Systèmes de propulsion d'aéronef habité : trois moteurs T-Motor U15 comparés

Dimensionner un moteur pour des Aéronef habité part d'une prémisse différente du dimensionnement d'une cellule sans équipage. Un aéronef sans équipage peut être conçu autour d'une mission et d'un coût, et pour un très grand nombre de missions il est raisonnable de laisser une défaillance de la propulsion mettre fin au vol. Un aéronef emportant une personne ne peut pas être conçu ainsi. Le régime de service est plus long, le point de fonctionnement se situe plus loin vers l'extrémité continue de l'enveloppe, une défaillance unique doit être survivable plutôt que simplement improbable, et chaque chiffre sur lequel s'appuie l'intégrateur doit être traçable jusqu'à un essai plutôt que jusqu'à un titre. Ce guide passe en revue trois moteurs T-Motor U15 - une unité de 1740 g avec la fenêtre de bus consignée la plus large, une unité de 4408 g conçue pour un bus 24 S, et une unité de 5130 g qui consigne la poussée la plus élevée des trois - et explique quelle valeur consignée tranche le choix dans chaque cas, et quelles valeurs figurent dans la fiche technique du fabricant.

Les trois sont des moteurs brushless à rotor externe entraînés par un contrôleur de vitesse électronique externe, et tous les trois figurent dans une seule catégorie ToBMS, Moteurs pour UAV. Ce qui les sépare, c'est la masse, le KV, la poussée consignée et le bus pour lequel chacun est conçu, et ces différences se rattachent aux cellules légères biplace, aux trykes de paramoteur et aux plates-formes cargo plus grandes en cours d'adaptation à une exploitation avec équipage. Chaque chiffre cité ici provient de la fiche produit ToBMS correspondante ; les conversions entre grammes et kilogrammes, les rapports construits à partir de deux valeurs consignées et toute quantité déduite de la chimie des cellules sont signalés comme dérivés, et un champ sans valeur est marqué comme manquant plutôt que complété depuis un modèle voisin. Deux des trois fiches ne portent pas les colonnes électriques dans leur intégralité, et savoir quelle colonne manque à quelle fiche fait partie du choix.

Réponse rapide

La première décision dans cette catégorie n'est pas la poussée, c'est le nombre de moteurs que porte la cellule et ce qui se passe lorsque l'un d'eux s'arrête. Tout le reste - KV, masse, bus, hélice - se dimensionne ensuite face à ce cas de défaillance plutôt que face à un point de vol stationnaire nominal. Sur cette base, les trois moteurs ci-dessous occupent trois rôles distincts plutôt que de former un classement.

Là où la cellule est petite, où le pack est la contrainte déterminante et où la répartition de propulsion comporte assez d'unités pour qu'en perdre une laisse une marge confortable, le U15 II KV80 est le seul des trois à accepter du 12-24S, et à 1740 g il est le plus léger par un facteur supérieur à deux. Il consigne 36.5 kg de poussée maximale et 8580 W sur une fenêtre de 180 s, et c'est le seul des trois dont la fiche publie une valeur de puissance, quelle qu'elle soit.

Là où la cellule est une conception fixe en 24 S et où le budget de masse autorise un moteur plus lourd, le U15XL KV38 consigne 81.2 kg de poussée à 4408 g, avec une valeur de courant de crête de 180 A, un courant de repos de 3.5 A à 10 V et un bobinage de 17 mΩ - la résistance la plus faible consignée dans ce groupe, à égalité avec l'U15 II - ce qui en fait l'unité dont la fiche électrique est la plus complète au milieu de la plage de masse.

Là où c'est la poussée consignée la plus élevée par moteur que la conception exige, le U15XXL KV29 consigne 101.4 kg à 5130 g sur le même bus 24 S et le même stator 36N42P, avec une valeur de courant de crête de 210 A et 20 mΩ de résistance de bobinage. Ce qu’aucune des trois fiches ne porte, c’est une puissance continue et indéfinie. Les substituts disponibles les plus proches sont la valeur de puissance sur 180 s de l'U15 II et les valeurs de courant de crête des deux autres, et ce sont des déclarations sur une fenêtre de service plutôt que des régimes continus - une distinction qu'il vaut la peine de retenir lorsqu'une revue de conception demande combien de temps une montée peut être tenue.

Ce qui change lorsque l'aéronef emporte une personne

Rien dans la construction de ces moteurs ne les distingue d'un autre grand rotor externe de la catégorie. Ce qui change, c'est la forme de l'exigence, et dans les Aéronef habité c'est l'exigence qui décide quelle colonne de la fiche devient déterminante.

Les défaillances doivent être survivables, pas seulement improbables

Une cellule sans équipage peut être conçue pour qu'une défaillance de la propulsion mette fin à la mission, et à cette échelle le compromis est généralement acceptable. Une cellule avec équipage ne le peut pas : la répartition de propulsion doit pouvoir perdre au moins une unité et maintenir malgré tout l'aéronef en l'air, ce qui déplace la valeur utile de la poussée par moteur vers la poussée par moteur avec le plus mauvais retiré. Sur une répartition à quatre moteurs, il reste les trois quarts de la poussée installée ; sur une répartition à six moteurs, les cinq sixièmes. L'arithmétique est simple, et c'est pourquoi un moteur qui paraît surdimensionné face à un point de vol stationnaire nominal est souvent correctement dimensionné face au cas de défaillance.

Lue face à ce groupe, une cellule à quatre moteurs construite sur des U15XXL KV29 aurait trois unités restantes après une défaillance unique, tenant environ 304 kg des 406 kg que les quatre consignent ensemble - les deux valeurs étant dérivées des 101.4 kg consignés par moteur. La même arithmétique sur l'U15 II KV80 laisse 110 kg des 146 kg que quatre d'entre eux consignent. Aucun de ces deux nombres ne décide si une cellule vole sur trois moteurs ; cela dépend de la conception, et la conception appartient à l'intégrateur plutôt qu'au moteur. Ce que les nombres montrent, c'est quel moteur achète la marge la plus large pour la masse qu'il ajoute, et là où une conception est proche de sa marge, cette différence constitue tout l'argument de sélection.

Le point de fonctionnement soutenu compte plus que la crête

Un vol stationnaire dans un aéronef avec équipage n'est pas un transitoire, et une montée en croisière non plus. Là où un profil de mission sans équipage passe son temps dans de brèves excursions au-dessus d'une moyenne confortable, un profil avec équipage tend à tenir une fraction élevée de la puissance disponible pendant des minutes d'affilée - ce qui place le comportement thermique, plutôt que la puissance de crête, au centre de la décision. Les valeurs de crête comptent encore, mais pour un autre usage : elles dimensionnent le faisceau, le connecteur et le contrôleur, car c'est le courant, et non la puissance, qu'un conducteur ressent.

Les colonnes qui parlent du fonctionnement soutenu sont celles qui ont le plus de chances d'être absentes. La fiche de l’U15 II KV80 porte 8580 W sur une fenêtre de 180 s, ce qui est une déclaration de service plutôt qu’un régime, et aucune des deux autres fiches ne porte de valeur de puissance, quelle qu’elle soit. Sur ces deux derniers, l'information électrique disponible est une valeur de courant de crête - 180 A sur l'U15XL KV38 et 210 A sur l'U15XXL KV29 - accompagnée d'un courant de repos à vide mesuré à 10 V. C'est assez pour dimensionner un faisceau et pour comparer des bobinages ; ce n'est pas assez pour déclarer un point de fonctionnement continu, et le traiter comme s'il l'était est la façon la plus courante dont une estimation de propulsion avec équipage tourne mal.

La masse du côté hélice est facturée deux fois

La masse d'un moteur sur un aéronef n'est pas seulement soulevée, elle est accélérée. Sur une aile ou un bras, la masse tournante et non tournante à l'extrémité extérieure augmente l'inertie que la cellule doit vaincre en tangage et en roulis, ce qui se manifeste comme réponse en commande et qualité de vol plutôt que comme déficit de poussée. L'effet se ressent en permanence, tandis que la poussée achetée avec cette masse n'est utilisée qu'au sommet de l'enveloppe.

L'écart au sein de ce groupe est assez large pour compter. Quatre moteurs U15 II KV80 totalisent 7.0 kg, quatre unités U15XL KV38 totalisent 17.6 kg et quatre unités U15XXL KV29 totalisent 20.5 kg - toutes dérivées des masses consignées. L'écart entre le jeu de quatre moteurs le plus léger et le plus lourd est donc de 13.6 kg sur la cellule, ce qui, sur une plate-forme légère biplace, est un vrai nombre plutôt qu'une erreur d'arrondi. C'est aussi la raison pour laquelle l'unité la plus légère ici n'est pas automatiquement le bon point de départ : elle consigne la poussée la plus faible des trois, et une conception qui a besoin de cette poussée ne peut pas la racheter en rognant de la masse ailleurs.

Les données consignées sont une entrée de conception, pas un résumé

Dans un projet sans équipage, une colonne de spécification manquante est une gêne qui se résout par un essai. Dans un projet avec équipage, c'est une action ouverte dans une revue de conception, car les nombres qui closent une revue doivent venir d'un essai documenté plutôt que d'une déduction. Cela change la manière de lire une fiche à laquelle il manque une colonne : non pas comme une lacune à combler avec une valeur plausible empruntée à un moteur similaire, mais comme une question à poser au fabricant avant de sélectionner la pièce.

Appliqué ici, la fiche de l'U15 II KV80 documente la puissance et les dimensions, tandis que les courants de crête et de repos figurent dans la fiche technique du fabricant ; les fiches de l'U15XL KV38 et de l'U15XXL KV29 documentent le courant de crête et le courant de repos, la résistance, l'arbre et le câble, tandis que la valeur de puissance figure dans la fiche technique du fabricant. Chacun des trois porte donc les colonnes dont un type d’intégration a besoin et laisse une colonne en attente pour un autre, et la réponse honnête est de nommer la lacune plutôt que de la masquer. Il vaut la peine de noter que la dénomination du fabricant lui-même pour deux de ces unités pointe directement vers une exploitation avec équipage, si bien qu'une revue de conception peut lire cette dénomination au regard des valeurs de poussée et de courant consignées.

Les chiffres qui décident du choix

Six groupes de valeurs portent la quasi-totalité de la décision dans un travail sur les Aéronef habité. Trois d'entre eux sont publiés pour les trois moteurs et trois ne le sont pas, ce qu'il vaut mieux établir avant de dresser une présélection.

La portance avec un moteur retiré

C'est le filtre qui élimine des candidats plutôt qu'il ne les classe, et il travaille en sens inverse d'une comparaison de poussée classique. Un moteur est éliminé ici pour une raison qui n'a rien à voir avec sa propre valeur nominale : la poussée que ses semblables peuvent produire après sa propre défaillance est insuffisante, si bien que la question se pose toujours sur l'ensemble plutôt que sur l'individu. Dans ce groupe, la poussée maximale consignée va de 36.5 kg à 101.4 kg, et la valeur des trois quarts qu'une répartition à quatre moteurs retiendrait va de 110 kg à 304 kg - dérivée partout des valeurs consignées par moteur.

Deux mises en garde accompagnent cette arithmétique. D'abord, la poussée maximale est consignée par ToBMS comme une valeur unique tirée des données d'essai du fabricant, décrivant une hélice à un régime et à une tension donnés ; c'est un plafond plutôt qu'un point de travail. Ensuite, aucune des trois fiches ne consigne de valeur de poussée pour le vol stationnaire, si bien qu'une marge calculée à partir de la valeur maximale est une marge face à un plafond, et la marge réelle en vol stationnaire est plus faible de tout l'écart qui sépare les deux. Là où une conception est proche de la limite, cet écart mérite d'être comblé à partir des données d'essai du fabricant avant de figer la répartition de la cellule.

Ce que les fiches disent du fonctionnement continu

La seule valeur soutenue de ce groupe est celle de l'U15 II KV80 : 8580 W sur une fenêtre de 180 s. Lue comme une déclaration de service, elle dit que l'unité a tenu cette puissance pendant trois minutes sur un banc d'essai, ce qui est une indication utile de la capacité thermique et non une définition de ce qui peut être tenu indéfiniment. Un contrôle dérivé est disponible : si 8580 W étaient appelés au sommet de sa fenêtre 12-24S, un pack 24 S à environ 88.8 V nominal - la convention standard de 3.7 V par élément, et non une spécification de moteur - implique environ 97 A selon notre estimation, une valeur dérivée des valeurs consignées plutôt qu'une valeur nominale du fabricant. Cela en dit plus sur la manière dont l'essai a été mené que sur la limite du moteur.

Les deux autres moteurs ne publient aucune valeur de puissance, si bien que leur comportement soutenu doit être déduit des colonnes de courant et de résistance. Cette déduction est légitime et elle est limitée : les pertes cuivre évoluent avec le carré du courant, donc les nombres ci-dessous sont utiles pour comparer et inutiles comme régime. Ce qu'ils établissent, c'est lequel des deux moteurs plus lourds tourne le plus froid à sa propre crête, et c'est une chose légitime à comparer entre deux fiches de même nature.

Le bus, le courant et le faisceau derrière eux

La tension de bus est fixée par le pack, et dans ce groupe elle fixe largement la liste des candidats. L'U15 II KV80 accepte du 12-24S, qui est la fenêtre consignée la plus large des trois et la seule qui englobe un pack à tension plus basse ; l'U15XL KV38 et l'U15XXL KV29 consignent tous deux 24 S. Une fenêtre plus large n'est pas automatiquement meilleure - elle signifie que le même moteur peut tourner sur un pack plus modéré, ce qui est utile lorsqu'une seule cellule doit servir un programme d'essai et un programme de vol sans changement de moteur.

Le courant est ce en quoi les deux plus lourds se séparent du plus léger. L'U15XL KV38 consigne 180 A en crête et l'U15XXL KV29 consigne 210 A en crête, tandis que l'U15 II KV80 ne publie aucune valeur de courant de crête, si bien qu'aucune comparaison à armes égales entre les trois n'est disponible. Avec la convention 24 S d'environ 88.8 V nominal, une crête de 210 A sur l'U15XXL implique environ 18.6 kW à cet instant et une crête de 180 A sur l'U15XL environ 16 kW selon notre estimation - les deux dérivées des valeurs consignées plutôt que de valeurs nominales du fabricant, et les deux utiles surtout pour le dimensionnement. Ces mêmes nombres fixent la section de cuivre des câbles, le calibre du connecteur et le courant continu du contrôleur, et sur un aéronef avec équipage ces trois éléments sont généralement choisis avec moins de marge que le moteur lui-même.

La résistance de bobinage et où va la chaleur

La résistance est la colonne qui relie le courant à la température. À courant donné, elle fixe les pertes cuivre, et les pertes cuivre sont de la chaleur produite à l'intérieur d'un moteur qui compte déjà sur le flux d'air pour son refroidissement. Deux des trois fiches la publient : 17 mΩ sur l'U15 II KV80 comme sur l'U15XL KV38, et 20 mΩ sur l'U15XXL KV29. Tenu à ses courants de crête consignés respectifs, le bobinage de 17 mΩ de l'U15XL KV38 dissipe environ 551 W et le bobinage de 20 mΩ de l'U15XXL KV29 environ 882 W - les deux étant notre estimation à partir des valeurs consignées et sans correction de température, et les deux étant une valeur d'instant de crête plutôt qu'une valeur stable, puisqu'une montée soutenue appelle bien moins que la crête.

La comparaison est instructive précisément parce qu'elle ne favorise pas le plus grand moteur sur tous les axes. L'U15XXL KV29 a la résistance la plus élevée et le courant de crête le plus élevé, il produit donc plus de chaleur en crête que l'U15XL KV38 ; en échange, il consigne 101.4 kg de poussée contre 81.2 kg. Choisir entre les deux sur une cellule avec équipage est donc une question de profil de service - combien de temps dure le segment à forte puissance, et combien de flux d'air est disponible pendant celui-ci - plutôt qu'une question de savoir quel moteur est meilleur. L'U15 II KV80 ne peut pas être placé sur cet axe du tout, puisque son courant de crête n'est pas consigné ; son bobinage de 17 mΩ est le plus faible ici, ce qui est cohérent avec un stator plus petit portant moins de tours.

La géométrie du rotor et l'hélice qu'il peut entraîner

Les trois fiches partagent la même configuration de stator 36N42P, configuration commune à tout le groupe et utile pour la sélection : cela signifie que les différences entre eux tiennent au bobinage, à l’aimant, à l’empilement et à la masse plutôt qu’à l’architecture encoches-pôles. Cela retire une variable de la comparaison et laisse l'appariement de l'hélice comme question géométrique restante.

Le KV est la valeur qui décide quelle hélice une unité peut entraîner à une vitesse utile. Les trois valeurs ici - 80, 38 et 29 - ne sont pas un classement de puissance ; ce sont trois réponses à la question de savoir où le régime du rotor doit se situer pour un bus donné. Une unité de 29 KV sur un bus 24 S entraîne une hélice bien plus grande à une vitesse plus faible qu'une unité de 80 KV, ce qui explique que les deux ne soient pas interchangeables même là où la cellule pourrait physiquement accepter l'une ou l'autre. Lorsqu'une conception agrandit ou réduit une cellule existante, c'est en appariant ensemble le KV et le disque d'hélice que l'on préserve le point de fonctionnement, et c'est en ne changeant que la taille du moteur qu'on le casse.

Arbre, fixation et interface de câble

Les colonnes mécaniques décident si un moteur peut être installé, et sur un aéronef avec équipage elles décident aussi dans quelle mesure il est maintenable. L'encombrement est proche dans tout le groupe mais pas identique : l'U15 II KV80 mesure Ø147.5 × 55 mm, tandis que l'U15XL KV38 et l'U15XXL KV29 mesurent tous deux Ø151.5 mm et diffèrent en longueur, à 96 mm et 106 mm respectivement. La longueur de 55 mm de l'unité la plus légère est un peu plus de la moitié de celle de la plus grande, ce qui explique l'essentiel de son avantage de 3.39 kg de masse sur l'U15XXL KV29.

Le diamètre d'arbre scinde le groupe d'une manière qui compte plus qu'il n'y paraît : l'U15 II KV80 consigne un arbre de 20 mm là où les deux autres consignent 25 mm, ce qui change l'adaptateur d'hélice, la méthode de retenue et la charge qu'un moyeu peut porter. L'U15XL KV38 et l'U15XXL KV29 publient chacun une longueur de fil de 200 mm, suffisante pour atteindre un contrôleur monté à distance de l'extrémité du bras et pour garder court le trajet haute intensité ; l'U15 II KV80 consigne à la place une longueur de câble de 100 mm, ce qui convient à un contrôleur plus proche mais ne correspond pas à la même mesure sur la même base, si bien que les deux ne devraient pas être comparés comme s'ils l'étaient. Lorsqu'une valeur n'est pas consignée, l'hypothèse doit être vérifiée sur la pièce plutôt que sur un modèle voisin.

Trois moteurs T-Motor U15 comparés

Le tableau ci-dessous rassemble les trois unités par masse croissante. Chaque valeur est telle que publiée dans la fiche produit ToBMS correspondante, et les lacunes sont marquées plutôt que comblées.

Les trois moteurs sont consignés dans la catégorie Moteurs pour UAV de ToBMS et sont publiés par T-Motor. La poussée est stockée en grammes dans chaque fiche et affichée ici convertie en kilogrammes ; les valeurs de poussée, de masse et de courant sont telles que consignées, et chaque rapport ou total cité ailleurs dans cet article en est dérivé et signalé comme dérivé là où il apparaît. Une cellule du tableau est marquée plutôt que comblée : aucun courant de crête n'est consigné pour l'U15 II KV80. Deux autres valeurs se situent hors du tableau, car aucune colonne de ce type n'est portée - la valeur de puissance de l'U15XL KV38 comme de l'U15XXL KV29 figure dans la fiche technique du fabricant - si bien que le groupe dans son ensemble n'a aucune colonne électrique renseignée pour les trois.

Le premier schéma que montre le tableau est que la poussée et la masse évoluent ensemble presque exactement, et que cette proportionnalité ne récompense pas la taille. Les trois unités s'étendent sur environ 2.9 fois en masse, de 1740 g à 5130 g, et sur environ 2.8 fois en poussée consignée, de 36.5 kg à 101.4 kg - les deux dérivées. La poussée par unité de masse moteur ressort à environ 21.0, 18.4 et 19.8 fois pour l'U15 II KV80, l'U15XL KV38 et l'U15XXL KV29 respectivement, tous dérivés de la même manière. L’unité la plus légère affiche donc le rapport consigné le plus élevé des trois et l’unité intermédiaire le plus faible, ce qu’il vaut la peine d’énoncer clairement parce que cela va à l’encontre de l’attente selon laquelle le plus grand moteur est la façon la plus efficace d’acheter de la poussée.

Le deuxième schéma est dans la colonne qui manque. L'unité dont la poussée consignée est la plus élevée ne publie aucune valeur de puissance, et l'unité dont la fenêtre de bus est la plus large ne publie aucun courant de crête - si bien que, du côté électrique, chaque fiche est renseignée exactement là où l'autre ne l'est pas. Une conception qui a besoin d'un nombre de puissance continue et d'un nombre de courant de crête pour le même moteur ne trouvera pas les deux dans ce groupe, et la réponse appropriée est de porter la question au fabricant plutôt que d'interpoler entre les fiches.

Le troisième schéma concerne le bus. Deux unités se situent sur un bus fixe 24 S et une englobe 12-24S, et la configuration de stator partagée par les trois signifie que cette différence tient entièrement au bobinage plutôt qu'aux éléments magnétiques. C'est une chose utile à savoir lorsqu'une conception change de pack : sur les deux unités 24 S, le pack fait partie de la spécification, tandis que sur l'U15 II KV80 un pack à tension plus basse est à l'intérieur de la fenêtre consignée et seule l'hélice doit être réappariée.

Lire chaque moteur face à une mission habitée

Les valeurs consignées ne deviennent une décision qu'une fois lues face à ce que fait l'aéronef. Chacune des trois unités ci-dessous convient à un type de cellule différent, et aucune ne convient aux trois.

U15 II KV80 - l'unité la plus légère et le bus le plus large

L'U15 II KV80 consigne 1740 g, 36.5 kg de poussée maximale, un bobinage de 80 KV, un stator 36N42P, 17 mΩ de résistance, un arbre de 20 mm, une longueur de câble de 100 mm et une fenêtre 12-24S, avec 8580 W consignés sur une fenêtre de 180 s. C'est la seule unité ici qui publie une valeur de puissance et la seule dont la fenêtre de bus englobe un nombre d'éléments plus faible, et à 1740 g elle pèse moins de la moitié de chacune des deux autres - la longueur de corps de 55 mm contre 96 mm et 106 mm en est l'essentiel de l'explication.

Ce vers quoi cette combinaison pointe est une conception où la masse et la souplesse de pack comptent plus que la poussée de crête par moteur. Une répartition à quatre moteurs sur cette unité totalise 7.0 kg de moteurs, contre 17.6 kg et 20.5 kg pour les mêmes répartitions sur les deux autres - dérivé des masses consignées - et les 13.6 kg d'écart entre les extrêmes sont disponibles pour la structure, les batteries ou la charge utile à la place. Sur une cellule légère avec assez de moteurs pour absorber une défaillance unique, c'est un gain sans détour.

Ce qu'elle coûte, c'est de la poussée par unité et de la documentation électrique. Ses 36.5 kg sont un peu plus du tiers des 101.4 kg de l'U15XXL KV29, si bien qu'une répartition à quatre moteurs sur des U15 II KV80 retient environ 110 kg après une défaillance unique, contre environ 304 kg sur les unités plus grandes - les deux dérivées. Et faute de courant de crête consigné, ni le dimensionnement du faisceau ni la comparaison des pertes cuivre ne peuvent être clos à partir de la seule fiche, ce qui, dans un projet avec équipage, est un point d'action plutôt qu'une note de bas de page.

U15XL KV38 - le point de masse intermédiaire avec la fiche électrique la plus complète

L'U15XL KV38 consigne 4408 g, 81.2 kg de poussée maximale, un bobinage de 38 KV sur le même stator 36N42P, 17 mΩ de résistance, un courant de crête de 180 A, un courant de repos de 3.5 A à 10 V, un arbre de 25 mm, une longueur de fil de 200 mm et un bus fixe 24 S. C'est le seul des trois dont la fiche électrique porte à la fois un courant de crête et une valeur de résistance accompagnés d'une mesure de courant de repos, ce qui en fait l'unité que l'on peut placer sur un axe thermique sans revenir au fabricant.

Sa position dans le groupe est la raison pour laquelle il est souvent la réponse de milieu de gamme plutôt qu'un compromis. Il partage la résistance consignée la plus faible des trois avec l'U15 II KV80, si bien qu'à courant donné il génère moins de pertes cuivre que l'U15XXL KV29 plus grand - environ 551 W à sa propre crête de 180 A contre environ 882 W à la crête de 210 A de l'autre, les deux dérivées - tout en consignant 81.2 kg de poussée, soit plus du double de la valeur de l'unité la plus légère. Une répartition à quatre moteurs sur ces moteurs retient environ 244 kg après une défaillance unique, valeur dérivée, et totalise 17.6 kg de moteurs.

Sa contrainte est le bus. À 24 S fixe, il n'existe aucune option consignée pour faire tourner un pack plus modéré sans sortir de la fenêtre, si bien qu'une cellule qui veut commencer ses essais en vol avec un nombre d'éléments plus faible doit changer de moteurs ou changer son plan de pack. Les fils de 200 mm et l'arbre de 25 mm, en revanche, sont les plus généreux des deux ensembles d'interfaces consignés ici et conviennent à une installation où le contrôleur se trouve à l'intérieur du bras.

U15XXL KV29 - la poussée consignée la plus élevée des trois

L'U15XXL KV29 consigne 5130 g, 101.4 kg de poussée maximale, un bobinage de 29 KV sur le stator 36N42P, 20 mΩ de résistance, un courant de crête de 210 A, un courant de repos de 3.3 A à 10 V, Ø151.5 × 106 mm, un arbre de 25 mm, un fil de 200 mm et un bus fixe 24 S. C'est l'unité la plus lourde et la plus poussante du groupe, et le fabricant la nomme directement pour les aéronefs avec équipage comme sans équipage - une dénomination que les valeurs de poussée et de courant consignées confirment, la valeur de puissance soutenue figurant dans la fiche technique du fabricant.

Lue comme un ensemble, c'est l'unité qui achète de la marge. Une répartition à quatre moteurs retient environ 304 kg après une défaillance unique sur les valeurs consignées, valeur dérivée, et une répartition à six moteurs retient les cinq sixièmes de 608 kg. En contrepartie, quatre d'entre eux ajoutent 20.5 kg de masse moteur, et au courant de crête chacun produit environ 882 W de pertes cuivre dans un ensemble de 5130 g - notre estimation à partir des valeurs consignées, sans correction de température - ce qui, dans une montée soutenue, est le nombre qui décide si le chemin de refroidissement est adéquat. Le bobinage de 20 mΩ est la résistance la plus élevée consignée ici, et comme les pertes cuivre évoluent avec le carré du courant, la combinaison du courant le plus élevé et de la résistance la plus élevée dans la même unité est exactement ce qui place la conception thermique au centre d'une installation bâtie sur lui.

Le courant de repos de 3.3 A à 10 V, légèrement inférieur aux 3.5 A de l'U15XL KV38, est cohérent avec un bobinage à KV plus faible appelant un peu moins de courant pour tourner à vide, et c'est le seul signal comparatif disponible entre les deux du côté à vide. À lui seul, il ne suffit pas à tirer une conclusion sur le rendement sur toute la plage de fonctionnement, et il ne doit pas être utilisé comme tel.

Où ces systèmes sont utilisés

Les mêmes trois moteurs apparaissent dans des cellules dont les contraintes diffèrent assez pour que l'argument de sélection change de forme entre elles, ce qui explique pourquoi la plate-forme compte autant que la fiche dans la Aéronef habité.

Plates-formes légères biplace et eVTOL personnels

Ce sont les conceptions où le cas de défaillance commande tout, parce que la répartition de propulsion est généralement le seul système capable de maintenir l'aéronef en l'air. Une répartition distribuée à six ou huit moteurs est courante, précisément parce qu'elle convertit une défaillance unique en perte partielle de poussée plutôt qu'en perte totale, et cette préférence de répartition est ce qui rend un moteur à poussée plus faible et masse plus faible viable face à une alternative à poussée plus élevée. Les fiches pertinentes ici sont celles qui publient assez d'informations électriques pour dimensionner un faisceau - ce qui favorise l'U15XL KV38 et l'U15XXL KV29 - et là où la conception itère encore sur la tension de pack, la fenêtre 12-24S de l'U15 II KV80 est la seule souplesse consignée du groupe. Le regroupement Drone VTOL couvre le même compromis portance-croisière du côté sans équipage, où l'ensemble des contraintes est différent.

Parapentes motorisés et trykes de paramoteur

Cette classe de cellule est ce qui se rapproche le plus, dans la catégorie, d'une machine volante construite autour d'une seule unité de propulsion, et c'est aussi là que la masse parle le plus directement. Un tryke de paramoteur porte un ou deux moteurs sur une structure dont le budget de masse est serré et dont l'hélice est grande et tourne lentement, ce qui pointe vers un KV faible et une unité légère plutôt que vers une poussée maximale. L’étendue de KV de 29 à 80 au sein du groupe n’est pas toute l’histoire ici - la comparaison qui compte est face aux 38 et 29 KV des deux autres unités - mais l’U15 II KV80, à 1740 g avec une large fenêtre de bus, convient à une cellule où le pack est choisi pour l’endurance plutôt que pour la tension. Le compromis, sur une installation à moteur unique, est qu'il n'y a pas de seconde unité pour absorber une défaillance, et une conception dans cette position prend un tout autre type de décision.

Cellules cargo passant à des rôles avec équipage

Un certain nombre de grandes plates-formes multirotor sont développées d'abord pour le fret, puis adaptées pour emporter une personne, et l'ensemble de propulsion est généralement la partie qui est reprise sans changement. Dans ce cas, la lecture utile de ces fiches est l’arithmétique du cas de défaillance plutôt que la poussée nominale : une répartition déjà dimensionnée sur des moteurs U15XXL KV29 autour d’une charge utile de fret retient environ les trois quarts de sa poussée installée après une défaillance, valeur dérivée, ce qui est la marge par rapport à laquelle une variante avec équipage serait évaluée plutôt qu’une capacité démontrée. C'est aussi le cadre où la valeur de puissance continue manquante fait le plus mal, car le profil de service avec équipage est plus long que celui du fret et la marge thermique qui suffisait pour un court saut cargo peut ne pas suffire pour un segment plus long avec équipage. L'application Drone à forte charge regroupe les mêmes moteurs par classes de charge utile plutôt que par cas de défaillance, et les deux vues méritent d'être lues ensemble.

Où les mêmes moteurs cessent d'être la réponse

Il existe une frontière dans cette catégorie et elle vaut la peine d'être nommée. Dès qu'une conception passe du maintien d'une altitude à la couverture efficace d'une distance - du vol stationnaire à la croisière - tout le classement ci-dessus cesse de s'appliquer, parce que le point de fonctionnement se déplace vers la région où un bobinage à faible KV, une faible résistance de bobinage et une grande hélice lente l'emportent sur l'endurance plutôt que sur la poussée. C'est un autre problème de sélection, rassemblé sous UAV endurance plutôt qu'ici. De même, une cellule dont l'ensemble de propulsion est censé tenir une valeur de puissance continue comme entrée de certification plutôt que comme objectif de performance pose une question à laquelle aucune de ces trois fiches ne répond, et la réponse doit venir de la documentation d'essai du fabricant.

Liste de contrôle de sélection

Trois contrôles couvrent l'essentiel, et ils fonctionnent mieux dans cet ordre parce que chacun rétrécit le champ pour le suivant.

Le régime de service d'abord

Fixer ce que l'on demande à l'aéronef avant de comparer des moteurs : combien de temps durent les segments à forte puissance, si la répartition tient l'altitude en vol stationnaire ou seulement en vol en avant, et si la tension de pack est déjà décidée. Sur une cellule avec équipage, ces trois réponses éliminent généralement plus de candidats que n'importe quelle colonne de spécification, parce qu'elles décident si une valeur soutenue est nécessaire du tout et si un courant de crête consigné suffit.

La redondance ensuite

Décider combien d'unités de propulsion la cellule porte et calculer la poussée retenue pour la pire défaillance unique, en utilisant la valeur consignée par moteur et en la marquant comme dérivée. Comparer cette valeur retenue à la masse totale, avec de la marge pour l'autorité de commande et pas seulement pour la portance, et se rappeler que la poussée consignée est un plafond issu d'une valeur de banc d'essai plutôt qu'un régime de vol stationnaire - aucune des trois fiches ici ne publie de valeur de vol stationnaire, si bien que la marge de travail est plus faible que la marge au plafond de tout cet écart.

Les interfaces et les questions ouvertes en dernier

C'est seulement une fois le régime de service et la redondance fixés que les colonnes mécaniques et électriques décident entre les survivants. Vérifier le diamètre d'arbre, le plan de fixation, les longueurs de fil et de câble face à l'endroit où le contrôleur sera placé, dimensionner le faisceau sur le courant de crête consigné plutôt que sur la valeur de puissance, et noter les colonnes que la fiche ne porte pas afin qu'elles puissent être closes à partir des données d'essai du fabricant avant de valider la pièce.

1. Fixer d'abord le profil de service et la tension de pack, et considérer une conception qui n'a décidé ni l'un ni l'autre comme pas encore prête à présélectionner des moteurs.
2. Calculer la poussée retenue pour la pire défaillance unique sur la valeur consignée par moteur, et étiqueter le résultat comme dérivé.
3. Comparer la poussée retenue à la masse totale avec de la marge pour l'autorité de commande, en se rappelant que la poussée maximale consignée est un plafond plutôt qu'un régime de vol stationnaire.
4. Vérifier si la fiche porte une valeur de puissance soutenue, quelle qu'elle soit, et ne pas traiter une valeur de courant de crête comme un substitut.
5. Dimensionner les fils, les connecteurs et le contrôleur sur le courant de crête consigné, et vérifier les pertes cuivre à ce courant face au chemin de refroidissement disponible.
6. Préférer une fenêtre de bus qui englobe les packs réellement disponibles là où la conception itère encore, et traiter un nombre d'éléments fixe comme une spécification autour de laquelle concevoir.
7. Vérifier le diamètre d'arbre, le plan de fixation et la longueur de fil face à l'emplacement du contrôleur, et ne pas comparer une longueur de câble à une longueur de fil comme si c'était la même mesure.
8. Noter chaque colonne que la fiche produit laisse vide, afin que la documentation d'essai du fabricant puisse les clore avant de valider la sélection.

Questions fréquentes

Ressources officielles

Les trois moteurs sont publiés par T-Motor, et les pages du fabricant portent les données d'essai et la documentation que les fiches ToBMS ne reproduisent pas : le U15 II KV80, le U15XL KV38 et le U15XXL KV29, avec la gamme plus large sur le site officiel T-Motor. Là où une fiche ToBMS est muette - le courant de crête et le courant de repos de l'U15 II KV80, les valeurs de puissance de l'U15XL KV38 et de l'U15XXL KV29, et toute valeur de poussée en vol stationnaire pour les trois - ces pages ou la fiche technique correspondante sont l'endroit où combler la lacune.

Pour aller plus loin

Lire jusqu'ici produit une présélection plutôt qu'une décision, et trois outils transforment cette présélection en décision : chaque moteur ici figure dans la catégorie Moteurs pour UAV, les candidats peuvent être resserrés par KV, masse et bus dans Sélection, et deux ou trois unités peuvent être mises face à face dans Comparaison. Le versant applicatif de la même décision est rassemblé sur la page Aéronef habité, qui regroupe les correspondances consignées par plate-forme plutôt que par spécification.

Deux guides existants prolongent le sujet latéralement. Le guide des moteurs de drone à forte charge couvre deux de ces trois moteurs du côté des classes de charge utile, où le budget de poussée est l'idée organisatrice plutôt que le cas de défaillance, et il est le pendant de cette vue avec équipage. Le guide de sélection des moteurs UAV place ces unités parmi la gamme T-Motor plus large où les questions changent entièrement de forme, et le guide complet des moteurs BLDC replace chaque classe dans un même cadre pour qui part de la technologie plutôt que d'une cellule.

En version courte : fixer le profil de service et le pack avant de comparer des moteurs, calculer la poussée retenue pour la pire défaillance unique plutôt que la poussée nominale, puis choisir entre ce qui reste sur la masse et sur la documentation électrique. Sur ce groupe, cette séquence aboutit généralement à l'U15 II KV80 là où la masse et la souplesse de pack dominent, à l'U15XL KV38 là où la fiche électrique doit être complète et où le bus est déjà 24 S, et à l'U15XXL KV29 partout où c'est la poussée consignée la plus élevée par moteur dont la cellule a réellement besoin.