع — لذا لا تحمل المجموعة ككل أي عمود كهربائي ممتلئ للثلاثة جميعًا.

النمط الأول الذي يُظهره الجدول هو أن الدفع والكتلة يتدرّجان معًا بدقة تكاد تكون تامة، وأن هذا التدرّج لا يكافئ الحجم. فالوحدات الثلاث تمتدّ نحو 2.9 مرة في الكتلة من 1740 g إلى 5130 g، ونحو 2.8 مرة في الدفع المسجَّل من 36.5 kg إلى 101.4 kg — وكلاهما مشتق. ويخرج الدفع لكل وحدة من كتلة المحرك عند نحو 21.0, 18.4 و 19.8 ضعفًا لـ U15 II KV80 و U15XL KV38 و U15XXL KV29 على التوالي، وكلها مشتقة بالطريقة نفسها. وعليه تحمل الوحدة الأخف أعلى نسبة مسجَّلة بين الثلاثة وتحمل الوحدة الوسطى أدناها، وهذا يستحق القول صراحةً لأنه يخالف التوقّع بأن أكبر محرك هو أكثر الطرق كفاءة لشراء الدفع.

النمط الثاني في العمود الغائب. فالوحدة ذات أعلى دفع مسجَّل لا تنشر رقم قدرة، والوحدة ذات أوسع نافذة جهد لا تنشر تيار ذروة — فعلى الجانب الكهربائي يكون كل سجل ممتلئًا حيث لا يكون الآخر كذلك بالضبط. والتصميم الذي يحتاج رقم قدرة مستمرة ورقم تيار ذروة للمحرك نفسه لن يجدهما معًا في هذه المجموعة، والاستجابة المناسبة هي حمل السؤال إلى المُصنّع لا الاستيفاء بين السجلات.

النمط الثالث يتعلق بالحزمة. فوحدتان تقفان على حزمة 24 S ثابتة وواحدة تُطوّق 12-24S، وتكوين الجزء الثابت المشترك بين الثلاثة يعني أن هذا الفرق كله في اللفّ لا في المغناطيسيات. وهذا أمر مفيد معرفته عندما يغيّر تصميم حزمته: فعلى الوحدتين العاملتين على 24 S تكون الحزمة جزءًا من المواصفة، بينما على U15 II KV80 تقع حزمة أدنى جهدًا داخل النافذة المسجَّلة ولا يبقى سوى إعادة مطابقة المروحة.

قراءة كل محرك في مقابل مهمة مأهولة

لا تصبح الأرقام المسجَّلة قرارًا إلا عندما تُقرأ في مقابل ما تفعله الطائرة. وكل وحدة من الثلاث أدناه تناسب نوعًا مختلفًا من الهياكل، ولا واحدة منها تناسب الأنواع الثلاثة.

U15 II KV80 — الأخف ونافذة الجهد الأوسع

يسجّل U15 II KV80 قيمة 1740 g، و 36.5 kg من الدفع الأقصى، ولفًّا بقيمة 80 KV، وجزءًا ثابتًا بتكوين 36N42P، ومقاومة 17 mΩ، وعمودًا 20 mm، وطول سلك 100 mm، ونافذة 12-24S، مع 8580 W مسجَّلة على نافذة 180 ثانية. وهي الوحدة الوحيدة هنا التي تنشر رقم قدرة والوحيدة التي تُطوّق نافذة جهدها عدد خلايا أدنى، وعند 1740 g تبلغ أقل من نصف كتلة أي من الأخريين — وطول الجسم 55 mm في مقابل 96 mm و 106 mm هو معظم التفسير.

وما تشير إليه هذه التركيبة تصميم يكون فيه للكتلة ومرونة الحزمة وزن أكبر من الدفع الأقصى لكل محرك. فتوزيع بأربعة محركات على هذه الوحدة يبلغ 7.0 kg من المحركات في مقابل 17.6 kg و 20.5 kg للتوزيعات نفسها على الأخريين — مشتقة من الكتل المسجَّلة — ويصبح الفارق 13.6 kg بين الطرفين متاحًا للهيكل أو البطاريات أو الحمولة بدلًا من ذلك. وعلى هيكل خفيف يحمل محركات كافية لامتصاص فقدان واحد، هذا مكسب مباشر.

وما تكلّفه هو الدفع لكل وحدة والتوثيق الكهربائي. فـ 36.5 kg لديها تزيد قليلًا على ثلث 101.4 kg في U15XXL KV29، وعليه يحتفظ توزيع بأربعة محركات على U15 II KV80 بنحو 110 kg بعد فقدان واحد في مقابل نحو 304 kg على الوحدات الأكبر — وكلاهما مشتق. ومع عدم تسجيل تيار ذروة، لا يمكن إغلاق تحديد حجم التوصيلات ولا مقارنة خسائر النحاس من السجل وحده، وهذا في مشروع مأهول بند عمل لا حاشية.

U15XL KV38 — نقطة الكتلة الوسطى وأكمل سجل كهربائي

يسجّل U15XL KV38 قيمة 4408 g، و 81.2 kg من الدفع الأقصى، ولفًّا بقيمة 38 KV على الجزء الثابت نفسه 36N42P، ومقاومة 17 mΩ، وتيار ذروة 180 A، وتيار خمول 3.5 A عند 10 V، وعمودًا 25 mm، وطول كابل 200 mm، وحزمة 24 S ثابتة. وهي الوحيدة بين الثلاثة التي يحمل سجلها الكهربائي تيار ذروة ومقاومة معًا إلى جانب قياس تيار الخمول، وهذا يجعلها الوحدة التي يمكن وضعها على محور حراري دون العودة إلى المُصنّع.

وموقعها في المجموعة هو سبب كونها غالبًا الجواب الوسط لا حلًّا وسطًا. فهي تتقاسم أدنى مقاومة مسجَّلة بين الثلاثة مع U15 II KV80، لذا تولّد عند تيار معيّن خسائر نحاس أقل مما يولّده U15XXL KV29 الأكبر — نحو 551 W عند ذروتها 180 A في مقابل نحو 882 W عند ذروة الآخر 210 A، وكلاهما مشتق — بينما تسجّل 81.2 kg من الدفع، وهو أكثر من ضعف رقم الوحدة الأخف. ويحتفظ توزيع بأربعة محركات على هذه الوحدات بنحو 244 kg بعد فقدان واحد، وهو مشتق، ويبلغ مجموعه 17.6 kg من المحركات.

قيّدها هو الحزمة. فعلى 24 S ثابتة لا يوجد خيار مسجَّل لتشغيل حزمة أهدأ دون الخروج من النافذة، لذا على هيكل يريد بدء اختبار الطيران بعدد خلايا أدنى أن يغيّر المحركات أو يغيّر خطة حزمته. أما الكابلات 200 mm والعمود 25 mm فهما الأكثر سخاءً بين مجموعتَي الواجهة المسجَّلتين هنا، ويناسبان تركيبًا يجلس فيه منظم سرعة إلكتروني في داخل الذراع.

U15XXL KV29 — أعلى دفع مسجَّل بين الثلاثة

يسجّل U15XXL KV29 قيمة 5130 g، و 101.4 kg من الدفع الأقصى، ولفًّا بقيمة 29 KV على الجزء الثابت 36N42P، ومقاومة 20 mΩ، وتيار ذروة 210 A، وتيار خمول 3.3 A عند 10 V، و Ø151.5 × 106 mm، وعمودًا 25 mm، وكابلًا 200 mm، وحزمة 24 S ثابتة. وهي الأثقل والأعلى دفعًا في المجموعة، ويسمّيها المُصنّع صراحةً للطائرات المأهولة وغير المأهولة — وهي تسمية تؤكّدها أرقام الدفع والتيار المسجَّلة، مع بقاء رقم القدرة المستمرة في ورقة بيانات المُصنّع.

وقراءتها كمجموعة، هذه هي الوحدة التي تشتري الهامش. فيحتفظ توزيع بأربعة محركات بنحو 304 kg بعد فقدان واحد وفق الأرقام المسجَّلة، وهو مشتق، ويحتفظ توزيع بستة محركات بخمسة أسداس 608 kg. وفي مقابل ذلك تضيف أربع منها 20.5 kg من كتلة المحركات، ويولّد كل واحد عند تيار الذروة نحو 882 W من خسائر النحاس داخل علبة تزن 5130 g — وهو تقديرنا من القيم المسجَّلة، غير مصحَّح لدرجة الحرارة — وهذا هو الرقم الذي يحدّد في صعود مستمر ما إذا كان مسار التبريد كافيًا. واللفّ ذو 20 mΩ هو أعلى مقاومة مسجَّلة هنا، ولأن خسائر النحاس تتناسب مع مربع التيار، فإن اجتماع أعلى تيار وأعلى مقاومة في الوحدة نفسها هو بالضبط ما يضع التصميم الحراري في مركز أي تركيب مبنيّ عليها.

وتيار الخمول 3.3 A عند 10 V، وهو أدنى بفارق ضئيل من 3.5 A في U15XL KV38، يتسق مع لفّ بقيمة KV أدنى يسحب تيارًا أقل قليلًا لإدارة نفسه، وهو الإشارة المقارِنة الوحيدة المتاحة بين الاثنين على جانب عدم الحمل. وهو في ذاته لا يكفي لاستخلاص نتيجة عن الكفاءة عبر نطاق التشغيل، ولا ينبغي استخدامه كذلك.

أين تُستخدم هذه المنظومات

تظهر المحركات الثلاثة نفسها في هياكل تختلف قيودها بما يكفي لتتغيّر معه حجّة الاختيار بينها، ولهذا تكون المنصة مهمة بقدر أهمية السجل في طائرات مأهولة.

منصات eVTOL الشخصية والطائرات الخفيفة بمقعدين

هذه هي التصاميم التي تقود فيها حالة الفقدان كل شيء، لأن توزيع الدفع عادةً هو المنظومة الوحيدة القادرة على إبقاء الطائرة في الجو. والتوزيع على ستة أو ثمانية محركات شائع تحديدًا لأنه يحوّل الفقدان الواحد إلى خسارة جزئية في الدفع لا كلية، وهذا الميل في التخطيط هو ما يجعل محركًا أدنى دفعًا وأقل كتلة مجديًا في مقابل بديل أعلى دفعًا. والسجلات ذات الصلة هنا هي التي تنشر معلومات كهربائية كافية لتحديد حجم التوصيلات — ما يميل لصالح U15XL KV38 و U15XXL KV29 — وحيث لا يزال التصميم يعدّل جهد الحزمة، تكون نافذة 12-24S في U15 II KV80 هي المرونة المسجَّلة الوحيدة في المجموعة. ويغطي تصنيف درون VTOL المقايضة نفسها بين الرفع والطيران المتواصل من الجهة غير المأهولة، حيث تكون مجموعة القيود مختلفة.

المظلات الشراعية المزوّدة بمحرك والدراجات المظلية الثلاثية

هذه الفئة من الهياكل هي أقرب ما في التصنيف إلى آلة طيران مبنية حول وحدة دفع واحدة، وهي أيضًا الموضع الذي تتحدث فيه الكتلة بأكثر مباشرة. فالدراجة الثلاثية المظلية تحمل محركًا أو محركين على بنية ميزانية كتلتها ضيقة ومروحتها كبيرة بطيئة الدوران، وهذا يشير إلى قيمة KV منخفضة ووحدة خفيفة لا إلى دفع أقصى. وتوزّع KV من 29 إلى 80 في المجموعة كلها ليس القصة كلها هنا — فالمقارنة ذات المعنى هي في مقابل 38 و 29 KV في الوحدتين الأخريين — لكن عند 1740 g ومع نافذة الجهد الواسعة، يناسب U15 II KV80 هيكلًا تُختار فيه الحزمة للتحمّل لا للجهد. والمقابل، في تركيب بمحرك واحد، هو أنه لا وجود لوحدة ثانية تمتص فقدانًا، والتصميم في هذا الموضع يتخذ قرارًا من نوع مختلف تمامًا.

هياكل الشحن التي تنتقل إلى أدوار مأهولة

ثمة عدد من المنصات الكبيرة متعددة الدوّارات تُطوَّر أولًا للشحن ثم تُكيَّف لحمل شخص، ومجموعة الدفع عادةً هي الجزء الذي ينتقل دون تغيير. وفي هذه الحالة تكون القراءة المفيدة لهذه السجلات هي حساب حالة الفقدان لا الدفع الاسمي: فتوزيع محدد الحجم أصلًا على محركات U15XXL KV29 حول حمولة شحن يحتفظ بنحو ثلاثة أرباع دفعه المُركَّب بعد فقدان واحد، وهو مشتق، وهذا هو الهامش الذي ستُقاس عليه النسخة المأهولة وليس قدرة مُثبتة. وهذا أيضًا هو الموضع الذي يؤلم فيه غياب رقم القدرة المستمرة أكثر ما يؤلم، لأن ملف الواجب المأهول أطول من ملف الشحن، والهامش الحراري الذي كان كافيًا لقفزة شحن قصيرة قد لا يكون كافيًا لمرحلة مأهولة أطول. ويجمع تطبيق درون رفع ثقيل المحركات نفسها حول فئات الحمولة لا حول حالة الفقدان، والنظران يستحقّان أن يُقرآ معًا.

حيث تتوقف المحركات نفسها عن كونها الجواب

هناك حدّ في هذا التصنيف ويجدر تسميته. فبمجرد أن ينتقل تصميم من الحفاظ على ارتفاع إلى قطع مسافة بكفاءة — من التحويم إلى الطيران المتواصل — يتوقف الترتيب أعلاه كله عن الانطباق، لأن نقطة التشغيل تنتقل إلى المنطقة التي يفوز فيها لفّ بقيمة KV منخفضة ومقاومة لفّ منخفضة ومروحة كبيرة بطيئة الدوران بالتحمّل لا بالدفع. وهذه مسألة اختيار مختلفة، تُجمع تحت UAV طويل التحمل لا هنا. وبالمثل، فإن هيكلًا يُتوقع من مجموعة دفعه أن تحافظ على رقم قدرة مستمرة كمدخل اعتماد لا كهدف أداء يطرح سؤالًا لا يجيب عنه أي من هذه السجلات الثلاثة، والجواب يجب أن يأتي من وثائق اختبار المُصنّع.

قائمة التحقق عند الاختيار

ثلاثة فحوص تغطي معظم الأرض، والأفضل إجراؤها بالترتيب لأن كل واحد منها يضيّق المجال أمام التالي.

الواجب أولًا

ثبّت ما يُطلب من الطائرة فعله قبل مقارنة المحركات: كم تدوم فترات القدرة العالية، وهل يحافظ التوزيع على الارتفاع في التحويم أم في الطيران الأمامي فقط، وهل جهد الحزمة محدَّد أصلًا. وعلى هيكل مأهول تستبعد هذه الأجوبة الثلاثة عادةً بدائل أكثر مما يستبعد أي عمود مواصفة، لأنها تحدّد ما إذا كان الرقم المستمر مطلوبًا أصلًا وما إذا كان تيار ذروة مسجَّل كافيًا.

التكرار ثانيًا

قرّر عدد وحدات الدفع التي يحملها الهيكل واحسب الدفع المتبقي في أسوأ فقدان واحد، باستخدام الرقم المسجَّل لكل محرك ووسمه بأنه مشتق. وقارن ذلك الرقم المتبقي بالوزن الإجمالي مع هامش لسلطة التحكم لا للرفع فقط، وتذكّر أن الدفع المسجَّل سقف من قيمة منصة اختبار لا تصنيف تحويم — ولا ينشر أي من السجلات الثلاثة هنا قيمة مصنّفة عند التحويم، لذا يكون هامش العمل أصغر من هامش السقف بمقدار تلك الفجوة.

الواجهات والأسئلة المفتوحة أخيرًا

وبعد تثبيت الواجب والتكرار فقط تحسم الأعمدة الميكانيكية والكهربائية بين الباقيات. تحقق من قطر العمود ونمط التثبيت وطولي الكابل والسلك في مقابل موضع منظم سرعة إلكتروني، وحدّد حجم التوصيلات وفق تيار الذروة المسجَّل لا وفق رقم القدرة، وسجّل الأعمدة التي لا يحملها السجل حتى يمكن إغلاقها من بيانات اختبار المُصنّع قبل الالتزام بالقطعة.

1. ثبّت ملف الواجب وجهد الحزمة أولًا، واعتبر أي تصميم لم يحسم أيهما بعد غير مهيّأ لوضع قائمة أولية بالمحركات.
2. احسب الدفع المتبقي في أسوأ فقدان واحد من الرقم المسجَّل لكل محرك، وسمِّ النتيجة بأنها مشتقة.
3. قارن الدفع المتبقي بالوزن الإجمالي مع هامش لسلطة التحكم، وتذكّر أن الدفع الأقصى المسجَّل سقف لا تصنيف تحويم.
4. تحقق مما إذا كان السجل يحمل رقم قدرة مستمرة أصلًا، ولا تعامل قيمة تيار الذروة كبديل عنه.
5. حدّد حجم الكابلات والموصلات ومنظم سرعة إلكتروني وفق تيار الذروة المسجَّل، وتحقق من خسائر النحاس عند ذلك التيار في مقابل مسار التبريد المتاح.
6. فضّل نافذة جهد تُطوّق الحزم المتاحة فعلًا حيث لا يزال التصميم يعدّل، واعتبر عدد الخلايا الثابت مواصفة يُصمَّم حولها.
7. تحقق من قطر العمود ونمط التثبيت وطول الكابل في مقابل موضع منظم سرعة إلكتروني، ولا تقارن طول السلك بطول الكابل كأنهما القياس نفسه.
8. سجّل كل عمود يتركه سجل المنتج فارغًا، حتى تستطيع وثائق اختبار المُصنّع إغلاقه قبل الالتزام بالاختيار.

الأسئلة الشائعة

مصادر رسمية

تنشر T-Motor المحركات الثلاثة، وتحمل صفحات المُصنّع نفسها بيانات الاختبار والوثائق التي لا تعيد سجلات ToBMS إنتاجها: U15 II KV80، وU15XL KV38 وU15XXL KV29، مع المدى الأوسع على المتجر الرسمي لـ T-Motor. وحيث يسكت سجل ToBMS — تيار الذروة وتيار الخمول لـ U15 II KV80، وأرقام القدرة لـ U15XL KV38 و U15XXL KV29، وأي قيمة دفع مصنّفة عند التحويم على الثلاثة جميعًا — تكون تلك الصفحات أو ورقة البيانات المقابلة هي مكان سدّ الفجوة.

إلى أين بعد ذلك

القراءة إلى هذا الحد تنتج قائمة أولية لا قرارًا، وثلاث أدوات تحوّل تلك القائمة إلى قرار: فكل محرك هنا يقع في فئة محركات UAV، ويمكن تضييق المرشّحين حسب قيمة KV والكتلة والحزمة في الاختيار، ويمكن وضع وحدتين أو ثلاث في مواجهة بعضها في مقارنة المنتجات. أما الجانب التطبيقي من القرار نفسه فيُجمع على صفحة طائرات مأهولة، التي تجمع المطابقات المسجَّلة حسب المنصة لا حسب المواصفة.

وهناك مرجعان قائمان يتفرّعان جانبيًا من هنا. مرجع محركات درونات الرفع الثقيل يتناول اثنين من هذه المحركات الثلاثة من جهة فئة الحمولة، حيث تكون ميزانية الدفع هي الفكرة المنظِّمة لا حالة الفقدان، وهو النظير لهذه الرؤية المأهولة. ومرجع اختيار محركات UAV يضع هذه الوحدات بين نطاق T-Motor الأوسع حيث تتغيّر الأسئلة شكلها كليًا، ومرجع محركات BLDC الكامل يضع كل فئة في إطار واحد لكل من يبدأ من التقنية لا من هيكل.

الخلاصة القصيرة: ثبّت ملف الواجب والحزمة قبل مقارنة المحركات، واحسب الدفع المتبقي في أسوأ فقدان واحد لا الدفع الاسمي، ثم اختر بين ما تبقى على أساس الكتلة والتوثيق الكهربائي. وفي هذه المجموعة يستقرّ ذلك التسلسل عادةً على U15 II KV80 حيث تسود الكتلة ومرونة الحزمة، وعلى U15XL KV38 حيث يجب أن يكون السجل الكهربائي كاملًا والحزمة على 24 S أصلًا، وعلى U15XXL KV29 حيث يكون أعلى دفع مسجَّل لكل محرك هو ما يحتاجه الهيكل فعلًا.