Comment choisir un moteur d’UAV d’inspection : KV, poussée et vol stationnaire

Un UAV d'inspection travaille pendant qu'il se tient en vol stationnaire. Il tient un point fixe à quelques mètres d'une pile de pont, d'un pied de pylône ou du bord d'un toit, et les images sont prises depuis ce point tenu plutôt qu'au cours d'un passage rapide. Un moteur d'UAV d'inspection se choisit donc sur la poussée qu'il peut soutenir à mi-gaz et sur la stabilité de la boucle de commande qu'il alimente, et non sur la pointe qu'il atteint une fois. La masse au décollage fixe encore le budget, mais la charge utile de cette classe de cellule est une caméra et une nacelle plutôt qu'une cuve ou un caisson de fret, ce qui explique que les quatre fiches rassemblées ici vont de 135 g à 282 g plutôt que de plusieurs kilogrammes.

Les quatre fiches de moteur d'UAV d'inspection comparées ici partagent une même architecture : un moteur brushless à rotor externe avec un contrôleur de vitesse électronique externe, monté à l'extrémité d'un bras fin et entraînant une hélice assez grande pour tenir le vol stationnaire à une fraction modérée des pleins gaz. Ce qui les sépare, c'est l'endroit où chacune se situe sur la poussée, la masse et la tension de bus, et ces trois valeurs décident à quelle cellule chaque fiche convient. Deux des quatre sont des machines 24N28P, une est une machine 12N14P et une est une machine 36N42P, et cet écart finit par compter davantage à bas régime que ne le laissent croire les valeurs brutes de poussée.

Réponse rapide

La présélection suit la taille et la demande en régime établi de l'aéronef plutôt qu'un classement. Sur un petit moteur d'UAV d'inspection chargé d'emporter une seule caméra sur quatre bras, le Moteur UAV T-Motor MN5008 KV340 consigne 4215 g de poussée maximale pour 135 g sur un pack 6S, et le Moteur UAV T-Motor U5 KV400 couvre une fenêtre 3-8S plus large avec 2850 g pour 195 g.

Lorsque la cellule devient une plate-forme à six ou huit bras emportant une nacelle et une sortie plus longue, le Moteur UAV T-Motor MN501-S KV240 se situe un cran au-dessus, à 4660 g pour 170 g sur une fenêtre 6-12S, et c'est la fiche de ce groupe qui publie la plage d'éléments la plus large.

Le haut de la comparaison de moteurs de drone d'inspection est occupé par le Moteur UAV T-Motor U8 Lite L KV110. Il consigne 11200 g de poussée et 2140 W sur une fenêtre de 180 s pour 282 g sur un bus 12S fixe, ce qui suffit à une cellule qui emporte aussi un ensemble de capteurs plus lourd ou une seconde batterie sans changer de moteur.

Une mise en garde vaut pour les quatre. Aucune des fiches ne porte de valeur de poussée pour le vol stationnaire, si bien que les maxima publiés sont des valeurs au banc d'essai à hélice et tension données, et sur une cellule chaque moteur d'UAV d'inspection passera sa vie de service bien en dessous de ce point. Lire un maximum consigné comme une valeur de vol stationnaire exploitable est la façon la plus courante de fixer un budget de propulsion trop serré.

Ce qu'un moteur d'UAV d'inspection doit faire

Le régime d'un moteur BLDC pour UAV d'inspection est inhabituel parmi les applications de multirotor, car l'aéronef travaille à l'arrêt. Un multirotor cargo accélère, monte et se translate, et ses moteurs se jugent à la poussée qu'ils peuvent fournir par à-coups. Une cellule d'inspection monte à une altitude de travail, arrive sur poste puis y reste, et tout ce qui suit est une petite correction par rapport à un point fixe. La poussée maximale consignée conditionne encore le décollage, mais ce n'est pas la valeur sur laquelle le bobinage dépense son budget thermique.

Le vol stationnaire est toute la mission

Un multirotor qui croisière dépense l'essentiel de son énergie à pousser de l'air vers l'arrière ; un multirotor qui inspecte dépense l'essentiel de son énergie à rester immobile dans de l'air en mouvement. Cette seule différence justifie de traiter un moteur d'UAV d'inspection d'abord comme un organe de vol stationnaire. Le moteur tient une valeur de poussée proche de la part de masse de la cellule qui repose sur lui, en continu, à une position de gaz qui reste éloignée du maximum publié. C'est l'inverse du régime qui convient à un moteur de course, où l'on demande au bobinage tout ce qu'il a pendant quelques secondes avant de le décharger.

La conséquence pratique est que le point de fonctionnement se situe bas sur la courbe de gaz, et le bas de cette courbe est l'endroit où un bobinage est le moins efficace et où le couple de détente se voit le plus comme une perturbation de commande. Un moteur d'UAV d'inspection surdimensionné pour la cellule aggrave la situation au lieu de l'améliorer : un gros moteur maintenu à une petite fraction de sa valeur nominale travaille à un mauvais point de la courbe, et la masse supplémentaire doit être portée à chaque sortie. La bonne taille est la plus petite fiche dont la poussée publiée couvre le besoin de vol stationnaire avec la marge qu'exige la mission.

Le maintien de position est un problème de commande avant d'être un problème de puissance

Tenir une position dans de l'air turbulent ne se résout pas par la seule poussée. Le contrôleur de vol émet de petites corrections fréquentes, et le moteur doit traduire ces corrections en variations de poussée sans retard et sans saut dans la réponse. C'est pourquoi la configuration du stator compte autant que la poussée sur un moteur d'UAV d'inspection. Le nombre d'encoches et de pôles fixe la régularité avec laquelle le couple est produit lorsque le rotor parcourt un tour, et un nombre plus élevé répartit la production de couple sur davantage de positions, ce qui abaisse la contribution du couple de détente et donne à la boucle de commande un signal plus calme à corriger.

Le groupe reflète ce raisonnement. Le Moteur UAV T-Motor MN5008 KV340 et le Moteur UAV T-Motor MN501-S KV240 utilisent tous deux un stator 24N28P, le Moteur UAV T-Motor U8 Lite L KV110 utilise un stator 36N42P, et le Moteur UAV T-Motor U5 KV400 fonctionne, lui, avec un stator 12N14P. La fiche 12N14P est aussi l'unité à la poussée la plus faible du groupe, ce qui est cohérent : un moteur plus petit et plus rapide est la réponse habituelle sur une cellule très légère, et le nombre d'encoches suit la taille plutôt que la mission.

Le rejet du vent fixe la marge de poussée

Un vol d'inspection se déroule souvent à côté d'une structure, et les structures créent leur propre vent. Un tablier de pont, une tour de refroidissement ou l'angle d'un bâtiment transforment une brise régulière en un champ de rafales à courte période, et la cellule doit l'absorber sans être repoussée hors du cadre de la caméra. La marge de poussée que porte un moteur d'UAV d'inspection est donc une marge de vent plutôt qu'une marge de charge utile, et c'est la raison pour laquelle un budget de propulsion pour cette classe de travail est généralement établi avec plus de réserve qu'un simple calcul d'endurance ne le suggérerait.

La marge sur un moteur d'UAV d'inspection maintenu en vol stationnaire n'est pas gratuite. Chaque incrément de poussée tenue coûte du courant, et le courant coûte de la chaleur dans le bobinage et de la capacité dans le pack. Comme la valeur qui trancherait la question est une poussée nominale en vol stationnaire à hélice et tension réalistes, et comme aucune des quatre fiches n'en publie, la marge doit être estimée à partir du maximum consigné puis confirmée face au tableau de poussée du fabricant lui-même. Traiter le maximum consigné comme la marge donne un nombre qui paraît confortable et qui ne l'est pas.

Le capteur est léger, donc la cellule est légère

La charge utile qui définit une mission d'inspection est une caméra, une nacelle et éventuellement un lidar ou une unité thermique, et la masse combinée de cet ensemble représente une petite fraction de la cellule. C'est ce qui maintient légère la classe des moteurs d'UAV d'inspection. Là où une cellule agricole est dimensionnée autour d'une cuve dont la masse varie pendant le vol, et où une cellule de levage lourd est dimensionnée autour d'un fret mesuré en dizaines de kilogrammes, une cellule d'inspection est dimensionnée autour d'un capteur qui pèse quelques centaines de grammes et ne change pas.

Une charge utile constante et modeste simplifie la spécification d'un moteur d'UAV d'inspection d'une manière utile : le point de vol stationnaire ne bouge pas au cours de la mission. Le moteur voit la même exigence de poussée au début et à la fin, si bien que le régime thermique est un état stable plutôt qu'une suite de pointes, et le bobinage peut être dimensionné sur un seul point de fonctionnement. Cela signifie aussi que la masse d'un moteur d'UAV d'inspection représente une part du total plus grande que la charge utile, ce qui explique que les quatre fiches se situent entre 135 g et 282 g et qu'un pas de masse supplémentaire doit être justifié par autre chose que la charge utile.

La durée des sorties et la fréquence de remplacement d'un moteur

Le travail d'inspection est répétitif. Le même ouvrage est photographié sous les mêmes angles à intervalles réguliers, et la cellule accumule des heures plutôt que des vols. Ce schéma déplace une partie de la décision hors d'une mission unique. L'U8 Lite L KV110 publie un temps moyen entre défaillances d'environ 1000 heures, et la fiche de l'U5 porte la même classe de valeur, si bien que la question à laquelle un opérateur d'inspection fait face n'est pas seulement quel moteur d'UAV d'inspection tient le mieux la cellule aujourd'hui, mais comment l'intervalle de maintenance s'accorde avec la cellule sur laquelle il est boulonné.

De longs intervalles de maintenance sur un moteur d'UAV d'inspection rendent aussi la décision de montage plus définitive. Le diamètre d'arbre, le plan de fixation et la longueur de câble choisis au début d'un programme tendent à survivre à plusieurs cellules, si bien qu'une fiche légèrement meilleure en poussée mais malcommode au montage peut être le choix le plus coûteux sur une saison de vol. Les valeurs d'encombrement du tableau ci-dessous méritent d'être lues face au bras sur lequel le moteur reposera réellement, et pas seulement face à la masse de la cellule.

Les cinq valeurs derrière un moteur de drone d'inspection

Cinq valeurs consignées portent l'essentiel de la décision sur un moteur de drone d'inspection, et une partie seulement d'entre elles est publiée intégralement pour l'ensemble du groupe. Les lacunes comptent autant que les valeurs, car un budget de propulsion qui suppose discrètement un nombre que le fabricant n'a pas publié est un budget qu'il faudra rouvrir plus tard. Ces mêmes cinq valeurs décident d'un moteur BLDC pour UAV d'inspection, quelle que soit sa taille dans ce groupe.

La poussée au point de vol stationnaire, pas au banc

La poussée maximale consignée d'un moteur d'UAV d'inspection dans ce groupe va de 2850 g à 11200 g, et aucune de ces valeurs n'est un chiffre de vol stationnaire. Elles sont mesurées sur un banc d'essai à hélice, tension et position de gaz données. Ce qui les rend comparables d'une cellule à l'autre, c'est le nombre de bras qui se partagent la charge : 2850 g sur une cellule à quatre bras de 4 kg de masse au décollage n'a rien à voir avec 2850 g sur une cellule à huit bras de même masse, même si le moteur est identique.

La lecture utile pour un moteur d'UAV d'inspection est donc la poussée par bras face à la masse que ce bras doit porter, à laquelle s'ajoute la marge de commande. Une cellule de 4 kg sur quatre bras demande à chaque moteur d'UAV d'inspection environ 1000 g simplement pour tenir le vol stationnaire, ce que toute fiche du groupe couvre ; la même cellule sur quatre bras avec une marge de vent et une réserve pour un moteur défaillant demande bien davantage, et c'est là que le choix entre 2850 g et 4660 g de poussée consignée commence à compter.

La masse, prélevée sur la capacité du pack

La masse d'un moteur d'UAV d'inspection est une déduction fixe sur un budget qui, sinon, est consacré à la batterie. Chaque fiche, ici, entre 135 g et 282 g correspond à la masse câble compris telle que publiée, et l'écart au sein du groupe est de 147 g par moteur. Sur une cellule à quatre bras, cet écart devient 588 g sur l'aéronef, soit à peu près la masse d'un petit pack supplémentaire et donc à peu près quelques minutes de vol stationnaire.

La masse se cumule aussi d'une manière facile à sous-estimer sur un aéronef en régime de vol stationnaire. Un moteur d'UAV d'inspection plus lourd a besoin de plus de poussée pour tenir la cellule, ce qui appelle plus de courant, ce qui exige un pack plus grand, ce qui ajoute encore de la masse. La boucle reste modérée à cette échelle, mais elle ne tourne que dans un sens, et un moteur choisi pour une valeur de poussée dont la mission n'a pas besoin se paie deux fois : une fois dans la masse du moteur et une fois dans la capacité qu'il déplace.

Le KV face à l'hélice et au bus

Le KV d'un moteur de drone d'inspection est une valeur d'appariement, non un jugement de qualité. Il décrit la vitesse à laquelle l'arbre tourne par volt à vide, et il ne devient significatif qu'accompagné de l'hélice que le moteur doit entraîner et du nombre d'éléments qui l'alimente. Une fiche à faible KV entraînant une grande hélice sur un bus haute tension atteint le vol stationnaire à une fraction modérée des pleins gaz ; une fiche à KV élevé sur le même bus aurait besoin d'une petite hélice pour rester dans sa limite de courant.

Sur les quatre fiches, un moteur d'UAV d'inspection s'étend de 110 à 400 KV, et l'écart suit le bus plutôt qu'une préférence. L'U5 KV400 couvre 3-8S, le MN5008 KV340 fonctionne sur un 6S fixe, le MN501-S KV240 couvre 6-12S et l'U8 Lite L KV110 est fixé à 12S. Lues par paires, les fiches à faible KV sont celles appariées au bus le plus élevé, ce qui est l'arrangement attendu : un bus 12S et un bobinage de 110 KV placent la vitesse d'arbre dans la plage que veut une grande hélice d'inspection, tandis qu'un bus 6S et un bobinage de 340 KV font le même travail à plus petit diamètre.

La résistance et la fenêtre de mi-gaz

La résistance interne est la colonne qui décide de la part d'énergie du pack qui atteint l'hélice sur un moteur d'UAV d'inspection, car le moteur travaille à mi-gaz pendant toute la sortie plutôt que par à-coups. Les pertes cuivre augmentent avec le carré du courant, et à une position de vol stationnaire le courant est modeste mais continu, si bien que la résistance est une perte qui court pendant tout le vol plutôt que pendant quelques secondes de montée.

Les quatre fiches diffèrent ici de plus d'un facteur deux : le MN5008 KV340 publie 55 mΩ, le MN501-S KV240 publie 85 mΩ, l'U8 Lite L KV110 publie 105 mΩ et l'U5 KV400 publie 116 mΩ. L'ordre suit la taille du bobinage plutôt que la poussée, ce qui est le point à retenir de la colonne. La résistance a aussi un second usage sur un moteur de drone d'inspection : multipliée par le carré du courant de vol stationnaire attendu, elle donne une estimation de la chaleur que le bobinage devra évacuer en continu, ce qui est une meilleure base de planification thermique que le chiffre de puissance sur 180 s.

Encombrement, arbre et longueur de câble

La colonne mécanique semble secondaire jusqu'au moment où le moteur est monté sur un bras. Les quatre fiches vont de Ø42.5 × 37.5 mm sur l'U5 KV400 à Ø55.6 × 32 mm sur le MN5008 KV340 et Ø55.6 × 33.9 mm sur le MN501-S KV240, jusqu'à Ø87.1 × 28.05 mm sur l'U8 Lite L KV110, avec des diamètres d'arbre de 5 mm, 6 mm IN, 6 mm IN avec un épaulement de 4 mm OUT et 15 mm respectivement.

La longueur de câble varie davantage que l'encombrement : 600 mm sur l'U5, 150 mm sur le MN501-S, 90 mm sur l'U8 Lite L et 80 mm sur le MN5008. Sur une cellule d'inspection, le contrôleur de vitesse se trouve généralement à l'intérieur, si bien qu'un câble court signifie que l'ESC se déplace vers le moteur et ajoute de la masse à l'extrémité du bras, tandis qu'un câble long ajoute de la masse en cuivre que la cellule porte à chaque sortie. Ni l'un ni l'autre n'est mauvais, mais les deux ne sont pas interchangeables et le choix relève de la conception de la cellule plutôt que de la fiche du moteur.

Les moteurs d'UAV d'inspection comparés de 135 g à 282 g

Le tableau ci-dessous rassemble les quatre fiches par poussée maximale consignée croissante. Chaque valeur est telle que publiée pour chaque modèle, et aucune cellule n'est estimée. Lorsqu'un fabricant ne publie pas de valeur pour une colonne donnée, la cellule est laissée comme non indiquée plutôt que complétée à partir d'un modèle voisin.

Les quatre moteurs figurent dans la catégorie Moteurs pour UAV de ToBMS et sont regroupés sous l'application UAV d'inspection. La configuration, la résistance interne, le nombre d'éléments, la poussée maximale, la puissance sur 180 s et la masse sont telles que publiées par T-Motor, mesurées sur un banc d'essai à hélice et tension données, et doivent être lues comme des valeurs au banc d'essai plutôt que comme des valeurs de vol stationnaire.

Extrémité légère : U5 KV400 et MN5008 KV340

Deux fiches de moteur d'UAV d'inspection couvrent l'extrémité légère du groupe, et elles résolvent le même problème de manières opposées. Le Moteur UAV T-Motor U5 KV400 est l'option à fenêtre plus large : une fiche 3-8S de 195 g avec 2850 g de poussée consignée, un stator 12N14P, 116 mΩ de résistance et un câble de 600 mm. C'est la fiche du groupe dont le nombre d'éléments engage le moins, ce qui convient à un programme qui décide encore sur quel pack se standardiser.

Le Moteur UAV T-Motor MN5008 KV340 est l'option plus légère et plus précise. À 135 g, c'est la fiche la plus légère ici, elle consigne 4215 g de poussée sur un bus 6S fixe et elle utilise le stator 24N28P qu'emploient aussi les fiches les plus lourdes du groupe. Pour une cellule d'inspection compacte à quatre bras qui tourne déjà sur des packs 6S, c'est la plus petite des deux réponses évidentes, et sur une mission de vol stationnaire les 60 g qu'elle économise par rapport à l'U5 sont un vrai gain de capacité de pack.

Milieu : MN501-S KV240, la fenêtre de bus la plus large

Le Moteur UAV T-Motor MN501-S KV240 est le cran au-dessus, et c'est la fiche qui couvre le plus de terrain. Il accepte 6-12S sur un stator 24N28P, consigne 4660 g de poussée maximale pour 170 g et publie 1200 W sur 180 s avec un bobinage de 85 mΩ. Cette combinaison d'une large fenêtre d'éléments et d'une poussée de milieu de gamme en fait un choix naturel pour un moteur de drone d'inspection sur une cellule à six bras dont la décision de pack n'est pas encore arrêtée.

Comparé à la paire légère, le MN501-S échange 25 g et 30 g de masse contre l'U5 et le MN5008 en faveur d'une plage de tension plus large et, dans le cas du MN5008, d'un gain de poussée de 445 g. C'est aussi la fiche du groupe qui couvre à la fois le bus 6S utilisé par la fiche la plus légère et le bus 12S utilisé par la plus lourde, ce qui en fait le point médian utile lorsqu'un programme d'inspection se standardise sur deux tailles de cellule.

Extrémité haute : U8 Lite L KV110

Le Moteur UAV T-Motor U8 Lite L KV110 ferme la gamme et fait figure d'exception dans presque toutes les colonnes. Il consigne 11200 g de poussée, plus du double de la fiche suivante, dans un corps de 282 g mesurant Ø87.1 × 28.05 mm, sur un bus 12S fixe et un stator 36N42P, avec 2140 W publiés sur 180 s et un courant de crête de 45.8 A. Son arbre de 15 mm fait trois fois le diamètre de celui de l'U5 et sa résistance de 105 mΩ se situe au milieu du groupe malgré le bobinage bien plus grand.

Le pas de masse est ce qui doit être justifié. Passer du MN501-S à l'U8 Lite L ajoute 112 g par moteur et 448 g sur une cellule à quatre bras, en échange d'une augmentation de poussée bien plus grande qu'il n'en faut à une cellule d'inspection légère. La fiche mérite sa place sur les plates-formes qui emportent un ensemble de capteurs plus lourd, une seconde batterie ou une nacelle avec une caméra plus grande, là où la masse de la cellule a elle-même augmenté et où la poussée supplémentaire achète de la marge plutôt que de la capacité.

Apparier un moteur à une mission d'inspection

Les valeurs consignées d'un moteur d'UAV d'inspection ne deviennent une décision qu'une fois lues face à un type de travail d'inspection. Chacune des quatre fiches convient bien à un profil et est surdimensionnée pour le profil inférieur, et la différence entre les profils tient à ce que la cellule doit faire à l'arrêt plutôt qu'à la distance qu'elle doit parcourir.

Inspection rapprochée de pont et de façade

L'inspection rapprochée d'une façade ou d'un pont consiste à tenir une position à quelques mètres d'une grande surface, dans un air que la surface elle-même perturbe. La cellule est généralement petite, la caméra est proche de la structure, et la tolérance de position est serrée car une dérive de quelques centimètres change le cadrage. Un moteur d'UAV d'inspection léger à nombre d'encoches élevé convient à ce profil : le Moteur UAV T-Motor MN5008 KV340 à 135 g sur un bus 6S donne à une cellule à quatre bras 4215 g de poussée consignée par bras à consacrer au rejet du vent, et le stator 24N28P garde la réponse calme lors des petits changements de gaz que ce travail implique.

Lignes électriques et pylônes à distance

Le travail sur lignes et pylônes éloigne la cellule de la surface et ajoute un capteur d'une certaine masse, souvent une caméra à zoom sur nacelle. La tolérance de position est plus souple qu'un passage rapproché de façade, mais la cellule est plus lourde, si bien que le besoin de poussée par bras augmente et que le bus passe souvent à 12S pour le courant plus faible qui l'accompagne. Le Moteur UAV T-Motor MN501-S KV240 couvre ce profil sur une cellule à six bras : 4660 g de poussée consignée et une fenêtre 6-12S laissent de la place pour faire grandir le pack sans changer de moteur, et 170 g par unité gardent la masse en bout de bras proportionnée.

Espaces confinés et vol en intérieur

L'inspection à l'intérieur d'une cuve, d'un puits ou d'un conduit supprime le problème du vent et le remplace par une limite de diamètre d'hélice. La cellule doit être assez petite pour entrer, ce qui plafonne l'hélice, ce qui plafonne la poussée qu'un KV donné peut produire. Ce profil valorise l'extrémité légère d'une comparaison de moteurs de drone d'inspection et un KV qui atteint le point de vol stationnaire avec une petite hélice : le Moteur UAV T-Motor U5 KV400 à 400 KV et 195 g est la fiche de ce groupe dont la fenêtre d'éléments et le KV conviennent le mieux à une cellule compacte qui ne verra pas d'air ouvert et rafaleux.

Ouvrages linéaires et relevé de couloirs

Un pipeline, un couloir ferroviaire ou un tracé routier ajoute un segment de translation à ce qui est sinon une mission d'inspection. La cellule vole entre des stations plutôt que de tenir le vol stationnaire au même endroit, si bien qu'une partie du budget de mission passe de la poussée de vol stationnaire au rendement de croisière, et les colonnes de résistance et de courant à vide deviennent plus importantes que la colonne de poussée. Un moteur d'UAV d'inspection choisi pour ce profil est généralement la plus petite fiche qui porte encore l'ensemble de capteurs, le bobinage étant retenu pour un faible courant de vol stationnaire plutôt que pour une forte poussée maximale. Le Moteur UAV T-Motor U8 Lite L KV110 n'entre dans ce tableau que lorsque la cellule de couloir est assez grande pour exiger 12S et un arbre de 15 mm.

Les types de cellules qui utilisent ces moteurs

Les quatre fiches appartiennent à une seule catégorie de produits et à un seul groupe d'applications, mais servent plusieurs types d'aéronefs différents, et un moteur d'UAV d'inspection choisi pour l'un convient rarement à un autre. Reconnaître le type en cours de conception tranche le choix d'un moteur d'UAV d'inspection plus vite que la comparaison des colonnes de spécifications.

Plates-formes multirotor avec nacelle

C'est le profil principal d'un moteur BLDC pour UAV d'inspection et celui que servent les deux fiches 24N28P. La cellule caractéristique est un quadricoptère ou un hexacoptère de 2 kg à 8 kg emportant une caméra stabilisée, effectuant des sorties répétitives au-dessus du même ouvrage et se posant pour changer de pack plutôt que pour être entretenu. Sur cette cellule, le point de vol stationnaire bouge à peine, si bien que le bobinage est dimensionné sur une seule valeur de poussée stable, et les fiches à faible résistance sont celles qui laissent le plus d'énergie du pack pour le temps de vol.

Cellules d'inspection hybrides et VTOL

Lorsqu'un programme d'inspection couvre un ouvrage linéaire, certaines cellules ajoutent un segment de vol en palier et deviennent des conceptions hybrides ou VTOL. Les moteurs de portance de ces aéronefs voient le même régime de vol stationnaire qu'un multirotor, mais seulement pendant la portion verticale du vol, si bien que le tableau thermique est plus facile et que le tableau de poussée reste inchangé. Le Moteur UAV T-Motor MN501-S KV240 se place naturellement dans ce rôle sur le segment de portance, car sa fenêtre 6-12S correspond aux packs qu'une cellule VTOL tend à emporter et son stator 24N28P convient aux cycles verticaux répétés.

Systèmes d'inspection captifs et confinés

Une plate-forme d'inspection captive échange du temps de vol contre un câble d'alimentation et une altitude de travail fixe, ce qui déplace le besoin en moteur d'UAV d'inspection vers une poussée stable et l'éloigne du rendement du pack. La cellule est souvent compacte et les missions sont longues, si bien que l'extrémité légère du groupe est la plus pertinente. Le Moteur UAV T-Motor U5 KV400 et le Moteur UAV T-Motor MN5008 KV340 couvrent ce rôle à 195 g et 135 g, et comme le lien captif supprime la pénalité de masse d'une batterie, le plus léger des deux devient la fiche la plus intéressante plutôt que la plus limitée.

Liste de contrôle pour la sélection

Trois vérifications couvrent l'essentiel du terrain sur un moteur d'UAV d'inspection, et il vaut mieux les mener dans l'ordre car chacune rétrécit le champ pour la suivante. Elles s'appliquent à tout moteur BLDC pour UAV d'inspection, de l'extrémité 135 g du groupe à l'extrémité 282 g. Les deux premières sont des décisions de cellule qui peuvent être arrêtées avant qu'aucune fiche ne soit ouverte ; la troisième comble les lacunes que laissent les données publiées.

Fixer la poussée de vol stationnaire avant le produit

Partir de la masse au décollage de la cellule plutôt que de la charge utile, la diviser par le nombre de bras pour obtenir la poussée que chaque moteur d'UAV d'inspection doit tenir, puis ajouter la marge qu'exige la mission. La marge comporte deux parties dans cette classe de travail : la marge de commande qui maintient la cellule dans le cadre de la caméra dans un air rafaleux à côté d'une structure, et la réserve nécessaire à la perte d'un moteur. Les deux sont des décisions de cellule, et les deux doivent être prises avant que le groupe ne soit resserré.

Fixer le bus, l'hélice et la fixation

Le bus et l'hélice se choisissent ensemble, car le KV les lie l'un à l'autre. Une fiche 12S veut une grande hélice lente et un faible KV ; une fiche 6S veut un diamètre plus petit et un KV plus élevé. Une fois la paire fixée, les fiches restantes sont filtrées par ce que le bras peut physiquement recevoir : le plan de fixation, le diamètre d'arbre, l'encombrement et la longueur de câble. L'écart entre un arbre de 5 mm et un arbre de 15 mm correspond à une autre classe d'extrémité de bras, et c'est généralement la colonne qui élimine un candidat séduisant en poussée.

Combler les valeurs que la fiche laisse ouvertes

Aucune des quatre fiches ne publie de valeur de poussée pour le vol stationnaire, et une partie seulement publie un courant continu. Là où un nombre manque, les tableaux de poussée du fabricant lui-même sont l'endroit où le combler, et là où il reste ouvert après cela, la lacune doit être consignée comme un point ouvert dans le budget de propulsion plutôt que comblée par une hypothèse. Un budget bâti sur un maximum au banc d'essai lu comme une valeur de vol stationnaire paraîtra confortable et ne survivra pas à une journée rafaleuse à côté d'un pont.

1. Additionner la masse au décollage, moteurs et pack compris, puis diviser par le nombre de bras pour obtenir la poussée que chaque bras doit tenir en vol stationnaire.
2. Ajouter la marge de commande qu'exige l'environnement de travail et la réserve qu'imposerait la perte d'un moteur, pour obtenir la poussée par bras que le moteur doit couvrir.
3. Choisir la plus petite fiche dont la poussée maximale publiée couvre cette valeur, afin que la masse économisée puisse être consacrée à la capacité du pack.
4. Fixer le bus à partir de la décision de pack, puis vérifier que le KV et l'hélice retenus atteignent le vol stationnaire à une position de gaz raisonnable sur ce bus.
5. Multiplier la résistance du bobinage par le carré du courant de vol stationnaire attendu pour estimer les pertes cuivre continues avant d'arrêter la conception thermique.
6. Vérifier le courant de vol stationnaire face à toute valeur continue publiée, et noter les endroits où la fiche laisse cette valeur ouverte.
7. Vérifier le diamètre d'arbre, le plan de fixation, l'encombrement et la longueur de câble face au bras et à l'emplacement du contrôleur de vitesse.
8. Confirmer que le diamètre d'hélice qu'impliquent le KV et le bus tient dans la cellule, et que le contrôleur de vitesse est dimensionné pour le courant de crête publié.

Questions fréquentes

Ressources officielles

Chaque moteur de cette comparaison est publié par T-Motor, et les pages produit du fabricant lui-même portent les tableaux de poussée, les conditions d'essai et les recommandations d'appariement que les fiches ToBMS résument plutôt qu'elles ne les reproduisent. Lorsqu'une valeur de cet article est marquée comme non publiée dans la fiche, la page du fabricant est le premier endroit où la chercher, et les recommandations d'appariement imprimées sur chaque page font référence pour le diamètre d'hélice face au KV et au bus.

Pour aller plus loin

Pour passer de la lecture à une présélection, trois outils travaillent en séquence : chaque moteur de cette comparaison figure dans la catégorie Moteurs pour UAV, les candidats peuvent être resserrés par classe de poussée, KV et nombre d'éléments, et la vue côte à côte garde plusieurs fiches ouvertes en même temps pendant que se prennent les décisions en bout de bras. La page d'application UAV d'inspection rassemble les fiches qui portent ce régime de service.

Plusieurs guides existants prolongent le sujet latéralement. Moteurs UAV : accorder KV, poussée et masse à la cellule parcourt la même catégorie depuis la cellule et couvre les fiches que cet article ne traite pas, tandis que Moteurs BLDC pour UAV à longue endurance : rendement, masse et tension de bus pousse plus loin l'argument du rendement pour les cellules qui volent pendant des heures. Moteurs BLDC pour UAV industriel : cycle, redondance et charge utile couvre le cas des missions répétées et de la redondance, et Moteurs de drone VTOL : équilibrer poussée de vol stationnaire et rendement de croisière traite des cellules qui ajoutent un segment de vol en palier au régime d'inspection.

Deux autres guides sont pertinents là où un programme d'inspection partage du matériel avec une autre application. Moteurs pour drones à forte charge : trois options T-Motor de 2.85 kg à 101 kg de poussée couvre les fiches T-Motor des séries U et MN à partir de 2.85 kg de poussée, ce qui est la plage dans laquelle entre une cellule d'inspection si l'ensemble de capteurs devient une charge utile ; Moteurs BLDC pour UAV agricole : KV, taille du stator et couple à mi-régime couvre le cas de la cuve, où le point de vol stationnaire se déplace pendant le vol, ce qui est l'inverse du régime stable décrit ici. Une publication du fabricant sur la gamme Navigator est disponible sous forme de Moteurs UAV à forte charge T-Motor Navigator MN : vidéo de lancement.

En version courte : fixer d'abord la masse au décollage et le nombre de rotors, s'en servir pour dériver la poussée que chaque bras doit tenir en vol stationnaire, ajouter les marges de vent et de perte d'un moteur, choisir la plus petite fiche dont la poussée maximale publiée couvre cette valeur, et seulement ensuite arrêter ensemble le KV, le bus et l'hélice. Chaque étape suivante est une vérification d'une décision déjà prise, ce qui est l'ordre qui garde un moteur d'UAV d'inspection apparié à la mission plutôt qu'à la fiche technique.