Hochschub-Drohnenmotor auslegen: Nutzlast, Effizienz und thermische Reserve

Ein Hochschub-Drohnenmotor ist nicht die größte Einheit auf einem Datenblatt; es ist der Hochschub-Drohnenmotor, der seinen Schub noch am Betriebspunkt liefert, den ein Fluggerät tatsächlich fliegt. Die Auslegung eines Hochschub-Drohnenmotors beginnt bei der Masse, die das Fluggerät heben muss, verteilt diese Masse auf die Rotoren und prüft dann, ob der Hochschub-Drohnenmotor seinen Anteil halten kann, ohne die thermische Reserve aufzubrauchen. Nutzlastklasse, Schub pro Rotor und thermische Reserve sind bei einem Hochschub-Drohnenmotor die drei Größen, die die Antwort bestimmen, und bei einem Schwerlast-Fluggerät legen sie zugleich fest, wie viel Motormasse für die Aufgabe mitgeführt werden muss.

Dieser Leitfaden zum Hochschub-Drohnenmotor arbeitet zehn der derzeit in der ToBMS-Kategorie UAV-Motoren geführten Datensätze durch, allesamt T-Motor-Einheiten, die die ToBMS-Datensätze unter Schwerlast-Drohne und Agrar-UAV einordnen, und legt dar, welche Spezifikation die Wahl auf jeder Stufe entscheidet. Jede unten aufgeführte Zahl eines Hochschub-Drohnenmotors stammt aus dem ToBMS-Produktdatensatz oder aus der veröffentlichten Spezifikation des Herstellers; die daraus abgeleiteten Verhältnisse sind als abgeleitet gekennzeichnet, und ein nicht veröffentlichter Wert wird als nicht veröffentlicht vermerkt statt aus einem ähnlichen Modell abgeleitet.

Kurzantwort

Zuerst kommt die Nutzlastklasse, und bei einem Hochschub-Drohnenmotor ist sie eine Fluggerät- und keine Motorgröße. Die acht hier untersuchten Hochschub-Drohnenmotoren der Navigator-Reihe nennen ein maximales Abfluggewicht des Fluggeräts direkt auf der Herstellerseite, von 60 kg beim T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor bis 140 kg beim T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor. Diese Zahl eines Hochschub-Drohnenmotors ist das Abfluggewicht des Fluggeräts, nicht die darunter hängende Nutzlast; Nutzlast ist das, was nach Abzug von Zelle, Akkupack, Avionik und Motoren übrig bleibt, weshalb die Motorwahl aus einem Massebudget folgt und nicht aus einer Nutzlastangabe allein, und weshalb ein Schwerlast-Drohnenmotor stets auf das Fluggerät abgestimmt wird und nicht auf die Last allein.

Der Schub, den ein Hochschub-Drohnenmotor liefern muss, ergibt sich dann aus der Aufteilung des vom Fluggerät benötigten Schubs auf die Arme. Die Multirotor-Praxis kalkuliert bei einem Hochschub-Drohnenmotor ein Vielfaches des Abfluggewichts ein, damit die Lageregelung bei Manövern und Störungen handlungsfähig bleibt; der dokumentierte Maximalschub eines Hochschub-Drohnenmotors ist daher eine Obergrenze und kein Betriebspunkt. Die fortgesetzte Regelung nach dem Ausfall eines Rotors ist bei einem Hochschub-Drohnenmotor eine separate Fehlertoleranzanforderung, die sich aus der Fluggerätkonfiguration, der Regelungsallokation und dem Ausfallfall ergibt und nicht aus der Maximalschubzahl allein. Eine dritte Größe eines Hochschub-Drohnenmotors entscheidet, ob diese Obergrenze im Flug hält, nämlich die thermische Reserve: die für Hochschub-Drohnenmotoren veröffentlichten Leistungs- und Stromangaben gelten über ein kurzes Zeitfenster, und die Oberflächentemperatur auf dem Prüfstand des Herstellers wird bei einem bestimmten Drosselwert und einer bestimmten Laufdauer gemessen. Zehn Datensätze eines Hochschub-Drohnenmotors lassen sich auf dieser Grundlage nicht gegeneinander einordnen, weil Propeller, Busspannung und Testbedingungen von Seite zu Seite wechseln. Die Zahlen zu diesen Hochschub-Drohnenmotoren können zeigen, wo die Reserve für einen Hochschub-Drohnenmotor, einen Propeller und einen Bus liegt, und genau dieser Vergleich ist es, den eine Auslegungsentscheidung braucht.

Was als Hochschub-Drohnenmotor gilt

Am Aufbau eines Hochschub-Drohnenmotors ändert sich am schweren Ende der Klasse nichts. Was sich bei einem Hochschub-Drohnenmotor ändert, ist, welcher Teil der Spezifikation zur bindenden Randbedingung wird. Bei einem kleinen Fluggerät liegt die Grenze eines Hochschub-Drohnenmotors meist beim Akkupack und der Verkabelung, und ein Hochschub-Drohnenmotor wird passend zu einem Propeller gewählt, der bereits zum Rahmen passt. Bei einem Schwerlast- oder Agrar-Fluggerät wandert die Grenze des Hochschub-Drohnenmotors auf thermische Belastung und Motormasse zugleich, und bei diesen Fluggeräten können thermische Belastung und Masse des Antriebssystems zu wichtigen gekoppelten Randbedingungen werden, je weiter die geforderte Nutzlast und die Einsatzanforderungen steigen, was das Auswahlproblem an diesem Ende der Baureihe anders macht.

Schub pro Rotor gegen Motormasse

Zwei Größen eines Hochschub-Drohnenmotors stehen auf den gegenüberliegenden Seiten jeder Schwerlastentscheidung, und keine lässt sich allein lesen. Der Schub pro Rotor ist das, was der Hochschub-Drohnenmotor am Betriebspunkt liefern muss; die Motormasse eines Hochschub-Drohnenmotors ist das, was das Fluggerät für diesen Schub auf jedem Flug bezahlt, und die Hochschub-Drohnenmotoren sind Teil des Abfluggewichts, das das Antriebssystem hebt. Über die zehn Datensätze unten bewegen sich bei einem Hochschub-Drohnenmotor die beiden Größen gemeinsam: der T-Motor U11 II KV120 UAV Motor wiegt 772 g und dokumentiert 14159 g Schub, während der T-Motor MN1330 KV40 2750 g wiegt und 75415 g dokumentiert. Zwischen ihnen steigt beim Hochschub-Drohnenmotor die Masse um etwa den Faktor 3.6 und der dokumentierte Schub um etwa den Faktor 5.3, und dieser Unterschied in der Steigung ist es, worauf eine Auslegungsentscheidung setzt.

Die beiden Größen sind als Paar zu lesen und nicht als Punktzahl. Ein Hochschub-Drohnenmotor, der für seinen Schub leicht ist, verringert die Masse, die das Antriebssystem trägt, hat aber auch weniger Kupfer und weniger Stator, um den erzeugten Verlust abzuführen, und die beiden Effekte sind nicht unabhängig. Ein Hochschub-Drohnenmotor, der für seinen Schub schwer ist, bringt mehr Material in das thermische Problem ein, erhöht aber die Masse, die das Fluggerät auf jedem Flug hebt, und die Trägheit, gegen die der Lageregler arbeiten muss. Welche Seite dieses Tauschs richtig ist, hängt vom Einsatzprofil ab, das das Fluggerät fliegt, und derselbe Hochschub-Drohnenmotor kann bei zwei verschiedenen Aufgaben auf beiden Seiten der Grenze liegen.

KV als erster Filter

KV ist beim Hochschub-Drohnenmotor die Drehzahlkonstante der Wicklung, angegeben in Umdrehungen pro Volt, und reicht in diesen Datensätzen von 130 beim MN1115 bis 40 beim MN1330. Die praktische Rolle dieser Konstante bei der Auslegung besteht darin, anzugeben, für welche Zellenzahl und welchen Propellerdurchmesser der Hochschub-Drohnenmotor gewickelt wurde. Ein niedriger KV-Wert eines Hochschub-Drohnenmotors dreht denselben Propeller an einem gegebenen Bus langsamer, und eine Wicklung mit niedrigem KV kann für Konfigurationen mit niedrigerer Drehzahl und größerem Propeller geeignet sein, doch der Strom bei gegebenem Schub ist bei einem Hochschub-Drohnenmotor aus den Betriebsdaten von Motor und Propeller zu beurteilen und nicht aus dem KV-Wert, was ein Schwerlast-Fluggerät einen großen Propeller betreiben lässt, ohne dass der Strom über das hinaus steigt, was ein Regler dauerhaft halten kann. KV ist bei einem Hochschub-Drohnenmotor eine Abstimmungsaussage und keine Qualitätskennzahl, und ein 24S-Bus an einem 20-in-Propeller und ein 24S-Bus an einem 30-in-Propeller werden unterschiedliche Werte verlangen, selbst bei gleichem Schubziel.

Die verwandte Größe bei einem Hochschub-Drohnenmotor ist die Statorausführung, und bei den Navigator-Motoren wird sie als Nut- und Polzahl wie 36N40P oder 36N42P veröffentlicht. Jeder der acht Hochschub-Drohnenmotoren der Navigator-Reihe hier ist ein Außenläufer mit hoher Polzahl und großem Stator, von 120.5 mm in der MN11-Serie bis 150 mm in der MN13-Serie. Der KV-Wert spiegelt die Wicklung und das elektromagnetische Design des Hochschub-Drohnenmotors; Polzahl und Statorabmessungen liefern zusätzlichen Kontext, bestimmen den KV-Wert aber nicht unabhängig. Entlang dieser Linie teilen sich die beiden Serien: Die MN11-Gruppe kombiniert einen 120.5 mm Stator mit 12S oder 24S, und die MN13-Gruppe kombiniert einen 150 mm Stator mit 14S oder 24S. UAV-Motoren: KV, Schub und Masse passend zum Fluggerät arbeitet dieselbe Beziehung über die weiteren U-, Navigator-, P- und AT-Baureihen durch, für alle, die den allgemeinen Fall vor dem speziellen brauchen.

Wie die Nutzlastklasse eines Hochschub-Drohnenmotors festgelegt wird

Die Nutzlastklasse eines Fluggeräts ist keine Eigenschaft des Hochschub-Drohnenmotors, und die Zahl, die der Hersteller neben einem Hochschub-Drohnenmotor veröffentlicht, ist ebenfalls keine Nutzlastangabe. T-Motor nennt für jeden Hochschub-Drohnenmotor der Navigator-Reihe ein maximales Abfluggewicht des Fluggeräts, und diese Zahl beschreibt das schwerste Fluggerät, das der Hochschub-Drohnenmotor antreiben soll, nicht die Last, die ein solches Fluggerät tragen kann. Von der einen zur anderen Größe eines Hochschub-Drohnenmotors führt eine Subtraktion, und das Ergebnis hängt davon ab, wie das Fluggerät gebaut ist.

Nutzlastklasse und Rotorzahl

Die Auslegung eines Hochschub-Drohnenmotors beginnt beim Abfluggewicht und zieht alles ab, was keine Nutzlast ist: die Zelle, den Akkupack, die Avionik, die Nutzlastaufnahme und die Hochschub-Drohnenmotoren selbst. Was bei einem Hochschub-Drohnenmotor bleibt, ist die für die Missionsausrüstung verfügbare Masse, und bei einem Schwerlast-Fluggerät hängt dieser Rest von der Masse von Zelle, Batterie, Antriebssystem, Avionik und Nutzlastaufnahme innerhalb des zulässigen Abfluggewichts ab. Die angegebenen maximalen Abfluggewichte über die acht Hochschub-Drohnenmotoren liegen bei 60 kg beim MN1115 KV130, 70 kg beim T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor, 80 kg beim T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor, 90 kg beim T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor, 100 kg sowohl beim T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor als auch beim T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor, 120 kg beim T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor und 140 kg beim MN1330 KV40. Die beiden U-Serien-Datensätze, der U11 II KV120 und der T-Motor U13 II KV65 UAV Motor, veröffentlichen kein maximales Abfluggewicht des Fluggeräts, weshalb ihnen hier keine Klasse zugewiesen wird.

Die Rotoranzahl eines Hochschub-Drohnenmotors teilt diese Masse dann auf. Ein Fluggerät gleichen Abfluggewichts auf sechs Armen verlangt jedem Motor mehr ab als dasselbe Fluggerät auf acht, und der Unterschied ist nicht nur arithmetisch: je weniger Rotoren, desto stärker hängt das Fluggerät von jedem einzelnen ab und desto größer ist der Anteil des Regelbudgets, der für Lageregelung und Störungen reserviert werden muss. Ein Antriebsbudget eines Hochschub-Drohnenmotors, das die gesamte dokumentierte Schubzahl im Reiseflug verbraucht, lässt für diese Reserve nichts übrig, weshalb der bei Schwebeflug genutzte Anteil des Maximalschubs eine Auslegungsgröße und nicht ein Ergebnis ist.

Schubreserve bei Teilgas

Ein Hochschub-Drohnenmotor an einem Schwerlast-Fluggerät verbringt den größten Teil seines Flugs bei Teillast, und im Teillastbereich liegt die Reserve. Die Testdaten des Herstellers zeigen beim Hochschub-Drohnenmotor, wie viel der Schubzahl bei mäßiger Drossel entsteht: beim MN1330 KV40 mit einem 52 x 20 in Propeller verzeichnet die Prüfstandstabelle 14117 g bei 40 percent throttle gegenüber 75415 g bei 100 percent, sodass die obere Hälfte des Drosselwegs den Großteil des gebotenen Schubs trägt. Das in einen Betriebspunkt für einen Hochschub-Drohnenmotor zu übersetzen bedeutet, die Drossel zu wählen, bei der das Fluggerät mit voller Last schwebt, und zu prüfen, wie viel Weg darüber noch bleibt.

Der zweite Teil der Reserve ist die Lücke zwischen dem Schub, den ein Hochschub-Drohnenmotor dokumentiert, und dem Schub, den der Hochschub-Drohnenmotor halten kann. Die Navigator-Seiten veröffentlichen für einen Hochschub-Drohnenmotor zwei Werte pro Arm nebeneinander, einen Maximal- und einen Nennwert, und die Lücke dazwischen ist groß: der MN1123 KV53 dokumentiert 47.5 kg maximal gegenüber 20-22 kg Nennschub pro Arm, der MN1325 KV47 68.0 kg gegenüber 30-32 kg und der MN1330 KV40 75.4 kg gegenüber 35-38 kg. Diese Lücke eines Hochschub-Drohnenmotors ist der Unterschied zwischen dem, was er auf einem Prüfstand für einen kurzen Stoß bei Volllast liefern kann, und dem, was der Hochschub-Drohnenmotor als Arbeitslast halten soll, und ein Hochschub-Drohnenmotor wird nach der zweiten Größe ausgelegt, während die erste als die Obergrenze dient, die ihm nicht abverlangt werden darf.

Effizienz bei Teilgas und Vollgas

Der Wirkungsgrad ist die einzige Größe in der Auslegungskette eines Hochschub-Drohnenmotors, die die Datensätze indirekt beschreiben, und der Grund ist, dass der Schub pro Watt eine Eigenschaft von Motor und Propeller zusammen ist und nicht des Hochschub-Drohnenmotors allein. Die Prüfstandstabellen des Herstellers erfassen ihn beim Hochschub-Drohnenmotor als Verhältnis, in Gramm Schub pro Watt, und das Verhältnis bewegt sich bei jedem hier untersuchten Hochschub-Drohnenmotor mit der Drossel. Beim Hochschub-Drohnenmotor MN1330 KV40 mit einem 52 x 20 in Propeller führt die Prüfstandstabelle 10.61 g/W bei 40 percent throttle und 4.64 g/W bei 100 percent, und dieselbe Form zeigt sich beim U11 II KV120 mit einem 28 x 9.2 in Propeller, bei 11.72 g/W gegenüber 5.08 g/W. Der Schub eines Hochschub-Drohnenmotors steigt über diesen Bereich, der Schub pro Watt nicht, und das ist die Arithmetik hinter der oben erörterten Teillastreserve.

Innenwiderstand und Wicklungsverlust

Der Kupferverlust der Wicklung eines Hochschub-Drohnenmotors folgt einer I²R-Beziehung, sodass der Widerstand festlegt, wie viel der Eingangsleistung eines Hochschub-Drohnenmotors an einem gegebenen Betriebspunkt zu Wärme wird; seine Abschätzung aus veröffentlichten Daten erfordert jedoch zueinander passende Widerstands- und Stromdefinitionen statt der Multiplikation der Phase-zu-Phase-Angabe mit einem beliebigen Stromwert. Über die zehn Datensätze eines Hochschub-Drohnenmotors spannen die veröffentlichten Werte ein weites Band, von 7.5 mΩ beim MN1315 KV100 bis 80±5 mΩ beim U11 II KV120, und die Reihenfolge des Bands folgt nicht der Schubreihenfolge: der MN1315 KV100 ist einer der schubstärkeren Datensätze hier und trägt zugleich den niedrigsten veröffentlichten Widerstand, während der MN1118 KV108 und der MN1115 KV130 bei 12S 13 mΩ und 16 mΩ dokumentieren und der MN1123 KV53 bei 24S 35 mΩ. Der Widerstand ist eine Wicklungseigenschaft eines Hochschub-Drohnenmotors und wird für die Wicklung angegeben, die die Seite beschreibt, weshalb er bei einem Hochschub-Drohnenmotor zusammen mit der Zellenzahl zu lesen ist und nicht für sich.

Leerlaufstrom und Leerlaufwiderstand

Die lastfreie Seite der Bilanz eines Hochschub-Drohnenmotors ist der Leerlaufstrom, veröffentlicht mit 1.5 A bei 18 V beim U11 II KV120, 1.7 A bei 18 V beim U13 II KV65 und zwischen 2.0 A und 5.7 A bei 20 V über die Navigator-Datensätze. Dieser Strom deckt den Verlust, den der Hochschub-Drohnenmotor beim Drehen ohne Last erzeugt: Lagerreibung, Luftreibung zwischen Rotor und Stator und der Eisenverlust eines Stators, der mit einer durch Polzahl und Drehzahl bestimmten Frequenz umgeschaltet wird. Bei einem Hochschub-Drohnenmotor mit großem Stator ist das ein kleiner Bruchteil des Arbeitsstroms, und sein Einfluss auf eine Auslegungsentscheidung liegt am unteren Ende des Drosselwegs, wo der nutzbare Schub eines Hochschub-Drohnenmotors am kleinsten und der auf Leerlaufverlust entfallende Anteil der Eingangsleistung am größten ist. Bei einem Hochschub-Drohnenmotor ist weder der Widerstand noch der Leerlaufstrom eine Größe, über die direkt entschieden wird; beide werden gelesen, um dem Verlust nachzugehen, was der folgende thermische Abschnitt dann auf einen Betriebspunkt anwendet.

Schub pro Rotor und was er an Motormasse kostet

Sind Nutzlastklasse und Rotoranzahl festgelegt, bleibt die Frage, wie viel Schub jeder Arm liefern muss und was der Hochschub-Drohnenmotor, der ihn liefert, wiegt. Beides sind bei einem Hochschub-Drohnenmotor getrennte Spezifikationen auf der Seite und eine einzige Entscheidung im Fluggerät, denn jedes Gramm, das der Hochschub-Drohnenmotor hinzufügt, ist Teil des Abfluggewichts, das das Fluggerät heben muss, und der Schub, den dieser Hochschub-Drohnenmotor erzeugt, ist Teil dessen, was es hebt.

Die kg-Angabe lesen

Die für einen Hochschub-Drohnenmotor veröffentlichte Schubzahl ist ein auf einem Prüfstand bei angegebener Spannung, angegebenem Propeller und angegebener Drossel dokumentiertes Maximum, und sie richtig zu lesen bedeutet, diese drei Bedingungen mitzulesen. Die zehn unten aufgeführten Hochschub-Drohnenmotoren sind auf Propellern von einer 28 x 9.2 in Einheit bis zu einer 52 x 20 in Einheit, an Bussen von 12S bis 22-25S angegeben, und die Zahlen reichen von 14.16 kg beim U11 II KV120 bis 75.4 kg beim MN1330 KV40. Keine davon ist bei einem Hochschub-Drohnenmotor ein Nennschub im Sinne eines Werts, den der Hochschub-Drohnenmotor unbegrenzt halten soll, und die Navigator-Seiten trennen beim Hochschub-Drohnenmotor die beiden Vorstellungen ausdrücklich, indem sie ein Maximum und einen Nennwert pro Arm nebeneinander veröffentlichen. Wo eine Auslegungsentscheidung für einen Hochschub-Drohnenmotor den Arbeitswert statt der Obergrenze braucht, ist der Nennwert pro Arm zu lesen, und wo die Seite keinen veröffentlicht, ist die Obergrenze die einzige veröffentlichte Zahl und muss als solche behandelt werden.

Motormasse pro kg dokumentierten Maximalschubs

Die dokumentierte Masse eines Hochschub-Drohnenmotors durch seinen dokumentierten Maximalschub zu teilen ergibt einen abgeleiteten Wert, der beschreibt, was der Schub gegenüber diesem Maximum an Masse kostet, und über die zehn Datensätze liegt er zwischen 30.0 g und 54.5 g pro kg dokumentierten Maximalschubs. Bei einem Hochschub-Drohnenmotor ist er keine standardisierte Effizienzkennzahl, weil Propeller, Busspannungen und Testbedingungen von Datensatz zu Datensatz abweichen. Die acht Hochschub-Drohnenmotoren der Navigator-Reihe liegen in einem schmalen Band von 30.0 g beim MN1123 KV53 bis 36.5 g beim MN1330 KV40, was über eine Schubspanne, die sich mehr als verdoppelt, eine Streuung von etwa einem Fünftel ist. Die beiden U-Serien-Hochschub-Drohnenmotoren liegen oben außerhalb dieses Bands, und der U11 II KV120 liegt am höchsten, bei 54.5 g pro kg dokumentierten Maximalschubs. Die aufgeführten Spezifikationen eines Hochschub-Drohnenmotors liefern keine Massenaufschlüsselung auf Bauteilebene, sodass der spezifische Beitrag von Struktur und Wicklung aus diesen Datensätzen allein nicht isoliert werden kann; der U11 II KV120 ist dennoch der leichteste Motor hier mit 772 g und dokumentiert den kleinsten Schub mit 14.16 kg. Für einen Hochschub-Drohnenmotor ist der Wert aus veröffentlichten Werten abgeleitet und selbst keine Herstellerspezifikation; er ist bei diesen Hochschub-Drohnenmotoren nützlich, um zu sehen, wie sich der Preis des Schubs über eine Baureihe ändert, und wird neben der Schubzahl gelesen und nicht an ihrer Stelle.

Maximales Abfluggewicht des Fluggeräts, Schub, Motormasse, Zellenzahl und Propeller nach Herstellerangabe, wie im ToBMS-Produktdatensatz geführt; die Motormasse ist einschließlich Kabel angegeben. Die Motormasse pro kg dokumentierten Maximalschubs ist hier aus der dokumentierten Masse und dem dokumentierten Maximalschub abgeleitet und keine Herstellerangabe; weil Testbedingungen und Propeller abweichen, ist sie weder als standardisierte Effizienzkennzahl noch als direktes Maß der Nutzlastfähigkeit im Flug zu lesen. Die Navigator-Seiten geben die Werte pro Arm als Max Thrust/Arm und Rated Thrust/Arm an; die beiden U-Serien-Seiten nennen eine einzige Maximalschubzahl und keinen Nennwert pro Arm, und die mit not published bezeichneten Zellen bleiben offen, statt aus einem vergleichbaren Modell gefüllt zu werden. Jede Hersteller-Prüfstandstabelle wird gegen den Propellerblock, die Drosselstufe und die Busspannung gelesen, die auf der Seite abgedruckt sind, aus der sie stammt, weil die Spaltenreihenfolge und die Wirkungsgradeinheit auf den U-Serien-Seiten nicht dieselben sind wie auf den Navigator-Seiten. Keine thermische oder Wirkungsgradangabe wird in dieser Tabelle über die Modelle hinweg verglichen: Propeller, Busspannung, Drosselwert und Laufdauer unterscheiden sich von Seite zu Seite, und der Hersteller erklärt, dass Prüfstandswerte als Referenz für diesen Motor und nicht als Grundlage für den Vergleich von Motortypen gedacht sind.

Propellerdurchmesser hinter jedem Schubwert

Der auf einen Hochschub-Drohnenmotor abgestimmte Propeller ist kein Zubehör zur Schubzahl; er ist Teil ihrer Definition. Der für einen Hochschub-Drohnenmotor dokumentierte Schub wird von dem Propeller erzeugt, mit dem er getestet wurde, und diesen Propeller zu wechseln verschiebt bei einem Hochschub-Drohnenmotor den Betriebspunkt von Motor und Propeller und kann sowohl Schub als auch Stromaufnahme verändern, weshalb die Datensätze hier mit den angehängten Testbedingungen gelesen werden. Wie weit der Propeller beim Hochschub-Drohnenmotor das Ergebnis bestimmt, ist hier sichtbar: die beiden Datensätze mit den nächstliegenden KV-Werten, der MN1130 KV45 bei 45 und der MN1325 KV47 bei 47, werden auf demselben NS47 x 18 in Propeller getestet und dokumentieren dennoch 57.3 kg gegenüber 68.1 kg, sodass der Unterschied beim Hochschub-Drohnenmotor im Stator und der Wicklung liegt und nicht im Propeller. Die Propellerwahl eines Hochschub-Drohnenmotors wird zuerst vom Fluggerät begrenzt und dann vom Motor, da der Scheibendurchmesser die Arme und den Rahmen freihalten muss, und außerdem von der Blattspitzengeschwindigkeit, da bei einem Hochschub-Drohnenmotor ein großer Propeller bei zu hohem KV die Geschwindigkeit überschreitet, ab der die Blattspitzen nicht mehr effizient sind. Bei einem Agrar-Fluggerät erscheint dieselbe Randbedingung als Frage des Sprühmusters, die BLDC-Motoren für Agrar-UAV: KV, Statorgröße und Drehmoment bei Teillast von der Lastprofilseite her aufgreift.

Thermische Reserve in einem Hochschub-Drohnenmotor

Die thermische Reserve in einem Hochschub-Drohnenmotor ist die Differenz zwischen der Wärme, die er an einem Betriebspunkt erzeugt, und der Wärme, die er abführen kann, ohne dass Wicklung oder Magnete eine Temperatur erreichen, bei der die veröffentlichten Werte nicht mehr gelten. Diese Reserve eines Hochschub-Drohnenmotors ist die Größe, die eine Schubzahl nicht beschreiben kann, weil derselbe Hochschub-Drohnenmotor, der denselben Schub an einem größeren Propeller, einer niedrigeren Zellenzahl oder einem längeren Steigflug halten soll, dafür eine andere Temperatur erreicht. Die hier untersuchten Datensätze eines Hochschub-Drohnenmotors beschreiben diese Grenze auf drei verschiedene Arten, und sie zusammen zu lesen macht aus einer Schubzahl einen Betriebspunkt.

Die 180 s-Leistungs- und Stromangabe

Die erste Beschreibung eines Hochschub-Drohnenmotors ist die Leistungs- und Stromangabe, und in jedem Datensatz hier wird sie über ein 180-s-Fenster angegeben und nicht als Dauerwert. Die Navigator-Datensätze veröffentlichen sie als maximale Leistung über 180 s zusammen mit einem Spitzenstrom: 2816 W und 180 A beim MN1115 KV130, 2230 W und 192 A beim MN1118 KV108, 2400 W und 108 A beim MN1123 KV53, 3218 W und 132 A beim MN1130 KV45, 3300 W und 248 A beim MN1315 KV100, 2900 W und 150 A beim MN1320 KV49, 3400 W und 170 A beim MN1325 KV47 und 3400 W und 177 A beim MN1330 KV40. Die beiden U-Serien-Datensätze geben dieselben zwei Größen im ToBMS-Datensatz umgekehrt an, mit der 180-s-Leistung auf der Zeile der maximalen Leistung und dem 180-s-Strom auf der Zeile des Spitzenstroms: 2783 W und 57.3 A beim U11 II KV120 und 6720 W und 68 A beim U13 II KV65. Das Fenster ist bei einem Hochschub-Drohnenmotor der maßgebliche Teil der Spezifikation. Eine 180-s-Angabe eines Hochschub-Drohnenmotors beschreibt einen Stoß, und ein Schwerlast-Fluggerät, das eine zehnminütige Mission fliegt, verbringt den größten Teil davon deutlich unter dieser Zahl und muss so ausgelegt werden, dass der Dauerstrom innerhalb der Dauerfähigkeit der Wicklung liegt und nicht an der Stoßzahl gemessen wird.

Kupferverlust, Kühlpfad und Montage

Die zweite Beschreibung eines Hochschub-Drohnenmotors ist der Verlust selbst. Der Kupferverlust ist ein wichtiger Beitrag zur Wärme, die ein Hochschub-Drohnenmotor im Flug erzeugt, und steigt bei einem Hochschub-Drohnenmotor unter einer konsistenten Widerstandsdefinition mit dem Quadrat des Stroms, während Eisen- und mechanische Verluste ebenfalls beitragen, mit einer vom Betriebspunkt abhängigen relativen Bedeutung; der Kupferanteil wird durch den für den Hochschub-Drohnenmotor veröffentlichten Phase-zu-Phase-Widerstand festgelegt: 7.5 mΩ beim MN1315 KV100, 13 mΩ beim MN1118 KV108, 16 mΩ beim MN1115 KV130, 17.5 mΩ beim MN1325 KV47, 19.5 mΩ beim MN1330 KV40, 20.5 mΩ beim MN1320 KV49, 35 mΩ beim MN1123 KV53, 38 mΩ beim MN1130 KV45, 73 mΩ beim U13 II KV65 und 80±5 mΩ beim U11 II KV120. Der Eisenverlust und die zuvor behandelte Leerlaufreibung eines Hochschub-Drohnenmotors fügen einen kleineren Betrag hinzu. Die vom Kupferverlust erzeugte Wärme muss den Hochschub-Drohnenmotor dann verlassen, und ihr Weg ist Teil der Spezifikation und kein nachträglicher Einfall: die Navigator-Seiten beschreiben eine einteilige Kühlrippenstruktur aus Druckguss um den Stator, geben an, dass sie die Wärmeabgabefläche gegenüber einer geteilten Kühlstruktur verdoppelt, und geben an, dass sie die Wicklungstemperatur um 5 ℃ bis 8 ℃ senkt. Die Materialien hinter diesem Weg eines Hochschub-Drohnenmotors sind ebenfalls veröffentlicht, mit einer 150 ℃ Beschichtung auf dem Stator, einem 220 ℃ Kupferdraht und auf 180 ℃ ausgelegten Magneten, mit einem IP45-Gehäuse und einem angegebenen Betriebsbereich von -30 ℃ bis 55 ℃. Die Montage eines Hochschub-Drohnenmotors ist aus demselben Grund wichtig, denn der Arm ist die Kühlfläche, in die der Hochschub-Drohnenmotor leitet, und ein Hochschub-Drohnenmotor, der auf eine Platte mit schlechtem Kontakt geschraubt ist, läuft heißer als derselbe Motor auf einer bearbeiteten Halterung gleicher Masse.

Wo die thermische Reserve endet

Die dritte Beschreibung eines Hochschub-Drohnenmotors ist die gemessene Oberflächentemperatur, und sie ist die Größe, die die ersten beiden konkret macht. Bei einem Hochschub-Drohnenmotor der Navigator-Datensätze nennt der Hersteller die Motoroberflächentemperatur nach 10 Minuten Betrieb bei 80 percent throttle bei einer Umgebung von 25 ℃, und über die Wicklungsblöcke reichen die auf diesen Seiten veröffentlichten Werte von 82 ℃ bis 122 ℃. Jeder Wert eines Hochschub-Drohnenmotors gehört zu dem auf derselben Seite abgedruckten Propeller, der Busspannung und der Zellenzahl, sodass das Band den Bereich beschreibt, den die Messungen einnehmen, und keine Reihenfolge, und der Hersteller vermerkt, dass Prüfstandswerte als Referenz für diesen Motor und nicht als Grundlage für den Vergleich von Motortypen gedacht sind. Die beiden U-Serien-Datensätze geben ihre Oberflächentemperatur noch einmal anders an, gemessen bei 100 percent throttle, wobei die Laufdauer je nach Propellerblock mit einer, zwei, fünf oder zehn Minuten angegeben ist und die Umgebung auf der U11 II-Seite 19 ℃ beträgt, wo diese Seite eine Minute nennt, weshalb in diesem Leitfaden keine Temperatur über Modelle hinweg verglichen wird.

Was die Oberflächentemperatur eines Hochschub-Drohnenmotors stützt, ist eine Reserveprüfung. Die dokumentierte Oberflächentemperatur eines Hochschub-Drohnenmotors bietet eine nützliche Referenz für die Bewertung des thermischen Verhaltens unter den angegebenen Testbedingungen, stellt aber die Wicklungs- oder Magnettemperatur nicht direkt fest. Die Bewertung der thermischen Reserve eines Hochschub-Drohnenmotors unter tatsächlichen Flugbedingungen erfordert die Berücksichtigung von innerem Temperaturanstieg, Umgebungsbedingungen, Kühlung, Montage und Lastprofil, gelesen gegen die Temperaturgrenzen, die der Hersteller für den Hochschub-Drohnenmotor nennt. Ein Außenläufer mit großem Stator in dieser Klasse hat genug thermische Masse, dass eine kurze Überlast die Temperatur nur langsam bewegt, weshalb eine Stoßangabe nützlich ist, und ebenso genug thermische Trägheit, dass eine anhaltende Überlast lange braucht, um sichtbar zu werden, und lange, um abzuklingen. Die Reserve in einem Hochschub-Drohnenmotor wird daher vom Lastprofil als Ganzem verbraucht und nicht von einem einzelnen Moment, und bei einem Agrar-Fluggerät, das wiederholte beladene Zyklen fliegt, ist der kumulative Effekt das, was die Rumpftemperatur widerspiegelt. Die Lastprofilseite dieser Frage wird in BLDC-Motoren für Industrie-UAV: Lastprofil, Redundanz und Nutzlast durchgearbeitet, und ihre Wirkungsgradseite, wo der Schub pro Watt mit steigender Drossel fällt, ist derselbe Mechanismus vom Eingang her gesehen.

T-Motor U11 II und U13 II in der Heavy-Lift-Klasse

Die beiden U-Serie-Hochschub-Drohnenmotoren sind die leichtesten dieser Gruppe und liegen am unteren Ende des Schubbereichs, was sie zum natürlichen Ausgangspunkt für ein Luftfahrzeug macht, dessen Abflugmasse nach dem Maßstab dieser Klasse bescheiden ist. Keine der beiden Seiten nennt für den Hochschub-Drohnenmotor ein maximales Abfluggewicht des Luftfahrzeugs, sodass die Klasse hier aus dem Schub und der Zellenzahl des jeweiligen Datensatzes und nicht aus einer angegebenen Zahl bestimmt wird.

U11 II KV120

Der T-Motor U11 II KV120 UAV Motor ist ein 772 g schwerer Außenläufer in einem 79.5 x 51.6 mm großen Gehäuse mit einer 15 mm starken Welle und einem 12N14P-Stator; er ist eine 12S-Ausführung mit einem aufgezeichneten maximalen Schub von 14.16 kg an einem 28 x 9.2 in großen Propeller bei 48 V. Seine Wicklung weist einen Phase-zu-Phase-Widerstand von 80±5 mΩ bei einem Leerlaufstrom von 1.5 A bei 18 V auf, und seine veröffentlichten 180 s-Werte betragen 2783 W und 57.3 A. Die Prüftabelle des Herstellers für diesen Hochschub-Drohnenmotor enthält drei Propellerblöcke mit 26 x 8.5 in, 27 x 8.8 in und 28 x 9.2 in, die bei Vollgas 12114 g, 12617 g und 14159 g verzeichnen, was eine nützliche Erinnerung daran ist, dass die Schlagzeile zu dem größten geprüften Propeller gehört und nicht zum Motor allein. Bei 12S und knapp unter 800 g eignet sich dieser Datensatz für ein Luftfahrzeug, bei dem die Nutzlast absolut betrachtet klein ist, die Rotorzahl aber so niedrig liegt, dass der Hochschub-Drohnenmotor noch immer einen ernstzunehmenden Schubwert pro Arm liefern muss.

U13 II KV65

Der T-Motor U13 II KV65 UAV Motor ist die Stufe darüber: 975 g in einem 100 x 60 mm großen Gehäuse mit einer 15 mm starken Welle und einem 36N42P-Stator, gewickelt für einen 22-25S-Bus, mit einem aufgezeichneten maximalen Schub von 28.7 kg an einem G32 x 11 in großen Propeller. Er verzeichnet 73 mΩ Widerstand bei einem Leerlaufstrom von 1.7 A bei 18 V, und seine 180 s-Werte betragen 6720 W und 68 A. Die höhere Zellenzahl ist es, was den Hochschub-Drohnenmotor vom U11 II unterscheidet, und nicht der Schubwert allein, denn ein 22-25S-Bus dreht einen größeren Propeller bei gegebenem Schub mit niedrigerem Strom, und der Hersteller beschreibt den Hochschub-Drohnenmotor als für schwere Lasten und industriellen Einsatz über eine verlängerte Nutzungsdauer vorgesehen. Die Prüftabelle enthält erneut mehr als einen Propellerblock, wobei eine G30 x 10.5 in-Einheit 24744 g und die G32 x 11 in-Einheit 28711 g bei Vollgas verzeichnen. Zwischen den beiden U-Serie-Datensätzen deckt das Paar eine Spanne von einem leichten industriellen Luftfahrzeug bis zum Einstiegspunkt der Navigator-Gruppe ab, und der Heavy-Lift Drone Motors: Three T-Motor Options from 2.85 kg to 101 kg Thrust ordnet beide in einen breiteren, nutzlastgeführten Vergleich ein, der auch die U5- und die U15-Serie umfasst.

T-Motor MN-Serie für Heavy Lift und Landwirtschaft

Die acht hier untersuchten Hochschub-Drohnenmotoren der T-Motor MN-Serie, also der T-Motor MN-Motoren, bilden zwei Familien, die sich im Statordurchmesser und nicht im Aufbau unterscheiden. Die MN11-Gruppe der Hochschub-Drohnenmotoren trägt einen 120.5 mm großen Stator, die MN13-Gruppe einen 150 mm großen Stator, und innerhalb jeder Familie skalieren die Hochschub-Drohnenmotoren über die Stacklänge, während sich die Wicklung mit der Zellenzahl ändert. Alle acht Hochschub-Drohnenmotoren sind Außenläufer mit großem Stator und externem elektronischem Drehzahlregler, und jede Seite nennt neben den Schub- und Wärmewerten ein maximales Abfluggewicht des Luftfahrzeugs, was diese Gruppe zu dem Teil der Produktpalette macht, in dem ein Hochschub-Drohnenmotor direkt aus veröffentlichten Werten einer Luftfahrzeugklasse zugeordnet werden kann.

MN1115, MN1118, MN1123 und MN1130

Die MN11-Hochschub-Drohnenmotoren teilen einen Statordurchmesser von 120.5 mm und wachsen über die vier Modelle in der Länge von 47.9 mm auf 65.9 mm, und der Schub steigt damit von 33.3 kg beim MN1115 KV130 auf 57.3 kg beim MN1130 KV45. Der T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor ist mit 1055 g, einem 36N40P-Stator und einem 12S-Bus der Einstiegspunkt und verzeichnet 33.3 kg an einem G36 x 11.5 in großen Propeller bei einem angegebenen maximalen Abfluggewicht des Luftfahrzeugs von 60 kg; seine 180 s-Werte betragen 2816 W und 180 A, und seine Wicklung verzeichnet 16 mΩ bei einem Leerlaufstrom von 2.7 A bei 20 V. Der T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor wiegt 1186 g am selben 12S-Bus mit einem 36N40P-Stator und verzeichnet 38.1 kg an einem VZ40 x 16.1 in großen Propeller bei angegebenen 70 kg, mit 2230 W und 192 A über 180 s aus einer 13 mΩ-Wicklung und einem Leerlaufstrom von 3.3 A bei 20 V. Beide Seiten enthalten zudem einen zweiten Wicklungsblock, mit 110 KV beim MN1115 und 90 KV beim MN1118, weshalb der KV-Wert mit dem Modell und nicht aus dem Seriennamen gelesen werden muss.

Der T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor wechselt bei 1425 g in einem 58.9 mm großen Gehäuse auf einen 24S-Bus und verzeichnet 47.5 kg an einem VZ42 x 16.5 in großen Propeller bei angegebenen 80 kg, mit 2400 W und 108 A über 180 s und einer 35 mΩ-Wicklung. Der T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor schließt die Familie bei 1740 g in einem 65.9 mm großen Gehäuse ab, mit 57.3 kg an einem NS47 x 18 in großen Propeller bei angegebenen 100 kg, 3218 W und 132 A über 180 s aus 38 mΩ, was den Datensatz in das Band der Schwerlast-Drohnenmotoren bei angegebenen 100 kg einordnet. Der Schritt von 12S auf 24S innerhalb einer Statorfamilie ist die klarste Veranschaulichung dessen, was die Zellenzahl hier bewirkt: Der MN1123 und der MN1130 erzeugen ihren Schub bei 108 A und 132 A, wo der MN1118 192 A benötigt, und unter vergleichbaren Betriebsbedingungen senkt eine höhere Busspannung den für eine gegebene elektrische Leistung benötigten Versorgungsstrom, wobei die Stromwerte über diese Modelle hinweg auch ihre unterschiedlichen Propeller, Wicklungen und Schubausgaben widerspiegeln und nicht allein die Busspannung; der höhere Widerstand der 24S-Wicklungen ist die andere Seite dieses Tauschs.

MN1315, MN1320, MN1325 und MN1330

Die MN13-Hochschub-Drohnenmotoren tragen einen 150 mm großen Stator und skalieren in der Länge von 51 mm auf 65 mm, und in dieser Familie erreichen die Hochschub-Drohnenmotoren ihre höchsten angegebenen maximalen Abfluggewichte. Der T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor ist in zweifacher Hinsicht der Ausreißer der Gruppe: Mit 14S hat er die niedrigste Zellenzahl der Familie, und mit 100 KV die höchste Wicklung, was zusammen 50.2 kg an einem VZ40 x 16.1 in großen Propeller bei angegebenen 90 kg mit einem Spitzenstrom von 248 A über 180 s ergibt. Seine 7.5 mΩ-Wicklung ist der über alle zehn Datensätze hinweg veröffentlichte niedrigste Widerstand, was die konstruktive Antwort auf das Führen dieses Stroms ist. Der T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor kehrt bei 2070 g zu 24S zurück und verzeichnet 59.0 kg an einem NS45 x 17.5 in großen Propeller bei angegebenen 100 kg, mit 2900 W und 150 A über 180 s und einer 20.5 mΩ-Wicklung.

Darüber verzeichnet der T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor aus 2425 g 68.1 kg an einem NS47 x 18 in großen Propeller bei angegebenen 120 kg, mit 3400 W und 170 A über 180 s, und der T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor schließt die Reihe bei 2750 g mit 75.4 kg an einem NS52 x 20 in großen Propeller bei angegebenen 140 kg ab, mit 3400 W und 177 A über 180 s aus einer 19.5 mΩ-Wicklung. Beide der zwei größten Datensätze nennen neben dem Maximum einen Nennwert pro Arm, bei 30-32 kg bzw. 35-38 kg, und das ist der Wert, gegen den ein Arbeitspunkt ausgelegt wird. Das herstellereigene T-Motor Navigator MN Series Heavy-Lift UAV Motors: Official Release Video behandelt die Serienaktualisierung, aus der diese Datensätze hervorgingen, und das landwirtschaftlich ausgerichtete Ende derselben Familie wird im BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque durchgearbeitet.

Auswahlliste für einen Hochschub-Drohnenmotor

Die folgende Reihenfolge ist die Ordnung, in der die Werte eines Hochschub-Drohnenmotors gelesen werden müssen, weil bei einem Hochschub-Drohnenmotor jeder Schritt den nächsten einschränkt und keiner davon aus einer Motorseite allein geklärt werden kann.

1. Zunächst ist die Abflugmasse einschließlich der Hochschub-Drohnenmotoren und des Akkus zu summieren und anschließend alles abzuziehen, was keine Missionsausrüstung ist. Der Rest ist die Nutzlast, die der Hochschub-Drohnenmotor tatsächlich tragen kann, und er hängt von der Masse von Luftfahrzeug, Akku, Antriebssystem, Avionik und Nutzlastaufnahme innerhalb der zulässigen Abflugmasse des Luftfahrzeugs ab.
2. Der vom Luftfahrzeug benötigte Schub ist auf die Rotoren zu verteilen, und eine Steuerungsreserve ist anzuwenden, bevor der Hochschub-Drohnenmotor gewählt wird, und nicht danach. Der aufgezeichnete maximale Schub pro Arm ist eine Obergrenze, und ein Budget eines Hochschub-Drohnenmotors, das ihn vollständig im stationären Flug verbraucht, lässt keine Reserve für Lageregelung, Störungen oder die vorgesehene Manöverhülle.
3. Die Zellenzahl ist aus der Akkuentscheidung festzulegen, und anschließend ist bei einem Hochschub-Drohnenmotor KV so zu wählen, dass der vom Luftfahrzeug zugelassene Propellerdurchmesser seinen Arbeitspunkt bei einem sinnvollen Gasgrad erreicht. KV ist eine Übereinstimmung zwischen Busspannung und Propeller und keine Leistungsrangfolge.
4. Der Schubwert ist gegen den daneben angegebenen Propeller, die Spannung und die Gasstufe zu lesen, und bei einem Hochschub-Drohnenmotor ist ein Nennwert pro Arm einem Maximum vorzuziehen, wo die Seite beides veröffentlicht.
5. Der Kupferverlust ist aus dem Wicklungswiderstand und dem erwarteten Arbeitsstrom erst dann abzuschätzen, wenn bestätigt ist, dass die beiden veröffentlichten Werte dieselbe Messkonvention teilen; anschließend ist bei einem Hochschub-Drohnenmotor die vom Hersteller unter seinen eigenen angegebenen Bedingungen aufgezeichnete Oberflächentemperatur neben den für die Wicklung und die Magnete angegebenen Temperaturgrenzen zu lesen.
6. Der Strom, den ein anhaltender Steigflug zieht, ist gegen den 180 s-Wert und nicht gegen die Burst-Zahl zu prüfen, und es ist zu bestätigen, dass der Hochschub-Drohnenmotor mit seinem Schwebestrom das Fenster für Regeltransienten frei lässt.
7. Die mechanische Schnittstelle eines Hochschub-Drohnenmotors ist zu bestätigen: Wellendurchmesser, Befestigungsmuster, Einbauraum, Kabellänge und Leiterquerschnitt müssen zum Arm passen, bevor irgendeiner der elektrischen Werte zählt.
8. Es ist festzuhalten, welche Werte aus dem Datenblatt des Herstellers stammen, welche aus dem ToBMS-Produktdatensatz und welche für den Vergleich abgeleitet wurden, damit eine spätere Überarbeitung eines Hochschub-Drohnenmotors gegen ihre Quelle geprüft werden kann.

Drei weitere Leitfäden erstrecken sich seitlich von diesem. Der UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe behandelt die gesamte Kategorie von der Luftfahrzeugseite aus und reicht bis zu den Navigator-, P- und AT-Reihen. Die Anwendung Long Endurance UAV führt dieselben Motoren in die Argumentation zu Effizienz, Masse und Busspannung, ausgearbeitet in BLDC Motors for Long Endurance UAV: Efficiency, Mass and Bus Voltage. Für das kleinere Ende der Familie, wo nicht der Schub pro Arm, sondern Ansprechverhalten und Akkulaufzeit dominieren, decken die Kategorie Drone Motors und die Anwendung Industrial UAV die Luftfahrzeuge ab, für die diese Motorklasse zu schwer ist.

Häufige Fragen