Dimensionner un moteur de drone à forte poussée : charge utile, rendement et marge thermique

Un moteur de drone à forte poussée n’est pas la plus grosse unité d’une fiche technique ; c’est celui qui fournit encore sa poussée au point de fonctionnement qu’un aéronef vole réellement. Dimensionner un tel moteur part de la masse que l’aéronef doit soulever, répartit cette masse entre les rotors, puis vérifie s’il peut tenir sa part de charge sans épuiser la marge thermique. La classe de charge utile, la poussée par rotor et la marge thermique sont les trois grandeurs qui décident de la réponse, et sur un aéronef de levage lourd ce sont aussi les grandeurs qui fixent quelle masse de moteur de drone à forte poussée doit être embarquée pour remplir la mission.

Ce guide passe en revue dix des fiches actuellement répertoriées dans la catégorie Moteurs UAV de ToBMS, toutes des unités T-Motor que les fiches ToBMS classent sous Drone de levage lourd et UAV agricole, et expose quelle spécification tranche le choix à chaque étape. Chaque chiffre ci-dessous provient de la fiche produit ToBMS ou de la spécification publiée par le fabricant ; les rapports dérivés de ces chiffres sont signalés comme dérivés, et lorsqu’une valeur n’est pas publiée elle est marquée comme non publiée plutôt que déduite d’un modèle similaire.

Réponse rapide

La classe de charge utile vient en premier, et c’est une donnée d’aéronef et non une donnée de moteur. Les huit fiches Navigator examinées ici indiquent une masse maximale au décollage de l’aéronef directement sur la page du fabricant, de 60 kg sur le T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor à 140 kg sur le T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor. Ce nombre est la masse totale de l’aéronef, non la charge utile suspendue sous lui ; la charge utile est ce qui reste après soustraction de la cellule, du pack, de l’avionique et des moteurs, ce qui explique pourquoi le choix du moteur découle d’un budget de masse plutôt que d’une valeur de charge utile prise seule, et pourquoi un moteur de drone à forte poussée se choisit toujours en fonction de la cellule et non de la charge seule.

La poussée qu’un moteur de drone à forte poussée doit fournir se fixe ensuite en répartissant entre les bras la poussée dont l’aéronef a besoin. La pratique du multirotor prévoit un multiple de la masse totale pour que le contrôle d’attitude garde son autorité pendant les manœuvres et les perturbations, si bien que la poussée maximale enregistrée par moteur est un plafond et non un point de fonctionnement. Le maintien du contrôle après la défaillance d’un rotor est une exigence de tolérance aux pannes distincte, qui découle de la configuration de l’aéronef, de l’allocation de commande et du cas de défaillance, et non de la seule valeur de poussée maximale. Une troisième grandeur décide si ce plafond tient en vol, et c’est la marge thermique : les valeurs de puissance et de courant publiées pour ces moteurs sont données sur une courte fenêtre, et la température de surface sur le banc d’essai du fabricant est mesurée à un niveau de gaz et à une durée de fonctionnement particuliers. Dix fiches ne peuvent pas être classées les unes par rapport aux autres sur cette base, car l’hélice, la tension de bus et les conditions d’essai changent d’une page à l’autre. Ce que les chiffres peuvent faire, c’est montrer où se situe la marge pour un tel moteur, une hélice et un bus donnés, et c’est précisément la comparaison dont une décision de dimensionnement a besoin.

Ce qui définit un moteur de drone à forte poussée

Rien dans la construction d’un moteur de drone à forte poussée ne change à l’extrémité lourde de la classe. Ce qui change, c’est quelle partie de la spécification devient la contrainte déterminante. Sur une petite cellule, la limite est généralement le pack et le câblage, et il se choisit pour convenir à une hélice qui s’adapte déjà au châssis. Sur une cellule de levage lourd ou agricole, la limite se déplace à la fois vers la charge thermique et la masse du moteur, et pour ces cellules la charge thermique et la masse du système de propulsion peuvent devenir d’importantes contraintes couplées à mesure que la charge utile requise et les exigences de mission augmentent, ce qui rend le problème de sélection différent à cette extrémité de la gamme.

Poussée par rotor face à la masse du moteur

Deux grandeurs se font face de part et d’autre de chaque décision de levage lourd, et ni l’une ni l’autre ne se lit seule. La poussée par rotor est ce que le moteur de drone à forte poussée doit produire au point de fonctionnement ; sa masse est ce que l’aéronef paie pour cette poussée à chaque vol, et les moteurs font partie de la masse totale que le système de propulsion soulève. Les deux grandeurs évoluent ensemble sur les dix fiches ci-dessous : le T-Motor U11 II KV120 UAV Motor pèse 772 g et enregistre 14159 g de poussée, tandis que le T-Motor MN1330 KV40 pèse 2750 g et enregistre 75415 g. Entre eux, la masse augmente d’un facteur d’environ 3.6 et la poussée enregistrée d’un facteur d’environ 5.3, et c’est ce différentiel de pente sur lequel mise une décision de dimensionnement.

Lisez les deux grandeurs comme une paire et non comme une note. Un moteur de drone à forte poussée léger pour sa poussée réduit la masse que porte le système de propulsion, mais il a aussi moins de cuivre et moins de stator pour dissiper la perte qu’il génère, et les deux effets ne sont pas indépendants. Un moteur lourd pour sa poussée apporte plus de matière au problème thermique mais ajoute à la masse que l’aéronef soulève à chaque vol et à l’inertie contre laquelle le contrôleur d’attitude doit travailler. De quel côté de cet arbitrage se situe la bonne réponse dépend de la mission que vole l’aéronef, et le même moteur peut se trouver de part et d’autre de la limite pour deux missions différentes.

Le KV comme premier filtre

Le KV est la constante de vitesse du bobinage, exprimée en tr/min par volt, et sur ces fiches il va de 130 sur le MN1115 jusqu’à 40 sur le MN1330. Son rôle pratique dans le dimensionnement est d’indiquer pour quel nombre d’éléments et quel diamètre d’hélice le moteur de drone à forte poussée a été bobiné. Un KV faible sur un bus donné fait tourner la même hélice plus lentement, et un bobinage à faible KV peut convenir à des configurations à plus basse vitesse et plus grande hélice, mais le courant à poussée donnée doit être évalué à partir des données de fonctionnement moteur-hélice plutôt qu’à partir de la valeur de KV, ce qui permet à une cellule de levage lourd de faire tourner une grande hélice sans que le courant dépasse ce qu’un contrôleur peut tenir en continu. Le KV est une affirmation d’appariement et non un critère de qualité, et un bus 24S entraînant une hélice de 20 in et un bus 24S entraînant une hélice de 30 in voudront des valeurs différentes, même pour une même cible de poussée.

La grandeur associée sur un moteur de drone à forte poussée est la configuration du stator, et sur les moteurs Navigator elle est publiée sous forme de nombre d’encoches et de pôles, par exemple 36N40P ou 36N42P. Chacune des huit fiches Navigator ici est un moteur à rotor externe à nombre de pôles élevé et à grand diamètre de stator, de 120.5 mm sur la série MN11 à 150 mm sur la série MN13. La valeur de KV reflète le bobinage et la conception électromagnétique de ce moteur ; le nombre de pôles et les dimensions du stator apportent un contexte supplémentaire mais ne déterminent pas le KV de façon indépendante. Les deux séries se répartissent selon cette ligne : le groupe MN11 associe un stator de 120.5 mm à du 12S ou du 24S, et le groupe MN13 associe un stator de 150 mm à du 14S ou du 24S. Le guide UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe traite la même relation sur les gammes U, Navigator, P et AT pour ceux qui veulent le cas général avant le cas particulier.

Comment se détermine la classe de charge utile d’un moteur de drone à forte poussée

La classe de charge utile d’une cellule n’est pas une propriété du moteur, et la valeur que le fabricant publie à côté d’un moteur n’est pas non plus une valeur nominale de charge utile. T-Motor indique une masse maximale au décollage de l’aéronef pour chaque moteur Navigator, et ce nombre décrit l’aéronef le plus lourd que le moteur est censé entraîner, et non la charge qu’un tel aéronef peut emporter. Passer d’une valeur à l’autre est une soustraction, et le résultat dépend de la façon dont la cellule est construite.

Classe de charge utile et nombre de rotors

Le dimensionnement d’un moteur de drone à forte poussée part de la masse totale et soustrait tout ce qui n’est pas charge utile : la cellule, le pack, l’avionique, le support de charge utile et les moteurs eux-mêmes. Ce qui reste est la masse disponible pour l’équipement de mission, et sur une cellule de levage lourd ce reste dépend de la masse de la cellule, de la batterie, du système de propulsion, de l’avionique et du support de charge utile dans la limite de la masse totale admissible. Les masses maximales au décollage déclarées sur les huit fiches Navigator vont de 60 kg sur le MN1115 KV130 à 70 kg sur le T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor, 80 kg sur le T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor, 90 kg sur le T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor, 100 kg à la fois sur le T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor et le T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor, 120 kg sur le T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor et 140 kg sur le MN1330 KV40. Les deux fiches de la série U, le U11 II KV120 et le T-Motor U13 II KV65 UAV Motor, ne publient pas de masse maximale au décollage de l’aéronef, aucune classe ne leur est donc attribuée ici.

Le nombre de rotors divise ensuite cette masse. Une cellule de même masse totale montée sur six bras exige davantage de chaque moteur que la même cellule montée sur huit, et la différence n’est pas seulement arithmétique : moins il y a de rotors, plus l’aéronef dépend de chacun d’eux et plus la part du budget de commande à réserver au contrôle d’attitude et aux perturbations est importante. Un budget de propulsion qui dépense toute la valeur de poussée enregistrée en vol stationnaire ne laisse rien pour cette réserve, ce qui explique pourquoi la fraction de poussée maximale utilisée en vol stationnaire est une donnée d’entrée du dimensionnement et non un résultat.

Marge de poussée à mi-gaz

Un moteur de drone à forte poussée sur une cellule de levage lourd passe la majeure partie de son vol à mi-gaz, et c’est dans la zone de mi-gaz que réside la marge. Les données d’essai du fabricant montrent quelle part de la valeur de poussée est produite à gaz modéré : sur le MN1330 KV40 avec une hélice 52 x 20 in, la table de banc enregistre 14117 g à 40 percent de gaz contre 75415 g à 100 percent, de sorte que la moitié supérieure de la course de gaz porte la majorité de la poussée offerte. Traduire cela en un point de fonctionnement signifie choisir le gaz auquel l’aéronef stationne avec une pleine charge et vérifier quelle course reste disponible au-dessus.

La seconde partie de la marge est l’écart entre la poussée qu’un moteur enregistre et la poussée qu’il peut tenir. Les pages Navigator publient côte à côte deux valeurs par bras, un maximum et une valeur nominale, et l’écart entre elles est large : le MN1123 KV53 enregistre 47.5 kg en maximum contre 20-22 kg en nominal par bras, le MN1325 KV47 enregistre 68.0 kg contre 30-32 kg, et le MN1330 KV40 enregistre 75.4 kg contre 35-38 kg. Cet écart est la différence entre ce que le moteur de drone à forte poussée peut produire sur un banc d’essai lors d’une courte pointe à pleins gaz et ce qu’il est censé tenir comme charge de travail, et il se dimensionne sur la seconde valeur, la première servant de plafond qu’il ne faut pas lui demander de tenir.

Rendement à mi-gaz et à pleins gaz

Le rendement est la seule grandeur de la chaîne de dimensionnement d’un moteur de drone à forte poussée que les fiches décrivent indirectement, et la raison en est que la poussée par watt est une propriété du moteur et de l’hélice ensemble plutôt que du moteur seul. Les tables d’essai du fabricant l’enregistrent comme un rapport, en grammes de poussée par watt, et ce rapport évolue avec le gaz sur chaque moteur examiné ici. Sur le MN1330 KV40 avec une hélice 52 x 20 in, la table de banc indique 10.61 g/W à 40 percent de gaz et 4.64 g/W à 100 percent, et la même forme apparaît sur le U11 II KV120 avec une hélice 28 x 9.2 in, à 11.72 g/W contre 5.08 g/W. La poussée augmente sur cette plage et la poussée par watt non, ce qui est l’arithmétique derrière la marge à mi-gaz examinée plus haut.

Résistance interne et pertes de bobinage

La perte cuivre du bobinage suit une relation I²R, de sorte que la résistance fixe quelle part de l’entrée devient de la chaleur à un point de fonctionnement donné, mais l’estimer à partir de données publiées exige des définitions de résistance et de courant compatibles entre elles, plutôt que de multiplier la valeur phase à phase par une valeur de courant quelconque. Sur les dix fiches, les valeurs publiées couvrent une large bande, de 7.5 mΩ sur le MN1315 KV100 à 80±5 mΩ sur le U11 II KV120, et l’ordre de cette bande ne suit pas l’ordre des poussées : le MN1315 KV100 est l’une des fiches à forte poussée ici et porte aussi la plus faible résistance publiée, tandis que le MN1118 KV108 et le MN1115 KV130 enregistrent 13 mΩ et 16 mΩ en 12S et le MN1123 KV53 enregistre 35 mΩ en 24S. La résistance est une propriété de bobinage d’un moteur de drone à forte poussée et s’entend pour le bobinage que décrit la page, elle se lit donc avec le nombre d’éléments plutôt que seule.

Courant à vide et trainée à vide

Le côté à vide du bilan est le courant à vide, publié à 1.5 A sous 18 V sur le U11 II KV120, 1.7 A sous 18 V sur le U13 II KV65, et entre 2.0 A et 5.7 A sous 20 V sur les fiches Navigator. Ce courant couvre la perte que le moteur de drone à forte poussée produit en tournant sans charge : frottement des roulements, traînée aérodynamique entre le rotor et le stator, et perte fer d’un stator commuté à une fréquence fixée par le nombre de pôles et la vitesse. Sur un moteur à rotor externe à grand stator, c’est une petite fraction du courant de travail, et son influence sur une décision de dimensionnement se situe au bas de la course de gaz, là où la poussée utile est la plus faible et où la part de l’entrée dépensée en perte à vide est la plus grande. Sur ce moteur, ni la résistance ni le courant à vide n’est une grandeur sur laquelle on décide directement ; toutes deux se lisent pour suivre où va la perte, ce que la section thermique ci-dessous applique ensuite à un point de fonctionnement.

Poussée par rotor et son coût en masse moteur

Une fois la classe de charge utile et le nombre de rotors fixés, la question restante est de savoir quelle poussée chaque bras doit produire et ce que pèse le moteur qui la produit. Les deux sont des spécifications distinctes sur la page et une seule décision dans la cellule, car chaque gramme que le moteur de drone à forte poussée ajoute fait partie de la masse totale que l’aéronef doit soulever, et la poussée qu’il produit fait partie de ce qui le soulève.

Lire la valeur en kg

La valeur de poussée publiée pour un moteur de drone à forte poussée est un maximum enregistré sur un banc d’essai à tension, hélice et gaz déclarés, et la lire correctement signifie lire ces trois conditions avec elle. Les dix fiches ci-dessous sont données sur des hélices allant d’une unité 28 x 9.2 in jusqu’à une unité 52 x 20 in, sur des bus de 12S à 22-25S, et les valeurs vont de 14.16 kg sur le U11 II KV120 à 75.4 kg sur le MN1330 KV40. Aucune d’elles n’est une poussée nominale au sens d’une valeur censée être tenue indéfiniment, et les pages Navigator séparent explicitement les deux notions en publiant côte à côte un maximum et une valeur nominale par bras. Là où une décision de dimensionnement a besoin de la valeur de travail plutôt que du plafond, c’est la valeur nominale par bras qu’il faut lire, et là où la page n’en publie pas, le plafond est le seul nombre publié et doit être traité comme tel.

Masse moteur par kg de poussée maximale enregistrée

Diviser la masse enregistrée d’un moteur de drone à forte poussée par sa poussée maximale enregistrée donne une valeur dérivée qui décrit ce que la poussée coûte en masse face à ce maximum, et sur les dix fiches elle se situe entre 30.0 g et 54.5 g par kg de poussée maximale enregistrée. Ce n’est pas une mesure d’efficacité normalisée, car les hélices, les tensions de bus et les conditions d’essai diffèrent d’une fiche à l’autre. Les huit fiches Navigator se tiennent dans une bande étroite de 30.0 g sur le MN1123 KV53 à 36.5 g sur le MN1330 KV40, soit une dispersion d’environ un cinquième sur une plage de poussée qui fait plus que doubler. Les deux fiches de la série U se situent hors de cette bande vers le haut, et c’est le U11 II KV120 qui se situe le plus haut, à 54.5 g par kg de poussée maximale enregistrée. Les spécifications listées ne fournissent pas de décomposition de masse au niveau des composants, de sorte que la contribution propre de sa structure et de son bobinage ne peut pas être isolée à partir de ces seules fiches ; le U11 II KV120 n’en reste pas moins le moteur le plus léger ici à 772 g et enregistre la plus petite poussée à 14.16 kg. Pour ce moteur, la valeur est dérivée de valeurs publiées et n’est pas elle-même une spécification du fabricant ; elle est utile pour voir comment le coût de la poussée évolue sur une gamme, et elle se lit à côté de la valeur de poussée plutôt qu’à sa place.

Masse maximale au décollage de l’aéronef, poussée, masse du moteur, nombre d’éléments et hélice tels que publiés par le fabricant et repris dans la fiche produit ToBMS ; la masse du moteur est indiquée câbles compris. La masse moteur par kg de poussée maximale enregistrée est dérivée ici de la masse enregistrée et de la poussée maximale enregistrée et n’est pas une donnée du fabricant ; comme les conditions d’essai et les hélices diffèrent, elle ne doit être lue ni comme une mesure d’efficacité normalisée ni comme une mesure directe de la capacité de charge utile en vol. Les pages Navigator donnent les valeurs par bras sous la forme Max Thrust/Arm et Rated Thrust/Arm ; les deux pages de la série U donnent une seule valeur de poussée maximale et aucune valeur nominale par bras, et les cellules indiquant non publié sont laissées ouvertes plutôt que remplies d’après un modèle comparable. Chaque table d’essai du fabricant se lit par rapport au bloc d’hélice, au palier de gaz et à la tension de bus imprimés sur la page d’où elle provient, car l’ordre des colonnes et l’unité de rendement ne sont pas les mêmes sur les pages de la série U que sur les pages Navigator. Aucune valeur thermique ou de rendement n’est comparée entre les modèles de ce tableau : l’hélice, la tension de bus, le niveau de gaz et la durée de fonctionnement diffèrent d’une page à l’autre, et le fabricant précise que les valeurs de banc visent à servir de référence pour ce moteur et non de base de comparaison entre types de moteurs.

Le diamètre d’hélice derrière chaque valeur de poussée

L’hélice associée à un moteur de drone à forte poussée n’est pas un accessoire de la valeur de poussée ; elle fait partie de sa définition. La poussée enregistrée pour un moteur est produite par l’hélice avec laquelle il a été testé, et changer cette hélice déplace le point de fonctionnement moteur-hélice et peut modifier à la fois la poussée et l’appel de courant, aussi les fiches ici se lisent-elles avec les conditions d’essai attachées. Dans quelle mesure l’hélice détermine le résultat se voit ici : les deux fiches aux valeurs de KV les plus proches, le MN1130 KV45 à 45 et le MN1325 KV47 à 47, sont testées sur la même hélice NS47 x 18 in et enregistrent pourtant 57.3 kg contre 68.1 kg, la différence réside donc dans le stator et le bobinage plutôt que dans l’hélice. Le choix d’hélice est borné par la cellule avant de l’être par le moteur, puisque le diamètre du disque doit dégager les bras et le châssis, et par la vitesse en bout de pale, puisqu’une grande hélice sur un KV trop élevé dépassera la vitesse à laquelle les extrémités de pale cessent d’être efficaces. Sur une cellule agricole la même contrainte apparaît comme une question de motif de pulvérisation, que le guide BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque aborde du côté du cycle de service.

Marge thermique d’un moteur de drone à forte poussée

La marge thermique d’un moteur de drone à forte poussée est la différence entre la chaleur qu’il produit à un point de fonctionnement et la chaleur qu’il peut dissiper sans que le bobinage ou les aimants atteignent une température à laquelle les valeurs publiées cessent de s’appliquer. C’est la grandeur qu’une valeur de poussée ne peut pas décrire, car le même moteur sommé de tenir la même poussée avec une hélice plus grande, un nombre d’éléments plus faible ou une montée plus longue atteindra une température différente pour y parvenir. Les fiches examinées ici décrivent cette limite de trois manières distinctes, et les lire ensemble est ce qui transforme une valeur de poussée en point de fonctionnement.

La puissance et le courant nominaux sur 180 s

La première description est la puissance et le courant nominaux, et sur chaque fiche ici elle est donnée sur une fenêtre de 180 s plutôt que comme une valeur continue. Les fiches Navigator la publient comme une puissance maximale sur 180 s accompagnée d’un courant de crête : 2816 W et 180 A sur le MN1115 KV130, 2230 W et 192 A sur le MN1118 KV108, 2400 W et 108 A sur le MN1123 KV53, 3218 W et 132 A sur le MN1130 KV45, 3300 W et 248 A sur le MN1315 KV100, 2900 W et 150 A sur le MN1320 KV49, 3400 W et 170 A sur le MN1325 KV47 et 3400 W et 177 A sur le MN1330 KV40. Les deux fiches de la série U indiquent les deux mêmes grandeurs dans l’autre sens dans la fiche ToBMS, la puissance sur 180 s figurant sur la ligne de puissance maximale et le courant sur 180 s sur la ligne de courant de crête : 2783 W et 57.3 A sur le U11 II KV120, et 6720 W et 68 A sur le U13 II KV65. La fenêtre est la partie opérante de la spécification. Une valeur nominale sur 180 s décrit une pointe, et une cellule de levage lourd qui vole une mission de dix minutes passe l’essentiel de celle-ci bien en dessous de cette valeur et doit être dimensionnée pour que le courant soutenu reste dans la capacité continue du bobinage, et non par rapport au chiffre de pointe.

Pertes cuivre, chemin de refroidissement et montage

La seconde description est la perte elle-même. La perte cuivre est une contribution importante à la chaleur qu’un moteur de drone à forte poussée produit en vol et augmente avec le carré du courant sous une définition cohérente de la résistance, tandis que les pertes fer et mécaniques contribuent aussi, avec une importance relative qui dépend du point de fonctionnement ; le terme cuivre est fixé par la résistance phase à phase publiée pour le moteur : 7.5 mΩ sur le MN1315 KV100, 13 mΩ sur le MN1118 KV108, 16 mΩ sur le MN1115 KV130, 17.5 mΩ sur le MN1325 KV47, 19.5 mΩ sur le MN1330 KV40, 20.5 mΩ sur le MN1320 KV49, 35 mΩ sur le MN1123 KV53, 38 mΩ sur le MN1130 KV45, 73 mΩ sur le U13 II KV65 et 80±5 mΩ sur le U11 II KV120. La perte fer et la traînée à vide examinées plus haut ajoutent un montant plus faible. La chaleur produite par la perte cuivre doit ensuite quitter le moteur, et le chemin qu’elle emprunte fait partie de la spécification plutôt que d’être un ajout après coup : les pages Navigator décrivent une structure d’ailettes de refroidissement monobloc en fonte moulée autour du stator, indiquent qu’elle double la surface de dissipation thermique par rapport à une structure de refroidissement en deux parties, et indiquent qu’elle réduit la température du bobinage de 5 ℃ à 8 ℃. Les matériaux qui sous-tendent ce chemin sont également publiés, avec un revêtement à 150 ℃ sur le stator, un fil de cuivre à 220 ℃ et des aimants donnés pour 180 ℃, avec un boîtier IP45 et une plage de fonctionnement déclarée de -30 ℃ à 55 ℃. Le montage compte pour la même raison, car le bras est le dissipateur dans lequel le moteur conduit la chaleur, et un moteur boulonné sur une platine à mauvais contact chauffe davantage que le même moteur sur une fixation usinée de même masse.

Où la marge thermique s’épuise

La troisième description d’un moteur de drone à forte poussée est la température de surface mesurée, et c’est la grandeur qui rend concrètes les deux premières. Sur les fiches Navigator le fabricant indique la température de surface du moteur après un fonctionnement à 80 percent de gaz pendant 10 minutes à une ambiance de 25 ℃, et sur les blocs de bobinage ces pages publient des valeurs allant de 82 ℃ à 122 ℃. Chacune appartient à l’hélice, à la tension de bus et au nombre d’éléments imprimés sur la même page, de sorte que la bande décrit la plage qu’occupent les mesures et non un classement, et le fabricant note que les valeurs de banc visent à servir de référence pour ce moteur et non de base de comparaison entre types de moteurs. Les deux fiches de la série U indiquent leur température de surface encore autrement, mesurée à 100 percent de gaz avec une durée de fonctionnement donnée à une, deux, cinq ou dix minutes selon le bloc d’hélice et une ambiance de 19 ℃ sur la page du U11 II, où cette page en indique une, ce qui explique pourquoi aucune température n’est comparée entre modèles dans ce guide.

Ce que la température de surface permet de faire, c’est un contrôle de marge. La température de surface enregistrée fournit une référence utile pour évaluer le comportement thermique dans les conditions d’essai déclarées, mais elle n’établit pas directement la température du bobinage ou des aimants. Évaluer la marge thermique dans des conditions de vol réelles exige de considérer l’élévation de température interne, les conditions ambiantes, le refroidissement, le montage et le cycle de service, à lire face aux limites de température que le fabricant indique pour le moteur de drone à forte poussée. Un moteur à rotor externe à grand stator de cette classe possède assez de masse thermique pour qu’une courte surcharge ne déplace la température que lentement, ce qui rend une valeur nominale en pointe utile, et assez d’inertie thermique pour qu’une surcharge prolongée mette longtemps à se manifester et longtemps à se dissiper. La marge d’un moteur de drone à forte poussée est donc consommée par le profil de mission dans son ensemble plutôt que par un seul instant, et sur une cellule agricole qui vole des cycles chargés répétés, c’est l’effet cumulé que reflète la température de la coque. Le volet cycle de service de cette question est traité dans BLDC Motors for Industrial UAV: Duty Cycle, Redundancy and Payload, et son volet rendement, où la poussée par watt baisse à mesure que le gaz monte, est le même mécanisme vu depuis l’entrée.

T-Motor U11 II et U13 II dans la classe lourde

Les deux fiches de la série U sont les moteurs les plus légers de ce groupe et se situent au bas de la plage de poussée, ce qui en fait le point de départ naturel pour une cellule dont la masse totale est modeste selon les critères de cette classe. Aucune des deux pages ne publie de masse maximale au décollage de l’aéronef, la classe est donc fixée ici à partir de la poussée et du nombre d’éléments que chacune enregistre plutôt qu’à partir d’une valeur déclarée.

U11 II KV120

Le T-Motor U11 II KV120 UAV Motor est un moteur à rotor externe de 772 g dans un corps de 79.5 x 51.6 mm avec un arbre de 15 mm et un stator 12N14P, et c’est une unité 12S avec une poussée maximale enregistrée de 14.16 kg sur une hélice 28 x 9.2 in à 48 V. Son bobinage enregistre 80±5 mΩ de résistance phase à phase avec un courant à vide de 1.5 A sous 18 V, et ses valeurs publiées sur 180 s sont 2783 W et 57.3 A. La table d’essai du fabricant pour ce moteur comporte trois blocs d’hélice, sur des unités 26 x 8.5 in, 27 x 8.8 in et 28 x 9.2 in, enregistrant 12114 g, 12617 g et 14159 g à pleins gaz, utile rappel que la valeur vedette appartient à la plus grande hélice testée plutôt qu’au moteur seul. En 12S et à peine moins de 800 g, cette fiche convient à une cellule où la charge utile est faible en termes absolus mais où le nombre de rotors est assez bas pour que le moteur doive encore produire une poussée sérieuse par bras.

U13 II KV65

Le T-Motor U13 II KV65 UAV Motor est le cran au-dessus : 975 g dans un corps de 100 x 60 mm avec un arbre de 15 mm et un stator 36N42P, bobiné pour un bus 22-25S contre une poussée maximale enregistrée de 28.7 kg sur une hélice G32 x 11 in. Il enregistre 73 mΩ de résistance avec un courant à vide de 1.7 A sous 18 V, et ses valeurs sur 180 s sont 6720 W et 68 A. C’est le nombre d’éléments plus élevé qui le sépare du U11 II plutôt que la seule valeur de poussée, car un bus 22-25S fait tourner une hélice plus grande à courant plus faible pour une poussée donnée, et le fabricant décrit le moteur comme destiné à de fortes charges et à un usage industriel sur une longue durée de service. La table d’essai comporte à nouveau plus d’un bloc d’hélice, une unité G30 x 10.5 in enregistrant 24744 g et l’unité G32 x 11 in enregistrant 28711 g à pleins gaz. Entre les deux fiches de la série U, le couple couvre une plage allant d’une cellule industrielle légère jusqu’au point d’entrée du groupe Navigator, et Heavy-Lift Drone Motors: Three T-Motor Options from 2.85 kg to 101 kg Thrust situe les deux dans une comparaison plus large menée par la charge utile, qui couvre aussi les séries U5 et U15.

Moteurs T-Motor série MN pour le levage lourd et l’agriculture

Les huit fiches de moteurs T-Motor MN examinées ici forment deux familles qui diffèrent par le diamètre du stator plutôt que par la construction. Le groupe MN11 porte un stator de 120.5 mm et le groupe MN13 un stator de 150 mm, et au sein de chaque famille les modèles évoluent par la longueur d’empilage tandis que le bobinage change avec le nombre d’éléments. Les huit sont des moteurs à rotor externe à grand stator avec un contrôleur électronique de vitesse externe, et chaque page indique une masse maximale au décollage de l’aéronef aux côtés des valeurs de poussée et de thermique, ce qui fait de ce groupe la partie de la gamme où un moteur de drone à forte poussée peut être associé à une classe de cellule directement à partir de valeurs publiées.

MN1115, MN1118, MN1123 et MN1130

Les fiches MN11 partagent un diamètre de stator de 120.5 mm et croissent en longueur de 47.9 mm à 65.9 mm sur les quatre modèles, et la poussée augmente avec elle de 33.3 kg sur le MN1115 KV130 à 57.3 kg sur le MN1130 KV45. Le T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor est le point d’entrée à 1055 g, avec un stator 36N40P et un bus 12S, enregistrant 33.3 kg sur une hélice G36 x 11.5 in avec une masse maximale au décollage déclarée de 60 kg ; ses valeurs sur 180 s sont 2816 W et 180 A et son bobinage enregistre 16 mΩ avec un courant à vide de 2.7 A sous 20 V. Le T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor pèse 1186 g sur le même bus 12S avec un stator 36N40P et enregistre 38.1 kg sur une hélice VZ40 x 16.1 in à 70 kg déclarés, avec 2230 W et 192 A sur 180 s issus d’un bobinage de 13 mΩ et un courant à vide de 3.3 A sous 20 V. Les deux pages comportent aussi un second bloc de bobinage, à 110 KV sur le MN1115 et 90 KV sur le MN1118, ce qui explique pourquoi la valeur de KV doit se lire avec le modèle plutôt qu’à partir du nom de série.

Le T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor passe à un bus 24S à 1425 g dans un corps de 58.9 mm, enregistrant 47.5 kg sur une hélice VZ42 x 16.5 in à 80 kg déclarés, avec 2400 W et 108 A sur 180 s et un bobinage de 35 mΩ. Le T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor clôt la famille à 1740 g dans un corps de 65.9 mm, 57.3 kg sur une hélice NS47 x 18 in à 100 kg déclarés, 3218 W et 132 A sur 180 s issus de 38 mΩ, ce qui place la fiche dans la bande des moteurs de drone à forte charge utile à 100 kg déclarés. Le passage de 12S à 24S au sein d’une même famille de stator est l’illustration la plus claire de ce que fait le nombre d’éléments ici : le MN1123 et le MN1130 produisent leur poussée à 108 A et 132 A là où le MN1118 a besoin de 192 A, et dans des conditions de fonctionnement comparables une tension de bus plus élevée réduit le courant d’alimentation nécessaire pour une puissance électrique donnée, bien que les valeurs de courant de ces modèles reflètent aussi leurs hélices, bobinages et poussées différents plutôt que la seule tension de bus ; la résistance plus élevée des bobinages 24S est l’autre face de cet arbitrage.

MN1315, MN1320, MN1325 et MN1330

Les fiches MN13 portent un stator de 150 mm et évoluent en longueur de 51 mm à 65 mm, et c’est dans cette famille que les masses maximales au décollage déclarées atteignent leurs valeurs les plus hautes. Le T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor est l’exception du groupe à deux titres : en 14S c’est le plus faible nombre d’éléments de la famille, et en 100 KV c’est le bobinage le plus élevé, ce qui produit ensemble 50.2 kg sur une hélice VZ40 x 16.1 in à 90 kg déclarés avec un courant de crête de 248 A sur 180 s. Son bobinage de 7.5 mΩ est la plus faible résistance publiée sur les dix fiches ici, ce qui est la réponse de conception au transport de ce courant. Le T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor revient à du 24S à 2070 g et enregistre 59.0 kg sur une hélice NS45 x 17.5 in à 100 kg déclarés, avec 2900 W et 150 A sur 180 s et un bobinage de 20.5 mΩ.

Au-dessus, le T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor enregistre 68.1 kg sur une hélice NS47 x 18 in à 120 kg déclarés depuis 2425 g, avec 3400 W et 170 A sur 180 s, et le T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor clôt la gamme à 2750 g avec 75.4 kg sur une hélice NS52 x 20 in à 140 kg déclarés, 3400 W et 177 A sur 180 s issus d’un bobinage de 19.5 mΩ. Les deux plus grandes fiches indiquent une valeur nominale par bras à côté du maximum, à 30-32 kg et 35-38 kg respectivement, qui est la valeur sur laquelle se dimensionne un point de fonctionnement. La T-Motor Navigator MN Series Heavy-Lift UAV Motors: Official Release Video du fabricant couvre la mise à niveau de série qui a produit ces fiches, et l’extrémité agricole de la même famille est traitée dans BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque.

Liste de contrôle pour choisir un moteur de drone à forte poussée

La séquence ci-dessous est l’ordre dans lequel les valeurs d’un moteur de drone à forte poussée doivent être lues, car chaque étape contraint la suivante et aucune ne peut être tranchée à partir d’une seule page de moteur.

1. Additionnez la masse totale, moteurs et pack compris, puis soustrayez tout ce qui n’est pas de l’équipement de mission. Le reste est la charge utile que la cellule peut réellement emporter, et il dépend de la masse de la cellule, de la batterie, du système de propulsion, de l’avionique et du support de charge utile dans la limite de la masse totale admissible de l’aéronef.
2. Répartissez entre les rotors la poussée dont l’aéronef a besoin, et appliquez une marge de commande avant de choisir le moteur plutôt qu’après. La poussée maximale enregistrée par bras est un plafond, et un budget qui la dépense entièrement en vol stabilisé ne laisse aucune réserve pour le contrôle d’attitude, les perturbations ou l’enveloppe de manœuvre prévue.
3. Figez le nombre d’éléments à partir du choix de pack, puis choisissez le KV pour que le diamètre d’hélice que la cellule autorise atteigne son point de fonctionnement à un gaz raisonnable. Le KV est un appariement entre tension de bus et hélice, pas un classement de performance.
4. Lisez la valeur de poussée par rapport à l’hélice, à la tension et au palier de gaz imprimés à côté, et préférez une valeur nominale par bras à un maximum là où la page publie les deux.
5. Estimez la perte cuivre à partir de la résistance de bobinage et du courant de travail attendu seulement après avoir confirmé que les deux valeurs publiées partagent la même convention de mesure, puis lisez la température de surface que le fabricant enregistre dans ses propres conditions déclarées à côté des limites de température indiquées pour le bobinage et les aimants.
6. Vérifiez le courant qu’appelle une montée soutenue par rapport à la valeur sur 180 s, et non par rapport au chiffre de pointe, et confirmez que le courant en vol stationnaire laisse la fenêtre libre pour les transitoires de commande.
7. Confirmez l’interface mécanique : diamètre d’arbre, schéma de fixation, encombrement, longueur de câble et section de conducteur doivent convenir au bras avant que l’une quelconque des valeurs électriques ne compte.
8. Notez quelles valeurs proviennent de la fiche technique du fabricant, lesquelles de la fiche produit ToBMS et lesquelles ont été dérivées pour la comparaison, afin qu’une révision ultérieure puisse être vérifiée par rapport à sa source.

Trois autres guides prolongent celui-ci latéralement. Le guide UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe couvre toute la catégorie du côté de la cellule et atteint aussi les gammes Navigator, P et AT. L’application UAV de longue endurance emmène les mêmes moteurs dans l’argument sur le rendement, la masse et la tension de bus, traité dans BLDC Motors for Long Endurance UAV: Efficiency, Mass and Bus Voltage. Pour l’extrémité basse de la famille, où la réactivité et l’autonomie de la batterie dominent au lieu de la poussée par bras, la catégorie Moteurs de drone et l’application UAV industriel couvrent les cellules pour lesquelles cette classe de moteur est trop lourde.

Questions fréquentes