Moteurs BLDC pour UAV à longue endurance : rendement, masse et tension de bus

Un moteur BLDC pour UAV à longue endurance se choisit pour le point où la cellule passe réellement son temps, et non pour la pointe qu’elle peut supporter un instant, et les sept modèles de la série MN actuellement référencés dans la catégorie Moteurs pour UAV montrent à quel point ces deux exigences sont éloignées. Dans ce groupe, le KV va de 160 à 470, la masse de 68 g à 171 g, la résistance interne de 55 mΩ à 194 mΩ et la puissance publiée sur 180 secondes de 380 W à 1200 W. Cet écart doit répondre à la fois d’un multirotor d’arpentage de moins d’un kilogramme et d’une plate-forme de levage VTOL de plusieurs kilogrammes, si bien que la question utile n’est pas de savoir lequel des sept est le plus puissant, mais lequel tient son rendement et sa température au point de vol stationnaire autour duquel la mission est construite. Ce guide confronte les sept fiches à cette question, et le même régime de service est décrit sur la page d’application UAV endurance.

Réponse rapide

Le temps de vol est fixé par une chaîne plutôt que par une seule colonne, et cette chaîne va de l’hélice à la tension de bus puis au bobinage. Le diamètre et le pas de l’hélice fixent la vitesse d’arbre et le couple que le moteur doit fournir ; le nombre d’éléments fixe la tension que voit le bobinage ; et le KV relie les deux, car le KV est le rapport entre la vitesse d’arbre et la tension appliquée. Une cellule de longue endurance veut une hélice grande et lente et un bus élevé, afin que le courant que porte le bobinage pendant toute la mission reste faible, et les fiches de ce groupe publiées pour 6-12S et 12S sont celles conçues pour cette configuration.

Deux des colonnes pèsent plus lourd que leur largeur ne le suggère. La résistance interne est le coefficient des pertes cuivre, et ces pertes se paient en continu pendant tout le vol plutôt que par salves, si bien qu’un écart d’un facteur trois entre deux candidats est un écart que la mission ressentira. La puissance publiée sur 180 secondes est une fenêtre thermique plutôt qu’un régime de croisière, et il vaut mieux la lire comme un signal de marge entre candidats de régime voisin que comme un nombre à reporter dans une estimation de temps de vol. La sélection d’un moteur BLDC pour UAV à longue endurance commence donc par l’hélice et la masse totale, passe au bus et au KV, et ne compare qu’ensuite les fiches colonne par colonne.

Là où les sept fiches se séparent, c’est au niveau du bus plutôt qu’à celui de la masse. Quatre d’entre elles sont publiées pour 6S ou moins et trois pour 6-12S ou 12S, et les valeurs de KV suivent la même division, de 340 à 470 KV sur les fiches basse tension et de 160 à 240 KV sur les fiches haute tension. Les deux groupes peuvent atteindre des vitesses d’arbre comparables à partir de tensions de pack différentes, et la valeur qui les sépare est le courant que chacun tire pour sa puissance publiée. Les sections ci-dessous démontent cette chaîne dans l’ordre, puis mettent les sept fiches côte à côte comme un seul jeu de spécifications.

Où le temps de vol se perd réellement

Le temps de vol d’un moteur BLDC pour UAV à longue endurance ne se perd pas parce que le moteur serait inefficace dans l’absolu ; il se perd à un point de fonctionnement précis, et ce point est le vol stationnaire. Tout ce qui découle du point de vol stationnaire – la taille du pack à emporter, la montée à budgéter, la réserve à conserver – est dérivé de la puissance dont l’aéronef a besoin pour rester en l’air. C’est pourquoi une présélection de longue endurance s’écrit autour du rendement en vol stationnaire et du comportement thermique plutôt qu’autour de la plus grande puissance publiée d’une gamme de produits.

Le point de vol stationnaire est là où se dépense une mission

Un vol d’arpentage ou d’inspection monte une fois, se stabilise, puis tient son altitude pendant la grande majorité de sa durée, si bien que la puissance électrique appelée à ce régime stable est la valeur qui fixe l’endurance. La puissance de pointe n’est appelée que quelques secondes pendant la montée et elle est bornée par l’ESC et le pack plutôt que par le bobinage. La conséquence pour une présélection est directe : deux moteurs de puissance de pointe publiée identique peuvent se situer très loin l’un de l’autre au point de vol stationnaire, et celui qui est meilleur à ce point est celui qui compte pour une mission longue. C’est aussi la raison pour laquelle la colonne des 180 secondes ne peut pas remplacer les données de vol stationnaire, et pour laquelle les sections ci-dessous séparent les deux valeurs dès qu’une comparaison dépend de l’écart.

La charge disque est une décision d’hélice avant d’être une décision de moteur

La puissance qu’un multirotor doit fournir pour tenir le vol stationnaire à une masse totale donnée diminue à mesure que la surface du disque sous lui augmente, et la surface du disque est une propriété des hélices plutôt que des moteurs. Un rotor plus grand sur la même cellule accélère une plus grande masse d’air à une vitesse plus faible, ce qui produit la même poussée pour moins de puissance induite. Le moteur n’entre en scène que comme le composant qui doit entraîner ce rotor plus grand à une vitesse exploitable et sans surchauffe, ce qui explique pourquoi les fiches à faible KV de ce groupe sont aussi celles publiées pour les nombres d’éléments les plus élevés : une hélice grande et lente demande une faible vitesse d’arbre par volt, et un bus élevé est ce qui fournit la vitesse d’arbre requise sans KV élevé.

L’endurance est de la poussée par watt, pas des watts

La valeur qui décrit l’économie en vol stationnaire est la poussée obtenue pour chaque watt d’entrée électrique, et le fabricant la publie directement. Les données d’essai du MN3510 KV360 sur une hélice 15 × 5 CF à 14.8 V vont de 340 g de poussée à 15.32 G/W à 50 % de gaz, à 580 g à 13.06 G/W à 65 % et 760 g à 11.41 G/W à 75 %, jusqu’à 1000 g à 9.94 G/W à pleins gaz. Sur un moteur et une hélice, le point à 50 % restitue donc environ 1.5 fois la poussée par watt du point à pleins gaz. Le rendement d’un UAV de longue endurance s’achète à l’extrémité mi-gaz de cette courbe, exactement là où passe son temps un aéronef qui ne monte pas, et c’est la raison pour laquelle une présélection lue sur une colonne de puissance de pointe peut pointer dans la mauvaise direction.

Résistance, courant et la chaleur qu’une mission longue doit supporter

Les pertes cuivre sont le carré du courant multiplié par la résistance du bobinage, et chaque terme de ce produit se comporte différemment sur un vol long. Le courant est fixé par l’hélice et le bus ; la résistance est une propriété du bobinage ; et la perte qui en résulte se convertit en chaleur à l’intérieur d’un stator qui n’a pas de refroidissement actif et qui ne dispose que de l’air fourni par la cellule. Sur une sortie de vingt minutes, la perte s’accumule en continu, si bien que la résistance interne du moteur d’UAV est un coefficient appliqué à un coût permanent plutôt qu’à un coût momentané, et le rendement d’un UAV de longue endurance est ce que les deux termes décident ensemble sur une décharge complète.

La résistance est une perte qui court pendant toute la mission

Comme la perte évolue avec le carré du courant, sa valeur est surtout décidée par l’endroit où se situe le courant de vol stationnaire, et ce courant est lui-même déterminé par la charge de l’hélice et la tension de bus. Dans ce groupe, la résistance va de 55 mΩ sur le MN5008 KV340 à 194 mΩ sur le MN4006 KV380, soit un facteur d’environ trois et demi entre des fiches de puissance publiée comparable. Lue à côté de la colonne du bus, cette hiérarchie s’explique largement : plus le nombre d’éléments est élevé, plus le courant nécessaire pour une puissance d’arbre donnée est faible, et moins le terme de résistance coûte. Une lecture honnête d’une présélection pour un UAV endurance doit utiliser les deux colonnes ensemble, car une résistance élevée sur une fiche basse tension et une résistance faible sur une fiche haute tension ne mesurent pas le même régime de service.

La ligne du courant à vide, et ce qu’elle coûte sur une heure

Le courant à vide est le courant que le moteur appelle sans charge d’hélice, et il couvre les pertes qui ne proviennent pas du tout de la charge – traînée des roulements, ventilation et pertes fer dans le stator. Ces pertes sont présentes dès que le moteur tourne, si bien que sur une heure elles constituent une taxe fixe sur le pack. La colonne est publiée de façon inégale dans ce groupe, et elle est publiée à des tensions de référence différentes, ce qui est une limite qu’il vaut la peine d’énoncer clairement : le MN4006 KV380 est donné à 0.3 A et le MN5008 KV340 à 0.9 A, tous deux à 10 V, tandis que le MN6007 II KV160 est donné à 0.5 A à 18 V. Les quatre autres fiches du groupe ne portent pas ce champ, si bien qu’aucun classement à vide comparable entre les sept ne peut être établi à partir des fiches ; là où une construction dépend de la perte à vide, la valeur a sa place dans les questions posées à la documentation du fabricant.

Un stator qui reste froid conserve sa marge de rendement

La résistance du cuivre augmente avec la température, si bien qu’un bobinage qui chauffe au point de vol stationnaire est un bobinage dont les pertes croissent tout au long du vol et dont la marge disponible se réduit d’autant. Cela fait du comportement thermique une propriété de premier ordre d’un moteur de longue endurance plutôt qu’une propriété secondaire, et c’est la partie du régime de service que les tableaux publiés décrivent le moins directement. La note d’essai du fabricant est explicite sur la condition qui sous-tend sa colonne de température : la valeur est la température de surface du moteur à 100 % de gaz après 10 minutes de fonctionnement. Un vol stationnaire régulier à mi-gaz est un cas thermique différent de dix minutes à pleins gaz, si bien que les données de température constituent une preuve de la façon dont la conception gère la chaleur plutôt qu’une prédiction de la température en vol stationnaire, et les hypothèses de montage et d’ambiance qui les sous-tendent restent du ressort de la documentation du fabricant.

Ce qu’une mission longue exige et qu’une mission courte n’exige pas

Un vol court et un vol long lisent le même tableau de spécifications différemment, et l’écart n’est pas seulement la durée. Une mission longue expose le bobinage à un courant soutenu et à une charge thermique soutenue, elle vide le pack assez loin pour faire bouger la tension de bus sous le moteur, et elle ne laisse aucune place à un composant dont les valeurs publiées ne tiennent qu’au début de la courbe de décharge. Ces trois effets sont la raison pour laquelle les colonnes qui comptent changent entre les deux régimes.

Ce que mesure réellement la colonne des 180 s

La puissance publiée sur 180 secondes est la puissance que le moteur peut absorber pendant 180 secondes avant d’atteindre la limite thermique fixée par sa classe d’isolation et son montage, et le fabricant précise la convention de température qui la sous-tend. Elle se situe entre une montée et une sortie : plus longue que n’importe quelle poussée de décollage, bien plus courte qu’un vol. Son rôle utile dans une présélection de longue endurance est comparatif – une fiche à 1200 W face à une fiche à 380 W est une vraie différence dans le courant que le bobinage peut porter avant d’atteindre la limite, et dans la marge dont dispose une cellule plus lourde si le point de vol stationnaire se déplace. Ce n’est pas une valeur par laquelle diviser l’énergie d’un pack, et les sections ci-dessus montrent pourquoi : c’est la poussée par watt au point de vol stationnaire, et non le plafond thermique, qui convertit l’énergie stockée en temps de vol.

Le régime dans le temps, et pourquoi une valeur de pointe ne peut pas le remplacer

Une mission a une forme, et c’est cette forme qu’éprouve un bobinage. Une montée de quelques dizaines de secondes, un vol stationnaire de plusieurs minutes, un tronçon de repositionnement et une descente présentent chacun un courant différent, et seul le segment de vol stationnaire dure assez longtemps pour compter sur le plan thermique en régime établi. Le tableau de spécifications ne comporte aucune colonne pour ce profil, ce qui signifie que la comparaison doit être reconstruite à partir des éléments qui existent : le rendement au point de vol stationnaire tiré des données d’essai, la résistance qui transforme le courant de vol stationnaire en chaleur, et les valeurs publiées aux extrémités de la plage. Lire une présélection par le plus grand nombre de la colonne de puissance substitue un extrême à une distribution, et c’est la façon la plus courante de fonder une sélection de longue endurance sur une mauvaise base.

La chute de tension en fin de pack

Un pack qui a livré la majeure partie de sa capacité se trouve à une tension plus basse qu’un pack plein, et le moteur le voit directement, car le KV convertit les volts en vitesse d’arbre. En fin de vol, la vitesse d’arbre disponible à une position de gaz donnée diminue donc, et maintenir la même poussée demande plus de courant – ce qui augmente les pertes cuivre au moment précis où le pack a le moins de marge à donner. Les fiches ne décrivent cela qu’à travers la colonne du nombre d’éléments, et c’est une raison pour laquelle ce nombre mérite d’être lu comme une partie du régime de service plutôt que comme un détail de conditionnement. Une construction dont tout le vol est planifié sur la tension du pack plein planifie sur le sommet d’une courbe qui descend.

La masse, et la capacité de batterie qu’elle déplace

Sur un moteur BLDC pour UAV à longue endurance, la masse n’est pas gratuite : elle est payée sur les deux budgets qui décident de l’endurance, la charge utile et le pack. Chaque gramme ajouté au moteur doit être porté pendant tout le vol, ce qui augmente la puissance de vol stationnaire et fait donc baisser le pack plus vite ; le même gramme retiré du pack supprime de l’énergie stockée. Le compromis est réel et mesurable, ce qui explique pourquoi la colonne de masse figure à côté des colonnes de rendement plutôt que dans une annexe mécanique.

La masse du moteur se paie sur la charge utile ou sur le pack

Les sept fiches vont de 68 g à 171 g, et cet écart n’est pas fortuit : les fiches les plus légères sont les fiches basse tension qui portent moins de cuivre, et les plus lourdes portent le bobinage et les aimants qu’exige un régime de poussée plus élevée. Placer un moteur plus lourd sur une cellule n’ajoute pas simplement sa propre masse, car la capacité de poussée supplémentaire peut autoriser une hélice plus grande ou une montée plus courte, ce qui peut en rendre une partie. Ce qu’elle ne peut pas faire, c’est échapper à l’arithmétique du vol stationnaire : à masse totale fixée, un ensemble propulsif plus lourd laisse moins de place au pack, et le pack est le budget d’endurance. La colonne de masse se lit donc en dernier dans la séquence ci-dessous, mais elle se lit face aux colonnes de rendement plutôt qu’isolément.

La masse sans le câble est ce que porte la cellule

Deux conventions de masse existent dans les fiches et elles ne sont pas interchangeables. La valeur du tableau ci-dessous est le poids publié câble et connecteur compris ; une valeur distincte pour le moteur seul n’est publiée que pour trois des sept fiches, à 80 g sur le MN3110 KV470, 97 g sur le MN3510 KV360 et 150 g sur le MN4014 KV400. Ces trois fiches montrent que le câble et le connecteur représentent une part significative du poids publié, entre environ 12 et 18 pour cent du total sur ces fiches, si bien qu’un budget de masse établi sur la valeur du tableau est conservateur dans le bon sens. Aucune hypothèse n’est faite ici pour une valeur hors câble sur les quatre fiches qui n’en publient pas, et aucune n’est estimée.

Tension de bus et l’hélice que le moteur doit entraîner

Sur un moteur BLDC pour UAV à longue endurance, le nombre d’éléments et le KV sont souvent traités comme deux décisions distinctes alors qu’ils sont les deux moitiés d’un même rapport. Le KV convertit la tension appliquée en vitesse d’arbre, si bien que la tension de bus et la valeur de KV se multiplient pour placer la vitesse à vide ; l’hélice décide ensuite quelle part de cette vitesse subsiste en charge et quel courant le moteur appelle pour l’entraîner. Lire les deux colonnes séparément est ce qui produit des constructions individuellement raisonnables et globalement mal appariées.

Le nombre d’éléments et le KV sont les deux moitiés d’un même rapport

Comme la vitesse à vide évolue avec le KV à bus fixe, le rapport de deux valeurs de KV est le rapport de leurs vitesses d’arbre sur un pack commun. Dans ce groupe, le MN3110 KV470 et le MN6007 II KV160 occupent les extrêmes, à 470 KV sur 3-6S et 160 KV sur 12S, et le rapport entre eux – proche de trois pour un – est toute la raison pour laquelle les deux extrémités du tableau ne sont pas interchangeables. La même vitesse d’arbre peut être atteinte par un moteur à KV élevé sur un faible nombre d’éléments ou par un moteur à faible KV sur un nombre d’éléments élevé ; ce qui change, c’est le courant. À puissance d’arbre constante, élever le bus abaisse le courant, ce qui abaisse les pertes cuivre dans le bobinage et le courant que l’ESC doit fournir.

KV plus faible, hélice plus grande, charge disque plus faible

Une hélice plus grande est un levier plus long sur l’arbre et demande plus de couple à vitesse donnée, et le couple dans un moteur brushless est produit par le courant. Une hélice grande et à pas fort sur un moteur à faible KV est donc un couple apparié, et la même hélice sur un moteur à KV élevé exigerait soit une position de gaz plus basse – ce qui éloigne le point de fonctionnement de sa région efficace –, soit un courant pour lequel le bobinage n’est pas dimensionné. C’est la moitié mécanique de l’argument que la section sur le vol stationnaire développe sur le plan électrique, et cela explique l’ordre du groupe : les valeurs de KV baissent à mesure que la poussée publiée augmente, de 470 KV sur la fiche la plus légère à 160 KV sur celle à la poussée la plus élevée. Le rendement d’un UAV de longue endurance et la charge disque sont reliés par cet ordre, et non par la colonne de puissance.

Moteur BLDC pour UAV à longue endurance : matrice de comparaison des spécifications

Les sept fiches actuellement référencées dans la catégorie Moteurs pour UAV sont présentées ci-dessous comme un seul jeu de spécifications, classées par masse publiée afin que le pas de la fiche la plus légère à la plus lourde soit visible dans la colonne elle-même. Chaque valeur est celle que le fabricant publie pour ce modèle, et aucune cellule n’est estimée. Lorsqu’une fiche ne porte pas un champ, le tableau le dit plutôt que de combler la lacune. Les mêmes sept modèles sont ceux regroupés sous le régime de service UAV endurance discuté dans les sections ci-dessus.

Modèle, configuration du stator, résistance interne, nombre d’éléments publié, poussée maximale, puissance maximale sur 180 secondes et masse tels que publiés par le fabricant pour les sept modèles de la série MN actuellement référencés dans la catégorie Moteurs pour UAV, classés par poids publié. La poussée maximale et la puissance sur 180 secondes sont les valeurs que le fabricant publie pour chaque modèle ; toutes deux dépendent de l’hélice et de la tension de bus utilisées à l’essai, si bien qu’elles ne sont comparables au sein du groupe qu’en ce sens qu’elles décrivent la condition publiée propre à chaque modèle. Le nombre d’éléments est affiché tel que publié, si bien qu’une valeur unique signifie une fenêtre publiée unique et qu’une plage signifie que le modèle est publié sur cette plage. Le poids inclut le câble et le connecteur. Aucune colonne KV n’apparaît, car chaque nom de modèle du tableau porte sa propre valeur de KV, et aucune colonne d’encombrement n’apparaît, car le régime décrit ici repose sur les colonnes électriques plutôt que sur les dimensions du corps.

Deux lectures ressortent une fois les sept réunis sur une seule page, et aucune n’est la colonne de puissance. La première est que la résistance interne du moteur d’UAV ne suit pas le même ordre que la masse : le MN5008 KV340 porte 55 mΩ à 135 g, tandis que le MN3510 KV360 porte 188 mΩ à 117 g et le MN4006 KV380 194 mΩ à 68 g. En descendant cette colonne, les deux fiches les plus légères sont celles à la résistance la plus élevée, ce à quoi ressemble un bobinage dimensionné pour une cellule légère, et les corps 24N28P au milieu du tableau sont ceux aux valeurs faibles. Une présélection construite sur la seule colonne de masse placerait ces fiches dans le mauvais ordre pour un vol long et régulier.

La seconde est que le nombre d’éléments divise le tableau en deux. Trois fiches sont publiées pour 6-12S ou 12S et quatre pour 6S ou moins, et les valeurs de KV suivent cette division : les quatre fiches basse tension vont de 340 à 470 KV et les trois fiches haute tension de 160 à 240 KV. Comme le KV est le nombre de tours par volt, les deux groupes atteignent des vitesses d’arbre comparables à partir de tensions de pack très différentes, et la valeur qui les sépare est le courant que chacun appelle pour sa puissance publiée. C’est cette lecture que la séquence de dimensionnement ci-dessous transforme en décision.

Une troisième lecture concerne les fiches les plus proches dans le tableau. Le MN501-S KV240 et le MN4014 KV400 sont voisins en masse à 170 g et 171 g, mais ils sont conçus pour des extrémités différentes du régime : l’un est une fiche 24N28P 6-12S à 1200 W et l’autre une fiche 18N24P 4-8S à 900 W. Une masse voisine avec un stator différent, une fenêtre de bus différente et une puissance publiée différente est le rappel le plus clair du tableau que la masse est un résultat de conditionnement plutôt qu’une description du régime de service. Choisir entre eux dépend du bus que la cellule peut emporter et de l’hélice que chacun est censé entraîner, et non du 1 g qui les sépare.

Sept fiches face à trois bandes de masse de plate-forme

Le tableau trie par poids, ce qui est le bon ordre pour une présélection et le mauvais ordre pour comprendre ce que contient le groupe. Lu par plate-forme plutôt que par fiche, les sept moteurs BLDC pour un régime de longue endurance actuellement référencés dans la catégorie Moteurs pour UAV se répartissent en trois bandes, et les limites de bande sont fixées par la masse au décollage de la cellule plutôt que par le moteur. Les trois sections ci-dessous placent chaque fiche là où elle appartient et signalent ce que les fiches ne disent pas.

Les plates-formes de moins de 2 kg et ce que les fiches laissent ouvert

L’extrémité légère du groupe est portée par trois fiches conçues pour de petites plates-formes caméra. Le Moteur UAV T-Motor MN4006 KV380 est le plus léger à 68 g, une fiche 18N24P 4-6S publiant 2309 g de poussée et 380 W ; le Moteur UAV T-Motor MN3110 KV470 est une fiche 12N14P 3-6S de 98 g publiant 1220 g et 330 W ; et le Moteur UAV T-Motor MN3510 KV360 est la fiche 12N14P 3-6S de 117 g publiant 1900 g et 330 W. Les deux fiches 12N14P illustrent pourquoi une valeur de poussée doit être accompagnée de sa condition d’essai : la courbe publiée par le fabricant pour le MN3510 KV360 atteint 1000 g sur une hélice 15 × 5 CF à 14.8 V, si bien que sa valeur de fiche de 1900 g appartient à un bus plus élevé au sein de sa fenêtre 3-6S. Ce que les fiches laissent ouvert pour cette bande est la valeur du courant de vol stationnaire pour une hélice et un bus précis, qui est le nombre dont a besoin un budget d’endurance de moins de 2 kg et qui n’est pas porté comme colonne.

La bande cartographie et inspection de 2-5 kg

Deux fiches couvrent la bande intermédiaire, et ce sont celles dont la construction du stator les rapproche le plus d’un régime de longue endurance dédié. Le Moteur UAV T-Motor MN4014 KV400 pèse 171 g dans un corps 18N24P publiant 3360 g et 900 W sur une fenêtre 4-8S ; le Moteur UAV T-Motor MN5008 KV340 pèse 135 g dans un corps 24N28P publiant 4215 g et 760 W sur 6S. Les deux diffèrent dans la direction qui compte pour ce régime : le MN5008 KV340 porte 55 mΩ de résistance contre 67 mΩ pour le MN4014 KV400, et son nombre d’éléments publié est un 6S unique plutôt qu’une fenêtre 4-8S. Une plate-forme de cartographie qui a opté pour un pack 6S et veut la perte cuivre la plus faible lit le MN5008 KV340 ; une plate-forme qui veut que le bus soit une variable libre sur toute la construction, ou qui a besoin de la puissance publiée la plus élevée, lit le MN4014 KV400. L’écart entre 135 g et 171 g est de 36 g de masse de cellule, ce qui est une fraction de la charge utile que l’un ou l’autre peut soulever et une fraction réelle d’un petit pack.

La bande longue endurance et levage VTOL de 5-10 kg

L’extrémité lourde du groupe est occupée par deux fiches qui diffèrent de tout ce qui se trouve en dessous dans le tableau. Le Moteur UAV T-Motor MN501-S KV240 est une fiche 24N28P 6-12S de 170 g publiant 4660 g et 1200 W ; le Moteur UAV T-Motor MN6007 II KV160 est une fiche 24N28P 12S de 159 g publiant 6419 g et 1120 W, la poussée publiée la plus élevée du jeu. Les deux portent une fenêtre de bus large ou élevée et un faible KV, ce qui est la combinaison dont a besoin une grande hélice lente, et les deux conviendraient au rôle de levage d’une plate-forme VTOL aussi bien qu’à un rôle de vol stationnaire sur un multirotor. Le MN6007 II KV160 associe la poussée publiée la plus élevée à la deuxième résistance la plus élevée, à 178 mΩ, ce à quoi ressemble un rapport KV-poussée élevé dans un bobinage à faible KV : moins de spires de fil plus épais ne découle pas de la poussée seule, et c’est dans la colonne de résistance que cela se voit.

Choisir un moteur BLDC pour UAV à longue endurance : une séquence de dimensionnement

L’ordre ci-dessous est l’ordre dans lequel les valeurs publiées deviennent des décisions, car chaque étape élimine des candidats qu’une étape ultérieure ne peut pas ramener. Il est écrit pour une présélection tirée des sept fiches actuellement référencées dans la catégorie Moteurs pour UAV, mais la séquence elle-même ne dépend pas des fiches qui composent le groupe. La page d’application UAV endurance contient les mêmes sept modèles avec leurs attributs de filtre.

Le régime de service et le budget de vol stationnaire d’abord

Le profil de mission est fixé avant toute lecture de moteur : la durée de vol stationnaire, la montée, la charge utile et la réserve donnent ensemble l’énergie que le pack doit contenir et la puissance de vol stationnaire que la cellule doit produire. Ces deux nombres bornent ensuite la recherche, car un moteur dont les valeurs publiées ne peuvent pas soutenir la puissance de vol stationnaire à un rendement que le pack peut se permettre ne sera sauvé par aucune étape ultérieure. Dans ce groupe, la puissance publiée sur 180 secondes augmente avec la poussée publiée dans le même ordre, de 330 W sur la fiche 12N14P la plus légère à 1200 W sur le MN501-S KV240, si bien qu’un candidat dont la puissance sort largement de cette progression pour sa poussée mérite un examen avant d’entrer dans la présélection.

Intégration électrique et le pack

Le bus est lui-même une décision, car il fixe la masse du pack et le calibre de l’ESC en même temps qu’il fixe le courant que porte le bobinage au point de vol stationnaire. Dans ce groupe, le choix se fait en pratique entre les fiches publiées pour 6S ou moins, de 330 W à 760 W de puissance sur 180 secondes, et les fiches publiées pour 6-12S ou 12S, à 1120 W et 1200 W. Un faible KV sur un bus élevé abaisse le courant de vol stationnaire pour une puissance d’arbre donnée, ce qui abaisse les pertes cuivre et prolonge le temps pendant lequel le même pack peut soutenir l’aéronef, et il paie cela par un pack plus lourd et un ESC à tension plus élevée. C’est l’étape où la colonne de résistance interne du moteur d’UAV tranche un choix serré, et c’est aussi l’étape où la valeur des 180 secondes ne doit servir que de signal de marge entre candidats de régime voisin.

Encombrement mécanique et les fiches

Ce n’est qu’après que le régime, le bus et le bobinage ont réduit la liste que le volet mécanique de la décision entre en jeu, et à ce stade l’ensemble des candidats est généralement assez court pour que le dégagement, l’arbre et le cheminement des câbles tranchent. La colonne de masse se lit face au budget du pack à cette étape plutôt que comme une note de qualité, et la valeur hors câble est utilisée là où la fiche en publie une, sur trois des sept modèles présentés ici, car c’est la masse que porte la structure de la cellule. Là où une fiche ne porte pas un champ dont dépend la construction – courant à vide sur quatre des sept, poids hors câble sur quatre –, la démarche honnête est de poser la question à la documentation du fabricant plutôt que de déduire la valeur d’un modèle voisin.

Les trois étapes appliquées à ce groupe donnent une présélection plutôt qu’une réponse :

1. Petites plates-formes caméra et cellules de moins de 2 kg. Le MN4006 KV380, le MN3110 KV470 et le MN3510 KV360 sont les fiches 3-6S et 4-6S de 68 g à 117 g, et leur poussée publiée de 1220 g à 2309 g convient à l’extrémité légère du régime sur un petit pack.
2. Plates-formes de cartographie et d’inspection dans la bande 2-5 kg. Le MN5008 KV340 et le MN4014 KV400 sont séparés par 36 g de masse, 21 mΩ de résistance et une fenêtre de bus 6S contre 4-8S, et le choix entre eux découle du degré de liberté que la construction veut dans sa tension de pack.
3. Rôles de multirotor lourd et de levage VTOL dans la bande 5-10 kg. Le MN501-S KV240 et le MN6007 II KV160 sont les fiches 6-12S et 12S, et le MN6007 II KV160 publie la poussée la plus élevée du jeu à 6419 g sur le KV le plus faible.

Questions fréquentes

Ressources officielles

T-Motor publie une page produit officielle pour chaque unité avec son panneau de spécifications et ses données d’essai, et ces pages restent la source de vérité pour chaque valeur citée dans ce guide – par exemple la page produit MN5008 KV340, la page produit MN501-S KV240 et la page produit MN6007 II KV160. Les valeurs de résistance, de nombre d’éléments, de poussée, de puissance et de masse du tableau ci-dessus sont celles que ces pages publient pour chaque modèle. Une valeur de courant de vol stationnaire pour une hélice et une tension précises, une hypothèse thermique derrière la valeur des 180 secondes, ou un courant à vide pour un modèle dont la fiche n’en porte pas, sont des questions pour la documentation du fabricant plutôt que des valeurs dérivables du panneau de spécifications.

Pour aller plus loin

Pour une présélection plutôt qu’une lecture, trois outils de la plate-forme font le travail en séquence. Explorer l’ensemble de la catégorie Moteurs pour UAV pour voir les sept fiches présentées ici aux côtés des modèles de levage lourd et agricoles, utiliser Sélection pour filtrer par nombre d’éléments, masse et puissance publiée, puis confronter les candidats les uns aux autres dans Comparaison. La page d’application UAV endurance contient le même régime de service avec ses propres attributs de filtre.

Trois autres articles portent les parties de ce sujet qu’une sélection de longue endurance ne règle pas. Moteurs UAV : accorder KV, poussée et masse à la cellule couvre le tableau plus large de la propulsion aérienne, y compris les fiches de la série U pour des rôles de levage plus importants qui se situent hors de la série MN comparée ici. Moteurs BLDC pour modèle à voilure fixe : accorder KV, hélice et puissance de croisière reprend la même chaîne d’hélice, de KV et de nombre d’éléments et l’applique à un aéronef porté par une voilure, où le point de fonctionnement est une croisière plutôt qu’un vol stationnaire. Moteurs pour drones à forte charge : trois options T-Motor de 2.85 kg à 101 kg de poussée couvre l’extrémité levage du même régime, où les cellules sont spécifiées en fonction d’une poussée soutenue à l’échelle de plusieurs kilogrammes.

La version courte : fixer d’abord l’hélice et la masse totale, car l’hélice fixe la vitesse d’arbre que le moteur doit atteindre et la masse fixe la puissance de vol stationnaire qu’il doit produire ; apparier ensuite le KV au bus que la cellule peut emporter, car le KV ne devient une vitesse d’arbre qu’une fois une tension attachée, et c’est le bus qui décide du courant ; et lire le bobinage face au courant de vol stationnaire en dernier, car la puissance sur 180 secondes est une fenêtre thermique plutôt qu’un régime nominal. Au sein de ce groupe, cette séquence sépare les fiches 3-6S et 4-6S des deux modèles de milieu de bande 6S et 4-8S et de la paire 6-12S et 12S avant qu’un modèle individuel ne soit pesé contre un autre.