VTOL-Drohnenmotoren: Schub im Schwebeflug und Effizienz im Reiseflug ausbalancieren

Ein VTOL-Luftgerät verlangt von einem Motorsatz zwei entgegengesetzte Aufgaben: das Luftfahrzeug im Schwebeflug zu halten und danach Platz zu machen, während die Tragfläche es trägt. Die drei T-Motor-Einheiten der V-Serie, die derzeit in der Anwendung VTOL-Drohne zusammengefasst sind - V505 KV260, V602 KV180 und V605 KV210 -, sind alle Einheiten für die Hubphase, und an einem großen, langsam drehenden Propeller erzeugen sie zwischen 8741 g und 12761 g Schub aus einer Motormasse zwischen 215 g und 340 g. Aus diesen beiden Spalten wird eine engere Auswahl für die Hubphase gebildet, und es sind nicht die Spalten, die die Reiseflugphase entscheiden, denn das ist eine andere Aufgabe, die eine andere Motorklasse erfüllt. Herauszuarbeiten, welcher Wert zu welcher Phase gehört, ist der Kern der Auswahl von VTOL-Drohnenmotoren.

Kurze Antwort

Die Auswahl zerfällt in zwei Teile, weil der Flug in zwei Teile zerfällt. In der Hubphase wird von einem Motor bei niedriger Wellendrehzahl an einem großen Propeller höchster Schub verlangt, und diese Leistung wird nur verlangt, während das Luftfahrzeug steigt, sinkt oder die Höhe hält. In der Reiseflugphase wird von demselben Luftfahrzeug eine mäßige Leistung verlangt, die so lange gehalten wird, wie die Mission dauert. Die beiden Anforderungen ziehen einen Motor in entgegengesetzte Richtungen, weshalb eine engere Auswahl von VTOL-Drohnenmotoren normalerweise aus zwei engeren Auswahlen besteht, und die Hubphase ist diejenige, zu der diese drei Datensätze gehören.

Für die Hubphase entscheiden drei Werte über die Wahl, und sie entscheiden in einer festen Reihenfolge. An erster Stelle steht der Schub am größten Propeller, den das Luftgerät tragen kann, weil er festlegt, wie viel der Gesamtmasse die Hubeinheiten halten können. An zweiter Stelle steht die Motormasse, weil jedes Gramm Motor ein Gramm ist, das das Luftgerät entweder hebt oder von Nutzlast, Pack oder Struktur abzieht. An dritter Stelle steht der Spitzenstrom, weil er der Wert ist, den ESC und Pack während des Übergangs und in einer Böe überstehen müssen, und es ist nicht der Wert, den der Motor über den größten Teil des Flugs trägt.

In der hier derzeit geführten Gruppe trennen sich die drei Datensätze genau nach diesen Kriterien. Der V505 KV260 ist mit 215 g der leichteste und entwickelt bis zu 8741 g Schub; der V605 KV210 ist mit 340 g der schwerste und entwickelt bis zu 12761 g; der V602 KV180 liegt mit 300 g und 9749 g dazwischen, beim niedrigsten KV der Gruppe - der Wicklung, die zu einem sehr großen, langsam drehenden Propeller und einer Scheibenbelastung passt, die niedrig bleiben muss. Alle drei sind 24N28P-Einheiten mit einer 6 mm Welle, und alle drei sind für einen 12S-Bus angegeben.

Für eine engere Auswahl von VTOL-Drohnenmotoren folgen daraus zwei Konsequenzen. Die veröffentlichte Leistungsangabe über 180 Sekunden wird von allen drei Datensätzen geführt, sodass diese Spalte über die ganze Gruppe hinweg gelesen werden kann; dennoch ist die Schubspalte diejenige, die zur Hubaufgabe passt und nach der zuerst sortiert wird. Die zweite Konsequenz ist, dass die Reiseflugphase desselben Luftfahrzeugs von keinem dieser drei Datensätze berührt wird, und die Klasse, die sie abdeckt, ist Gegenstand des vierten Abschnitts weiter unten.

Warum VTOL ein Problem mit zwei Betriebsweisen ist

Ein Multikopter verbringt seinen gesamten Flug in einer Betriebsweise, und ein Festflügelmodell verbringt seinen gesamten Flug in einer anderen, sodass jedes gegen einen einzigen Betriebspunkt ausgelegt werden kann. Ein VTOL-Luftfahrzeug macht beides in einer Mission, und die beiden Betriebspunkte liegen nicht nahe beieinander. Die Hubphase will einen großen, langsam drehenden Propeller mit viel Drehmoment dahinter; die Reiseflugphase will einen kleineren, schneller drehenden Propeller über lange Zeit bei mäßigem Strom. Ein Motor, der für das eine optimiert ist, ist konstruktionsbedingt nicht für das andere optimiert.

Zwei Aufgaben, ein Motorsatz

Das Luftgerät kann den Konflikt auf eine von zwei Arten auflösen: Es kann zwei Motorsätze tragen, einen für den Hub und einen für den Reiseflug, oder es kann von einem Satz einen Kompromiss verlangen. Beide Anordnungen existieren, und beide finden sich in derselben Produktkategorie, weshalb die unter dieser Anwendung zusammengefassten Datensätze sowohl Einheiten der Hubklasse als auch, weiter unten in der Kategorie, Einheiten der Festflügelklasse umfassen. Als Spezifikationssatz gelesen ist der Konflikt in den Spalten sichtbar: Die Hub-Datensätze der T-Motor-V-Serie tragen hohe Polzahlen, große Gehäuse für ihre Masse und bei Vollgas veröffentlichte Schubwerte, während die Reiseflug-Datensätze der Festflügelklasse das entgegengesetzte Profil tragen.

Die Schwebeflugaufgabe: kurzzeitig gelieferter Schub

Schwebeflug und der vertikale Teil eines Übergangs sind die Momente, in denen die Hubmotoren das gesamte Gewicht des Luftfahrzeugs tragen, und zugleich die Momente, in denen die Luftströmung über dem Motor am schlechtesten ist - es gibt keine Vorwärtsgeschwindigkeit, die den Propeller speist, und der Motor sitzt oft unter dem Propeller statt in sauberer Luft. Die Folge ist, dass der Schub pro Einheit Motormasse der Wert ist, auf den es ankommt, und dass die Anforderung kurz ist. Ein Steigflug, der ein oder zwei Minuten dauert, ist thermisch etwas ganz anderes als ein Reiseflug, der eine Stunde dauert, und die Hub-Datensätze hier sind genau gegen dieses kurze Fenster angegeben und nicht gegen eine Dauerangabe.

Die Reiseflugaufgabe: Wirkungsgrad bei gleichbleibendem Strom

Sobald die Tragfläche das Luftfahrzeug trägt, muss der Propeller nur noch den Luftwiderstand überwinden, der ein kleiner Bruchteil der Leistung ist, die der Schwebeflug verlangte. Was sich ändert, ist nicht die Größe der Anforderung, sondern ihre Dauer: Der Reiseflugstrom läuft über die gesamte Mission, sodass ein Verlust, der im Reiseflug einen Bruchteil der Eingangsleistung kostet, diesen Bruchteil für den gesamten Flug kostet. Deshalb werden die beiden Phasen mit unterschiedlichen Spalten spezifiziert. Der Schub entscheidet die Hubphase, und der Wirkungsgrad bei mäßigem Strom entscheidet die Reiseflugphase, und ein einzelner Datensatz führt selten bei beidem.

Die Hubphase: Worauf ein Hubmotor optimiert ist

Die Datensätze der T-Motor-V-Serie in dieser Gruppe teilen ein Konstruktionsmuster, und es ist kein Zufall der Werkzeuge eines Herstellers. Alle drei sind 24N28P-Maschinen mit einer 6 mm Welle und einem angegebenen 12S-Bus, und das Muster folgt direkt aus dem, was die Aufgabe verlangt: niedrige Wellendrehzahl, hohes Drehmoment, ein großer Propeller und ein kurzer Stoß bei Vollgas.

Niedrigeres KV und der Propeller, der daraus folgt

KV wird in Umdrehungen pro Minute pro Volt angegeben, sodass ein niedriger KV-Wert bei einer gegebenen Busspannung eine niedrige Wellendrehzahl bedeutet. Ein großer Propeller lässt sich nicht schnell drehen, ohne dass seine Blattspitzen Überschall erreichen und sein Wirkungsgrad zusammenbricht, weshalb ein großer Propeller eine niedrige Wellendrehzahl braucht und eine niedrige Wellendrehzahl bei einer nutzbaren Spannung ein niedriges KV bedeutet. Die drei Datensätze hier reichen von 180 bis 260 KV, was nach den Maßstäben der weiteren Kategorie ein schmales Band ist: Die FPV-Einheiten in derselben Produktkategorie sind mit mehrfach höheren Werten angegeben. Das schmale Band ist die Signatur einer Gruppe, die durchweg für dieselbe Art von Propeller dimensioniert wurde.

Statorauslegung und das Drehmoment, das sie erkauft

Die Nuten- und Polzahl beschreibt den Wicklungs- und Magnetaufbau. Eine hohe Zahl - hier 24 Nuten und 28 Pole, gegen 12 Nuten und 14 Pole bei den Festflügel-Datensätzen derselben Kategorie - erzeugt bei niedriger Wellendrehzahl eine gleichmäßigere Drehmomentabgabe, weil der Magnetkreis pro Umdrehung mehr Positionen durchläuft. Gleichmäßiges Drehmoment bei niedriger Drehzahl ist es, was ein großer Propeller in einer Hubaufgabe braucht, und es ist der Grund, weshalb die Zahl in der gesamten Hubgruppe hoch ist und nicht nur bei der größten Einheit. Der Preis ist, dass die elektrische Kommutierungsfrequenz bei höherer Zahl mit der mechanischen Drehzahl steigt, sodass ESC-Timing und maximale elektrische Drehzahl gegen die Wicklung geprüft und nicht aus dem mechanischen Wert abgeleitet werden müssen.

Der Spitzenstrom ist ein Wert der Hubphase

Der veröffentlichte Spitzenstrom der drei Datensätze liegt zwischen 45 A und 70 A. Dieser Wert gehört zur Hubphase: Es ist der Strom, den der Motor an der Spitze seiner Schubkurve zieht, und dort liegen ein vertikaler Steigflug und ein Übergang. Er ist ein Dimensionierungswert für ESC und Pack und kein Wert, den der Motor halten soll, und ihn als Dauerangabe zu lesen ist der häufigste Weg, auf dem ein Antrieb der Hubphase unterdimensioniert endet. Die Aufgabe ist dadurch definiert, wie lange die Spitze dauert, und nicht dadurch, wie hoch sie ist.

Die Reiseflugphase ist eine andere Motorklasse

Die beiden Phasen einer VTOL-Mission sind unterschiedliche Auswahlprobleme, und die praktische Antwort war, aufzuhören, sie als eines zu behandeln. Die Hubphase wird von den obigen Datensätzen der Hubklasse bedient. Die Reiseflugphase wird von Motoren bedient, die für dauerhaften tragflächengetragenen Flug gebaut sind - auf dieser Plattform die Festflügelklasse -, und diese Einheiten sind unter einer eigenen Anwendung zusammengefasst und nicht unter dieser.

Die Festflügelklasse ist eine Aufgabe, keine Marke

Die Bezeichnung beschreibt den Betriebspunkt, für den ein Motor gewickelt und untergebracht ist, nicht das Unternehmen, das ihn verkauft. Ein Motor der Festflügelklasse ist auf einen dauerhaften Reiseflugstrom, eine vergleichsweise hohe Wellendrehzahl und einen kleineren, feineren Propeller ausgelegt; sein Gehäuse und seine Masse werden von der Dauerwärmelast bestimmt und nicht von einem Schubziel. Das ist eine andere Menge von Randbedingungen als bei der Hubgruppe, und deshalb liegen die beiden Klassen auf dieser Plattform in unterschiedlichen Anwendungsgruppen, obwohl mehrere von ihnen einen Hersteller teilen.

Warum die AT-Serie kein VTOL-Hubmotor ist

Die AT-Serie ist die Festflügelklasse in dieser Produktkategorie, und ihre Datensätze sind gegen eine Reiseflugaufgabe angegeben: 12N14P-Statoren bei den kleineren Mitgliedern, eine veröffentlichte Zellenzahl, die für einen dauerhaften Strom gewählt wurde, und Werte, die auf Wirkungsgrad bei mäßiger Last ausgewählt sind. Das sind keine VTOL-Hubmotoren. Ein Hubarm braucht Spitzenschub bei niedriger Wellendrehzahl an einem großen Propeller, und darauf sind die drei Datensätze der V-Serie ausgelegt; eine Wicklung, die für einen gleichbleibenden Reiseflugstrom dimensioniert ist, ist für die entgegengesetzte Anforderung dimensioniert. Die beiden Klassen auseinanderzuhalten ist es, was verhindert, dass eine engere Auswahl für die Hubphase aus Reiseflugwerten gebaut wird, und es ist auch der Grund, weshalb die Vergleichstabelle in diesem Artikel ausschließlich Datensätze der Hubklasse führt.

Wo die Spezifikation der Hubphase nicht mehr gilt

Sobald das Luftfahrzeug auf der Tragfläche liegt, sind die Werte, die über die Hubeinheiten entschieden haben, nicht mehr die Auswahlachse. Schub bei Vollgas, Schub pro Gramm und Spitzenstrom beschreiben eine Vertikalphase, die innerhalb von Minuten nach dem Abheben vorbei ist; für den Teil der Mission, der am längsten dauert, sind die maßgeblichen Werte der Strom, den die Wicklung bei gleichbleibender Drosselstellung trägt, der Widerstand, der einen Teil dieses Stroms in Wärme verwandelt, und die Masse des Packs, der zu ihrer Bereitstellung getragen werden muss. Eine engere Auswahl, die die beiden Wertesätze vermischt, vergleicht keine Alternativen, sondern zwei verschiedene Phasen eines Flugs. Die Reiseflugphase wird in BLDC-Motoren für Festflügelmodelle: KV, Propeller und Reiseflugleistung abstimmen auf ihren eigenen Maßstäben spezifiziert.

Die Hubphase dimensionieren: KV, Propellerdurchmesser und Polzahl

Für die Hubphase verläuft die Kette vom Propeller über das KV zur Zellenzahl, und jedes Glied schränkt das nächste ein. Die Datensätze der T-Motor-V-Serie gegen diese Kette zu lesen ist es, was aus einer Tabelle von Zahlen eine engere Auswahl macht.

KV gegen Propellerdurchmesser

Ein größerer Propeller ist ein längerer Hebel an der Welle: Bei einer gegebenen Wellendrehzahl braucht er mehr Drehmoment, und Drehmoment entsteht durch Strom. Ein großer, grober Propeller an einem kleinen Motor bedeutet also entweder eine niedrigere Wellendrehzahl oder einen höheren Strom, und meist beides. Deshalb tragen die Datensätze mit niedrigem KV hier auch die größeren Gehäuse im Verhältnis zu ihrer Masse, und deshalb ist das KV-Band über die Gruppe so schmal, wie es ist. Innerhalb der Gruppe erreicht der V505 KV260 mit 260 KV an einem gemeinsamen Bus eine höhere Wellendrehzahl als der V602 KV180 mit 180 KV - das Verhältnis der beiden Werte beträgt etwa 1.44 -, was den Datensatz mit dem niedrigeren KV zu dem macht, der zum größeren, langsameren Propeller passt.

24N28P und was die Polzahl ändert

Eine 24N28P-Wicklung ergibt 14 Polpaare, und die elektrische Frequenz, die der ESC kommutieren muss, ist diese Zahl multipliziert mit der mechanischen Drehzahl. Bei den niedrigen Wellendrehzahlen, mit denen diese Aufgabe läuft, bleibt das Produkt bescheiden, was mit dazu beiträgt, dass die Zahl hier tragbar ist; dieselbe Auslegung an einer Einheit, die mehrfach schneller dreht, würde die Kommutierungsfrequenz über das hinaus treiben, worauf ein ESC üblicherweise abgestimmt ist. Die praktische Lesart ist, dass die hohe Nuten- und Polzahl zum Ende der Kategorie mit niedrigem KV und großem Propeller gehört und kein allgemeines Upgrade ist, und die drei Hub-Datensätze sind damit stimmig.

Zellenzahl und die Spannung, die an der Wicklung anliegt

Die Zellenzahl legt die Spannung fest, mit der die Wicklung arbeitet, und zusammen mit dem KV legt sie die Leerlaufdrehzahl fest. Alle drei Datensätze hier sind für einen 12S-Bus angegeben, also für die Anordnung, die den Strom bei gegebener Wellenleistung niedrig hält: Bei konstanter Leistung senkt eine höhere Busspannung den Strom, den die Wicklung tragen muss, was den Kupferverlust und den Strom senkt, den der ESC liefern muss. Eine 12S-Hubphase und eine 12S-Reiseflugphase sind daher dieselbe elektrische Entscheidung, die aus zwei verschiedenen Richtungen erreicht wird, die eine für Schub bei niedriger Drehzahl und die andere für Wirkungsgrad bei gleichbleibender Last.

Schub pro Gramm und thermische Masse über wiederholte Vertikalzyklen

Die Hubphase eines Satzes von VTOL-Drohnenmotoren ist um zwei Größen herum spezifiziert, die leicht zu verwechseln sind: den Spitzenschub, den ein Datensatz entwickeln kann, und die Arbeit, die er wiederholt leisten kann, ohne dass seine Wicklung ihre Isolierklasse überschreitet. Die erste wird direkt veröffentlicht. Die zweite muss aus Masse, Widerstand und Aufgabenfenster herausgelesen werden.

Schub pro Gramm über die drei Datensätze

Wird der veröffentlichte maximale Schub durch die veröffentlichte Motormasse geteilt, ergibt das einen einzelnen Wert, der die drei Datensätze nach den Maßstäben vergleicht, auf die es in der Hubphase wirklich ankommt, und es ist ein Rechenergebnis und keine veröffentlichte Spalte. Der V505 KV260 liefert 8741 g Schub aus 215 g, also etwa 40.7 g pro Gramm Motor; der V605 KV210 liefert 12761 g aus 340 g, also etwa 37.5; der V602 KV180 liefert 9749 g aus 300 g, also etwa 32.5. Die Streuung ist nicht groß, und die Reihenfolge ist nicht dieselbe wie die Reihenfolge nach dem Gesamtschub - der leichteste Datensatz führt beim Schub pro Gramm, während der schwerste beim absoluten Schub führt, und das ist der Kompromiss zwischen mehr zu heben und es wirtschaftlicher zu heben.

Kupferverlust als thermische Masse

Der Innenwiderstand ist es, der Strom in Wärme verwandelt, und in der Hubphase ist der Strom für die Minuten hoch, in denen der Motor arbeitet. Die drei Datensätze tragen 58 mΩ, 88 mΩ und 48 mΩ, und der Wert bewegt sich mit der Wicklung und nicht mit der Masse: Der V602 KV180 ist mit 300 g der schwerste und trägt mit 88 mΩ den höchsten Widerstand, während der V605 KV210 mit 340 g noch schwerer ist und mit 48 mΩ den niedrigsten trägt. Was eine Hubaufgabe wirklich braucht, ist genug thermische Masse, um den Stoß aufzunehmen, was eine Funktion von Stator und Gehäuse ist und nicht des Widerstands allein; ein niedriger Widerstand verhindert, dass der Verlust überhaupt entsteht, und der Körper verhindert, dass das Entstandene zu schnell die Isolierung erreicht.

Wiederholte Vertikalzyklen und das 180-s-Fenster

Die veröffentlichten Leistungswerte dieser Datensätze sind 180-Sekunden-Werte, und die Hubphase ist die eine Aufgabe, bei der dieses Fenster wirklich repräsentativ ist, weil ein vertikaler Steigflug bequem darin liegt. Was das Fenster nicht beschreibt, ist eine Folge von Steigflügen mit nur kurzen Intervallen dazwischen, wie sie die Form einer Vermessungs- oder Liefermission ist, die von einer Reihe von Schwebepunkten aus geflogen wird. Jeder Steigflug liegt für sich innerhalb des Fensters, und die Anhäufung über einen Einsatz hinweg ist es, was die Wicklungstemperatur nachvollzieht - und das ist ebenso eine Frage der Montage und der Luftströmung wie des Motors.

VTOL-Drohnenmotoren: Vergleichsmatrix der Spezifikationen

Die drei Datensätze, die derzeit in der Anwendung VTOL-Drohne zusammengefasst sind, sind unten als ein Spezifikationssatz zusammengestellt, nach veröffentlichtem Schub geordnet, sodass der Schritt von der leichtesten Einheit zur größten in der Spalte selbst sichtbar wird. Jeder Wert ist die Angabe, die der Hersteller für dieses Modell veröffentlicht; keine Zelle ist geschätzt, und kein Datensatz trägt einen Wert, den der Datensatz nicht führt.

Modell, Statorauslegung, Innenwiderstand, maximaler Schub, maximale Leistung über 180 Sekunden, Gewicht und Abmessungen sind die Werte, die der Hersteller für jeden Datensatz veröffentlicht, nach maximalem Schub geordnet. Die Abmessungen sind als Außendurchmesser mal Gehäuselänge angegeben und schließen den Überstand von Welle, Kabel und Steckverbinder aus. Die Werte sind so wiedergegeben, wie der Hersteller sie veröffentlicht, statt mit einer Schätzung gefüllt zu werden, und die maximale Leistungsangabe über 180 Sekunden ist ein thermisches Fenster und keine Dauerangabe; sie wird für alle drei Datensätze hier veröffentlicht. Alle drei Einheiten sind für einen 12S-LiPo-Bus angegeben, und die maximalen Schubwerte sind bei Vollgas an dem Propeller veröffentlicht, den der Hersteller für jedes Modell angibt.

Die erste Lesart ist, dass die Masse dem Schub nicht in der Reihenfolge folgt, die eine engere Auswahl vielleicht annimmt. Der V602 KV180 ist mit 300 g der mittlere Datensatz und liefert mit 9749 g den niedrigsten Schub der drei, während der V505 KV260 mit 215 g der leichteste ist und 8741 g liefert - eine Lücke von etwas über 10 Prozent beim Schub für einen Massenaufschlag von 85 g. Der V605 KV210 ist der Datensatz, der 12761 g überschreitet, und das aus 340 g, also 40 g mehr als der V602 für einen Schubwert, der fast ein Drittel höher liegt.

Die zweite Lesart ist, dass die beiden größeren Datensätze einen Gehäusedurchmesser teilen. Der V602 KV180 und der V605 KV210 sind beide Ø68.8 mm breit und unterscheiden sich um 3 mm Gehäuselänge - 36.9 mm gegen 39.9 mm. Innerhalb dieser 3 mm und der begleitenden 40 g fällt der Widerstand von 88 mΩ auf 48 mΩ, und der Schub steigt von 9749 g auf 12761 g, was ein längerer Stator und ein längerer Magnetkreis bei gleichem Durchmesser erkaufen. Der V505 KV260 ist der Ausreißer beim Gehäuse und nicht bei der Aufgabe: Mit Ø55.6 mm ist er ein deutlich kleinerer Körper, und seine 58 mΩ liegen zwischen den anderen beiden.

Die drei V-Motoren nach Aufgabe lesen

Die Tabelle sortiert nach Schub, was die richtige Reihenfolge für eine engere Auswahl und die falsche dafür ist, zu verstehen, was die Gruppe enthält. Nach der Aufgabe gelesen, um die jeder Datensatz herum gebaut ist, fallen die drei Hubmotoren für VTOL-Drohnen, die derzeit in der Anwendung VTOL-Drohne zusammengefasst sind, in drei klar getrennte Rollen.

V505 KV260: die leichteste Hubeinheit

Der V505 KV260 ist der kleinste und leichteste Datensatz hier: 215 g in einem Gehäuse von Ø55.6 × 38.9 mm, 260 KV an einem 12S-Bus und 52 A veröffentlichter Spitzenstrom. Seine 8741 g Schub aus 215 g sind mit etwa 40.7 der höchste Schub pro Gramm in der Gruppe, und das ist der Wert, auf den es bei einem Luftgerät ankommt, dessen Hubeinheiten gegen ein Nutzlastbudget dimensioniert werden. Der kleinere Körper ist der Kompromiss: weniger Stator und weniger thermische Masse als die anderen beiden Datensätze, was zu einem leichteren Luftgerät mit kürzeren Vertikalphasen passt.

V602 KV180: die Wahl mit niedrigem KV für lange Flugdauer

Der V602 KV180 trägt mit 180 das niedrigste KV der Gruppe, die größte veröffentlichte Gehäuselänge der drei mit 36.9 mm bei einem Durchmesser von Ø68.8 mm und 300 g Masse. Seine 9749 g Schub sind der niedrigste absolute Wert hier, und seine 88 mΩ sind der höchste Widerstand, was ihn zusammen als den Datensatz kennzeichnet, der für einen großen, langsam drehenden Propeller gewickelt ist und nicht für den höchsten Schub aus einer gegebenen Masse. Das ist das Profil, das ein Luftgerät mit langer Flugdauer von seiner Hubphase verlangt: die niedrigste erreichbare Scheibenbelastung, auf Kosten eines Teils des Schubs pro Gramm.

V605 KV210: der höchste Schub der Gruppe

Der V605 KV210 ist mit 12761 g der Datensatz mit dem höchsten Schub hier, aus 340 g in einem Gehäuse von Ø68.8 × 39.9 mm, bei 210 KV und einer veröffentlichten Leistung von 3200 W innerhalb des 180-Sekunden-Fensters. Seine 48 mΩ sind der niedrigste Widerstand der Gruppe und seine 70 A der höchste veröffentlichte Spitzenstrom, und das ist die Paarung, die eine schwere Hubphase zeigt: Die Wicklung ist darauf dimensioniert, den Strom zu tragen, den die Schubleistung verlangt, und der längere Körper bei gleichem Durchmesser macht das möglich. Seine veröffentlichte Leistungsangabe über 180 Sekunden ist die höchste der drei, und er trägt eine veröffentlichte Kabellänge von 600 mm.

VTOL-Drohnenmotoren auswählen: eine Dimensionierungsfolge

Die Reihenfolge unten ist die Reihenfolge, in der die veröffentlichten Werte zu Entscheidungen werden, weil jeder Schritt Kandidaten entfernt, die ein späterer Schritt nicht zurückholen kann. Sie ist für eine engere Auswahl für die Hubphase geschrieben, die aus den drei Datensätzen gezogen wird, die derzeit in der Anwendung VTOL-Drohne zusammengefasst sind, und die Folge selbst hängt nicht davon ab, welche Datensätze in der Gruppe sind. Eine engere Auswahl von VTOL-Drohnenmotoren beginnt bei der Hubphase und bleibt dort, bis die Vertikalphase auf ihren eigenen Maßstäben dimensioniert ist.

Zuerst Gesamtmasse und Schub-Gewichts-Verhältnis festlegen

Die Gesamtmasse legt den Gesamtschub fest, den die Hubeinheiten mit Reserve erzeugen müssen, und die Anzahl der Hubarme legt den Schub fest, den jeder einzelne tragen muss. Sind diese beiden festgelegt, wird die engere Auswahl durch die Schubspalte begrenzt: Der V505 KV260 mit 8741 g und der V602 KV180 mit 9749 g dienen den leichteren Anordnungen, und der V605 KV210 mit 12761 g ist der Datensatz, der die schwereren überschreitet. Der Schub pro Arm und nicht der Gesamtschub ist der Wert, gegen den zu vergleichen ist, weil er der Wert ist, den die Armstruktur und die Propellerfreiheit aufnehmen müssen.

Das KV auf den Bus und dann auf den Propeller abstimmen

Ist der Propellerdurchmesser durch das Luftgerät begrenzt, ist die erforderliche Wellendrehzahl bekannt, und das KV multipliziert mit der Busspannung ist es, was sie liefert. Der Bus ist selbst eine Entscheidung, weil er die Packmasse und die ESC-Belastbarkeit festlegt: Alle drei Datensätze hier sind für 12S angegeben, sodass die Wahl innerhalb dieser Gruppe keine der Spannung, sondern des KV bei festem Bus ist - 180, 210 und 260. Ein niedrigeres KV dreht bei gleicher Spannung einen größeren Propeller, und der niedrigste Wert der Gruppe gehört zu dem Datensatz mit dem höchsten Widerstand und dem niedrigsten Schub pro Gramm.

Die Wicklung gegen den Schwebestrom auslegen

Der Strom, den die Hubphase im Schwebeflug zieht, ist der Strom, den die Wicklung über den längsten zusammenhängenden Abschnitt der Vertikalphase trägt, und er ist der Wert, gegen den die Widerstandsspalte gelesen werden muss; der Spitzenstrom bei Vollgas ist kurz und wird eher von ESC und Pack als von der Wicklung begrenzt. Dies ist der Schritt, an dem die Widerstandsspalte eine knappe Entscheidung herbeiführt: Der V602 KV180 und der V605 KV210 teilen einen Durchmesser von Ø68.8 mm, und die 88 mΩ gegen 48 mΩ sind der Unterschied, den wiederholte Vertikalzyklen bemerken werden.

Die Reiseflugphase separat prüfen

Die engere Auswahl für die Hubphase überträgt sich nicht auf die Reiseflugphase, und sie so zu behandeln, als täte sie es, ist der Fehler, den diese Folge verhindern soll. Wenn das Luftfahrzeug mit einem getrennten Schubmotor reist, muss diese Einheit auf einen dauerhaften Strom und einen kleinen, schnellen Propeller ausgelegt werden, was die oben beschriebene Festflügelklasse ist und nicht einer der drei Datensätze in dieser Tabelle. Wenn das Luftgerät stattdessen seine Hubeinheiten nach vorn neigt und mit ihnen reist, wird vom KV-Band, das zum Schweben passt, verlangt, auch einen schnellen Vorwärtsflug zu bedienen, und der Kompromiss zeigt sich als ein Propeller, der für den Reiseflug zu grob ist, oder als eine Wellendrehzahl, die für die Tragfläche zu niedrig ist.

Die drei Schritte, auf diese Gruppe angewandt, ergeben eine engere Auswahl statt einer Antwort:

1. Leichte Luftgeräte mit mäßiger Nutzlast und kurzen Vertikalphasen. Der V505 KV260 trägt mit 215 g den höchsten Schub pro Gramm in der Gruppe und ist der Datensatz, von dem auszugehen ist, wo die Masse die bindende Randbedingung ist.
2. Luftgeräte mit langer Flugdauer, die die niedrigste erreichbare Scheibenbelastung wollen. Der V602 KV180 mit 180 KV dreht am selben 12S-Bus den größten und langsamsten Propeller der drei, auf Kosten des niedrigsten Schubs und des höchsten Widerstands der Gruppe.
3. Schwere Hubanordnungen, die den meisten Schub aus einem Arm brauchen. Der V605 KV210 ist der Datensatz hier über 12761 g und derjenige mit der höchsten veröffentlichten Leistungsangabe über 180 Sekunden und einer veröffentlichten Kabellänge zum Arbeiten.

Häufig gestellte Fragen

Offizielle Quellen

T-Motor veröffentlicht für jede Einheit eine offizielle Produktseite mit ihrem Spezifikationsblatt und ihren Propellertestdaten, und diese Seiten bleiben die maßgebliche Quelle für jeden hier genannten Wert - beispielsweise die Produktseite des V505 KV260, die Produktseite des V602 KV180 und die Produktseite des V605 KV210. Die Widerstands-, Schub-, Leistungs-, Masse- und Gehäusewerte in der Tabelle oben sind die Werte, die diese Seiten veröffentlichen, und ein Aufgabenfenster, eine thermische Annahme oder eine Propellerempfehlung, von der ein Aufbau abhängt, ist eine Frage an den Hersteller und kein Wert, der sich aus dem Spezifikationsblatt ableiten lässt.

Wie es weitergeht

Ist das Ziel eine engere Auswahl statt einer Recherche, erledigen drei Werkzeuge der Plattform die Arbeit nacheinander. Die vollständige Rubrik Drohnenmotoren zeigt die drei Hub-Datensätze hier neben den Festflügel- und FPV-Modellen derselben Kategorie, mit Auswahl lässt sich nach Schub, Masse und Zellenzahl eingrenzen, und danach werden Kandidaten in Produktvergleich gegeneinander gestellt. Die Anwendungsseite VTOL-Drohne führt dieselben drei Datensätze mit ihren Filterattributen.

Zwei weitere Artikel behandeln die Teile dieses Themas, die eine Auswahl für die Hubphase nicht klärt. BLDC-Motoren für Festflügelmodelle: KV, Propeller und Reiseflugleistung abstimmen legt die Kette der Reiseflugphase vollständig dar, vom Propellerdurchmesser über die Strahlgeschwindigkeit bis zur Zellenzahl, die die Antwort entscheidet, und es ist die Klasse, auf die im vierten Abschnitt oben verwiesen wird. Drohnenmotoren: Auswahl für FPV, Starrflügel und VTOL stellt die Hub-, Festflügel- und FPV-Klassen in derselben Produktkategorie nebeneinander.

Die Kurzfassung für VTOL-Drohnenmotoren: zuerst die Gesamtmasse und den Schub festlegen, den jeder Arm tragen muss, weil das die engere Auswahl für die Hubphase vor allem anderen begrenzt; an zweiter Stelle das KV auf den 12S-Bus und dann auf den Propellerdurchmesser abstimmen, weil ein niedriges KV erst dann einen großen Propeller bedeutet, wenn eine Spannung daran anliegt; und an dritter Stelle die Wicklung gegen den Schwebestrom und nicht gegen die Spitze auslegen, weil die Spitze ein Stoß ist, den ESC und Pack überstehen müssen, und keine Belastung, die der Motor hält. Auf diese Gruppe angewandt trennt die Folge den 215-g-Datensatz von den beiden Datensätzen mit Ø68.8 mm, bevor ein einzelnes Modell gegen ein anderes abgewogen wird, und sie überlässt die Reiseflugphase ihrer eigenen Spezifikation.