Dobór silnika drona o dużym ciągu: klasa ładunku, wydajność i zapas cieplny

Silnik drona o dużym ciągu nie jest największą pozycją w karcie specyfikacji; to silnik, który wciąż wytwarza swój ciąg w punkcie pracy, w którym statek powietrzny rzeczywiście lata. Określanie jego rozmiaru zaczyna się od masy, jaką statek musi unieść, dzieli tę masę między wirniki, a następnie sprawdza, czy silnik utrzyma swoją część obciążenia bez wyczerpania zapasu cieplnego. Klasa ładunku, ciąg na wirnik i zapas cieplny to trzy wielkości, które rozstrzygają odpowiedź, a w płatowcu do ciężkiego udźwigu są to także wielkości ustalające, jaką masę silnika trzeba zabrać, aby wykonać zadanie.

Ten przewodnik omawia dziesięć rekordów obecnie wymienionych w kategorii ToBMS Silniki UAV, wszystkie to jednostki T-Motor, które rekordy ToBMS grupują pod Dron do ciężkiego udźwigu i UAV rolniczy, i wskazuje, która specyfikacja rozstrzyga wybór na każdym kroku. Każda liczba poniżej pochodzi z rekordu produktu ToBMS lub z opublikowanej specyfikacji producenta; stosunki wyprowadzone z tych liczb są oznaczone jako pochodne, a gdy wartość nie jest publikowana, jest oznaczona jako niepublikowana, a nie wywnioskowana z podobnego modelu.

Krótka odpowiedź

Klasa ładunku jest pierwsza i jest to wielkość statku powietrznego, a nie silnika. Osiem badanych tu rekordów Navigator podaje maksymalną masę startową statku powietrznego bezpośrednio na stronie producenta, od 60 kg na T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor do 140 kg na T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor. Ta liczba to masa całkowita statku powietrznego, a nie ładunek wiszący pod nim; ładunek to to, co pozostaje po odjęciu płatowca, pakietu, awioniki i silników, dlatego wybór silnika wynika z budżetu masy, a nie z samej liczby ładunku, i dlatego silnik drona do ciężkiego ładunku zawsze dopasowuje się do płatowca, a nie do samego ładunku.

Ciąg, jaki silnik drona o dużym ciągu ma dostarczyć, ustala się, dzieląc potrzebny statkowi ciąg między ramiona. Praktyka multirotorów zakłada wielokrotność masy całkowitej, aby sterowanie położeniem zachowało władzę podczas manewrów i zakłóceń, dlatego zarejestrowany ciąg maksymalny na silnik jest pułapem, a nie punktem roboczym. Utrzymanie sterowania po awarii wirnika to osobne wymaganie odporności na awarie, wynikające z konfiguracji płatowca, przydziału sterowania i przypadku awarii, a nie z samej wartości ciągu maksymalnego. Trzecia wielkość rozstrzyga, czy ten pułap utrzyma się w locie, i jest nią margines cieplny: znamionowe moce i prądy publikowane dla tych silników podaje się na krótkim oknie, a temperaturę powierzchni na stanowisku producenta mierzy się przy określonym otwarciu przepustnicy i czasie pracy. Dziesięciu rekordów nie można na tej podstawie uszeregować względem siebie, ponieważ śmigło, napięcie szyny i warunki badania zmieniają się z strony na stronę. Liczby mogą natomiast pokazać, gdzie leży margines dla jednego silnika, jednego śmigła i jednej szyny, i właśnie tego porównania potrzebuje decyzja o doborze.

Co uznaje się za silnik drona o dużym ciągu

Nic w konstrukcji silnika drona o dużym ciągu nie zmienia się na ciężkim końcu klasy. Zmienia się to, która część specyfikacji staje się wiążącym ograniczeniem. Na małym płatowcu granicą jest zwykle pakiet i okablowanie, a silnik drona o dużym ciągu wybiera się pod śmigło, które już pasuje do ramy. Na płatowcu do ciężkiego udźwigu lub rolniczym granica przesuwa się jednocześnie ku obciążeniu cieplnemu i masie silnika, a dla tych płatowców obciążenie cieplne i masa układu napędowego mogą stać się ważnymi sprzężonymi ograniczeniami w miarę wzrostu wymaganego ładunku i wymagań misji, co sprawia, że problem wyboru jest inny na tym końcu zakresu.

Ciąg na wirnik wobec masy silnika

Dwie wartości leżą po przeciwnych stronach każdej decyzji o ciężkim udźwigu i żadnej nie można czytać osobno. Ciąg na wirnik to, co silnik ma wytworzyć w punkcie roboczym; masa silnika to, co statek płaci za ten ciąg w każdym locie, a silniki są częścią masy całkowitej podnoszonej przez układ napędowy. Obie wartości zmieniają się razem na dziesięciu poniższych rekordach: T-Motor U11 II KV120 UAV Motor waży 772 g i notuje 14159 g ciągu, podczas gdy T-Motor MN1330 KV40 waży 2750 g i notuje 75415 g. Między nimi masa rośnie około 3.6 raza, a zarejestrowany ciąg około 5.3 raza, i na tej różnicy nachylenia opiera się decyzja o doborze.

Czytaj te dwie wartości jako parę, a nie jako ocenę. Silnik drona o dużym ciągu lekki jak na swój ciąg zmniejsza masę, którą niesie układ napędowy, ale ma też mniej miedzi i mniej stojana do rozproszenia generowanych strat, a oba efekty nie są niezależne. Silnik drona o dużym ciągu ciężki jak na swój ciąg wnosi więcej materiału do problemu cieplnego, ale dodaje do masy podnoszonej przez statek w każdym locie oraz do bezwładności, przeciw której musi pracować regulator położenia. To, która strona tego kompromisu jest właściwa, zależy od profilu lotu statku, a ten sam silnik może leżeć po obu stronach granicy dla dwóch różnych misji.

KV jako pierwszy filtr

KV to stała prędkości uzwojenia, wyrażana w rpm na wolt, i na tych rekordach biegnie od 130 na MN1115 do 40 na MN1330. Jej praktyczna rola w doborze polega na wskazaniu, na jaką liczbę ogniw i jaką średnicę śmigła uzwojono silnik. Niskie KV na danej szynie obraca to samo śmigło wolniej, a uzwojenie o niskim KV może pasować do konfiguracji o mniejszej prędkości i większym śmigle, ale prąd przy danym ciągu trzeba oceniać na podstawie danych eksploatacyjnych silnika i śmigła, a nie z wartości KV, i to właśnie pozwala płatowcowi do ciężkiego udźwigu pracować z dużym śmigłem bez wzrostu prądu ponad to, co regulator może utrzymać w sposób ciągły. KV to stwierdzenie dopasowania, a nie wskaźnik jakości, i szyna 24S napędzająca śmigło 20 in oraz szyna 24S napędzająca śmigło 30 in będą chciały różnych wartości nawet przy tym samym celu ciągu.

Powiązaną wielkością, jaką ma silnik drona o dużym ciągu, jest konfiguracja stojana, a w silnikach Navigator podaje się ją jako liczbę żłobków i biegunów, na przykład 36N40P lub 36N42P. Każdy z ośmiu tutejszych rekordów Navigator to silnik z zewnętrznym wirnikiem o dużej liczbie biegunów i dużym stojanie, od 120.5 mm w serii MN11 do 150 mm w serii MN13. Wartość KV odzwierciedla uzwojenie i projekt elektromagnetyczny silnika; liczba biegunów i wymiary stojana dają dodatkowy kontekst, ale nie wyznaczają KV niezależnie. Obie serie dzielą się wzdłuż tej linii: grupa MN11 łączy stojan 120.5 mm z 12S albo 24S, a grupa MN13 łączy stojan 150 mm z 14S albo 24S. UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe omawia tę samą zależność w szerszych zakresach U, Navigator, P i AT dla tych, którzy chcą najpierw przypadku ogólnego, a potem szczegółowego.

Jak ustala się klasę ładunku silnika drona o dużym ciągu

Klasa ładunku płatowca nie jest właściwością silnika, a wartość, którą producent publikuje obok silnika, też nie jest wartością znamionową ładunku. T-Motor podaje maksymalną masę startową statku dla każdego silnika Navigator, a liczba ta opisuje najcięższy statek, który silnik ma napędzać, a nie ładunek, jaki taki statek może unieść. Przejście od jednej wartości do drugiej to odejmowanie, a wynik zależy od tego, jak zbudowany jest płatowiec.

Klasa ładunku i liczba wirników

Dobór zaczyna się od masy całkowitej, kiedy silnik drona o dużym ciągu ma zostać wybrany i odejmuje wszystko, co nie jest ładunkiem: płatowiec, pakiet, awionikę, mocowanie ładunku i same silniki. To, co pozostaje, to masa dostępna dla wyposażenia misji, a na płatowcu do ciężkiego udźwigu reszta ta zależy od masy płatowca, akumulatora, układu napędowego, awioniki i mocowania ładunku w granicach dopuszczalnej masy całkowitej. Deklarowane maksymalne masy startowe w ośmiu rekordach Navigator wynoszą 60 kg na MN1115 KV130, 70 kg na T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor, 80 kg na T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor, 90 kg na T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor, 100 kg zarówno na T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor, jak i na T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor, 120 kg na T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor i 140 kg na MN1330 KV40. Dwa rekordy serii U, U11 II KV120 i T-Motor U13 II KV65 UAV Motor, nie publikują maksymalnej masy startowej statku, więc nie przypisano im tu żadnej klasy.

Liczba wirników dzieli następnie tę masę, a silnik drona o dużym ciągu musi potem udźwignąć swój udział. Płatowiec o tej samej masie całkowitej zbudowany na sześciu ramionach wymaga więcej od każdego silnika niż ten sam płatowiec na ośmiu, a różnica nie jest wyłącznie arytmetyczna: im mniej wirników, tym bardziej statek zależy od każdego z nich i tym większa część budżetu sterowania musi być zarezerwowana na kontrolę położenia i zakłócenia. Budżet napędu, który wydaje całą zarejestrowaną wartość ciągu na lot ustalony, nie zostawia nic na tę rezerwę, dlatego ułamek ciągu maksymalnego używany w zawisie jest danym wejściowym doboru, a nie wynikiem.

Margines ciągu przy częściowym otwarciu przepustnicy

Silnik drona o dużym ciągu na płatowcu do ciężkiego udźwigu spędza większość lotu przy częściowym otwarciu przepustnicy, i właśnie w obszarze częściowego otwarcia tkwi margines. Dane testowe producenta pokazują, jaka część wartości ciągu powstaje przy umiarkowanym otwarciu: na MN1330 KV40 ze śmigłem 52 x 20 in tabela stanowiska notuje 14117 g przy 40 percent otwarcia wobec 75415 g przy 100 percent, więc górna połowa skoku przepustnicy niesie większość oferowanego ciągu. Przełożenie tego na punkt roboczy dla silnika drona o dużym ciągu oznacza wybór otwarcia, przy którym statek zawisa z pełnym ładunkiem, i sprawdzenie, ile skoku pozostaje powyżej.

Druga część marginesu to różnica między ciągiem, który silnik notuje, a ciągiem, który może utrzymać. Strony Navigator publikują dwie wartości na ramię obok siebie, maksimum i wartość znamionową, a różnica między nimi jest duża: MN1123 KV53 notuje 47.5 kg maksimum wobec 20-22 kg znamionowego na ramię, MN1325 KV47 notuje 68.0 kg wobec 30-32 kg, a MN1330 KV40 notuje 75.4 kg wobec 35-38 kg. Ta różnica to odległość między tym, co silnik może wytworzyć na stanowisku podczas krótkiego impulsu przy pełnym otwarciu przepustnicy, a tym, co ma utrzymywać jako obciążenie robocze, i silnik drona o dużym ciągu dobiera się według drugiej wartości, używając pierwszej jako pułapu, którego nie wolno od niego wymagać.

Sprawność przy częściowym i pełnym otwarciu przepustnicy

Sprawność to jedyna wielkość, którą rekordy opisują pośrednio w łańcuchu doboru, jakim rządzi się silnik drona o dużym ciągu, a powodem jest to, że ciąg na wat jest właściwością silnika i śmigła razem, a nie samego silnika. Tabele testowe producenta notują go jako stosunek, w gramach ciągu na wat, i stosunek ten zmienia się z otwarciem przepustnicy w każdym badanym tu silniku. Na MN1330 KV40 ze śmigłem 52 x 20 in tabela stanowiska podaje 10.61 g/W przy 40 percent otwarcia i 4.64 g/W przy 100 percent, a ten sam kształt pojawia się na U11 II KV120 ze śmigłem 28 x 9.2 in, przy 11.72 g/W wobec 5.08 g/W. Ciąg rośnie w tym zakresie, a ciąg na wat nie, i to jest arytmetyka stojąca za omówionym wyżej marginesem przy częściowym otwarciu przepustnicy.

Rezystancja wewnętrzna i straty uzwojenia

Straty w miedzi uzwojenia podlegają zależności I²R, więc rezystancja wyznacza, jaka część wejścia zamienia się w ciepło w danym punkcie roboczym, ale oszacowanie jej z publikowanych danych wymaga zgodnych definicji rezystancji i prądu, a nie mnożenia wartości międzyfazowej przez dowolną wartość prądu. W dziesięciu rekordach publikowane wartości obejmują szeroki zakres, od 7.5 mΩ na MN1315 KV100 do 80±5 mΩ na U11 II KV120, a kolejność tego zakresu nie podąża za kolejnością ciągu: MN1315 KV100 jest jednym z rekordów o wyższym ciągu i zarazem ma najniższą publikowaną rezystancję, podczas gdy MN1118 KV108 i MN1115 KV130 notują 13 mΩ i 16 mΩ przy 12S, a MN1123 KV53 notuje 35 mΩ przy 24S. Rezystancja jest właściwością uzwojenia i w silniku drona o dużym ciągu podaje się ją dla uzwojenia opisanego na stronie, dlatego czyta się ją razem z liczbą ogniw, a nie osobno.

Prąd biegu jałowego i opór bez obciążenia

Stroną bez obciążenia w bilansie jest prąd biegu jałowego, publikowany jako 1.5 A przy 18 V na U11 II KV120, 1.7 A przy 18 V na U13 II KV65, oraz między 2.0 A a 5.7 A przy 20 V w rekordach Navigator. Prąd ten pokrywa straty, jakie silnik wytwarza, obracając się bez obciążenia: opór łożysk, opór aerodynamiczny między wirnikiem a stojanem oraz straty w żelazie stojana przełączanego z częstotliwością wyznaczoną przez liczbę biegunów i prędkość. W silniku z zewnętrznym wirnikiem o dużym stojanie to niewielki ułamek prądu roboczego, a jego wpływ na decyzję o doborze ujawnia się na dolnym końcu skoku przepustnicy, gdzie ciąg użyteczny jest najmniejszy, a udział wejścia zużyty na straty bez obciążenia największy. W silniku drona o dużym ciągu ani rezystancja, ani prąd biegu jałowego nie są wartościami, na których podejmuje się wybór bezpośrednio; obie czyta się, aby prześledzić, dokąd idą straty, co poniższa sekcja cieplna przykłada następnie do punktu roboczego.

Ciąg na wirnik i jego koszt w masie silnika

Gdy klasa ładunku i liczba wirników są ustalone, pozostaje pytanie, ile ciągu musi wytworzyć każde ramię i ile waży silnik, który go wytwarza. Na stronie to dwie osobne specyfikacje, a w płatowcu jedna decyzja, ponieważ każdy gram, który dodaje silnik, jest częścią masy całkowitej, jaką statek musi unieść, a ciąg, który ten silnik wytwarza, jest częścią tego, co go unosi.

Jak czytać wartość w kg

Wartość ciągu, jaką publikuje się dla silnika drona o dużym ciągu, to maksimum zarejestrowane na stanowisku przy podanym napięciu, śmigle i otwarciu przepustnicy, a odczytanie jej poprawnie oznacza czytanie wraz z nią tych trzech warunków. Dziesięć poniższych rekordów podano na śmigłach od jednostki 28 x 9.2 in do jednostki 52 x 20 in, na szynach od 12S do 22-25S, a wartości biegną od 14.16 kg na U11 II KV120 do 75.4 kg na MN1330 KV40. Żadna z nich nie jest ciągiem znamionowym w sensie wartości, którą silnik ma utrzymywać bez końca, a strony Navigator rozdzielają oba pojęcia wprost, publikując maksimum i wartość znamionową na ramię obok siebie. Tam, gdzie decyzja o doborze potrzebuje wartości roboczej, a nie pułapu, czyta się wartość znamionową na ramię, a tam, gdzie strona jej nie publikuje, pułap jest jedyną publikowaną liczbą i trzeba go tak traktować.

Masa silnika na kg zarejestrowanego ciągu maksymalnego

Podzielenie zarejestrowanej masy, jaką ma silnik drona o dużym ciągu, przez jego zarejestrowany maksymalny ciąg daje wartość pochodną opisującą, ile masy kosztuje ciąg względem tego maksimum, a na dziesięciu rekordach mieści się ona między 30.0 g a 54.5 g na kg zarejestrowanego maksymalnego ciągu. Nie jest to standaryzowana miara wydajności, ponieważ śmigła, napięcia szyny i warunki testu różnią się między rekordami. Osiem rekordów Navigator mieści się w wąskim paśmie od 30.0 g na MN1123 KV53 do 36.5 g na MN1330 KV40, co stanowi rozrzut około jednej piątej na zakresie ciągu, który ponad dwukrotnie rośnie. Dwa rekordy serii U leżą poza tym pasmem u góry, a najwyżej znajduje się U11 II KV120, przy 54.5 g na kg zarejestrowanego maksymalnego ciągu. Wymienione specyfikacje nie podają rozbicia masy na poziomie podzespołów, więc wkład własny jego konstrukcji i uzwojenia nie może być wyodrębniony z samych tych rekordów; niemniej U11 II KV120 jest tu najlżejszym silnikiem przy 772 g i notuje najmniejszy ciąg przy 14.16 kg. Dla silnika drona o dużym ciągu wartość ta jest wyprowadzona z publikowanych danych i sama nie jest specyfikacją producenta; jest przydatna, by zobaczyć, jak koszt ciągu zmienia się w obrębie zakresu, i czyta się ją obok wartości ciągu, a nie zamiast niej.

Maksymalna masa startowa statku powietrznego, ciąg, masa silnika, liczba ogniw i śmigło zgodnie z publikacją producenta i zapisem produktu ToBMS; masa silnika podana jest wraz z przewodami. Masa silnika na kg zarejestrowanego ciągu maksymalnego jest tu wyprowadzona z zarejestrowanej masy i zarejestrowanego ciągu maksymalnego i nie jest wartością producenta; ponieważ warunki badania i śmigła się różnią, nie należy jej czytać jako znormalizowanego wskaźnika sprawności ani jako bezpośredniego pomiaru zdolności ładunkowej w locie. Strony Navigator podają wartości na ramię jako Max Thrust/Arm i Rated Thrust/Arm; dwie strony serii U podają jedną wartość ciągu maksymalnego i żadnej wartości znamionowej na ramię, a komórki z adnotacją nieopublikowane pozostawiono otwarte, a nie wypełnione z porównywalnego modelu. Każdą tabelę testową producenta czyta się wobec bloku śmigła, stopnia przepustnicy i napięcia szyny wydrukowanych na stronie, z której pochodzi, ponieważ kolejność kolumn i jednostka sprawności na stronach serii U nie są takie same jak na stronach Navigator. Żadnej wartości cieplnej ani sprawności nie porównuje się między modelami w tej tabeli: śmigło, napięcie szyny, poziom przepustnicy i czas pracy różnią się z strony na stronę, a producent podaje, że wartości stanowiskowe mają służyć jako odniesienie dla tego silnika, a nie jako podstawa porównywania typów silników.

Średnica śmigła stojąca za każdą wartością ciągu

Śmigło, jakie dobiera się do silnika drona o dużym ciągu, nie jest dodatkiem do wartości ciągu; jest częścią jej definicji. Ciąg zarejestrowany dla silnika wytwarza śmigło, z którym go badano, a zmiana tego śmigła przesuwa punkt roboczy silnika i śmigła i może zmienić zarówno ciąg, jak i pobór prądu, dlatego tutejsze rekordy czyta się z dołączonymi warunkami badania. Jak dalece śmigło wyznacza wynik, widać tutaj: dwa rekordy o najbliższych wartościach KV, MN1130 KV45 przy 45 i MN1325 KV47 przy 47, bada się na tym samym śmigle NS47 x 18 in, a jednak notują 57.3 kg wobec 68.1 kg, więc różnica tkwi w stojanie i uzwojeniu, a nie w śmigle. Wybór śmigła jest ograniczony przez płatowiec zanim ograniczy go silnik, ponieważ średnica tarczy musi omijać ramiona i ramę, oraz przez prędkość końca łopaty, ponieważ duże śmigło przy zbyt wysokim KV przekroczy prędkość, przy której końce łopat przestają być sprawne. Na płatowcu rolniczym to samo ograniczenie pojawia się jako kwestia wzoru oprysku, którą BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque podejmuje od strony cyklu pracy.

Margines cieplny w silniku drona o dużym ciągu

Margines cieplny, jakim dysponuje silnik drona o dużym ciągu, to różnica między ciepłem, które wytwarza w punkcie roboczym, a ciepłem, które może rozproszyć, nie doprowadzając uzwojenia ani magnesów do temperatury, przy której publikowane wartości przestają obowiązywać. To wielkość, której wartość ciągu nie potrafi opisać, ponieważ ten sam silnik, poproszony o utrzymanie tego samego ciągu na większym śmigle, przy mniejszej liczbie ogniw lub w dłuższym wznoszeniu, osiągnie w tym celu inną temperaturę. Badane tu rekordy opisują tę granicę na trzy odrębne sposoby, a czytanie ich razem jest tym, co zamienia wartość ciągu w punkt roboczy.

Wartość znamionowa mocy i prądu 180 s

Pierwszy opis, jaki podaje się dla silnika drona o dużym ciągu, to moc i prąd znamionowy, i w każdym tutejszym rekordzie podaje się je na oknie 180 s, a nie jako wartość ciągłą. Rekordy Navigator publikują je jako moc maksymalną w 180 s wraz z prądem szczytowym: 2816 W i 180 A na MN1115 KV130, 2230 W i 192 A na MN1118 KV108, 2400 W i 108 A na MN1123 KV53, 3218 W i 132 A na MN1130 KV45, 3300 W i 248 A na MN1315 KV100, 2900 W i 150 A na MN1320 KV49, 3400 W i 170 A na MN1325 KV47 oraz 3400 W i 177 A na MN1330 KV40. Dwa rekordy serii U podają te same dwie wielkości w odwrotnej kolejności w rekordzie ToBMS, z mocą 180 s na wierszu mocy maksymalnej i prądem 180 s na wierszu prądu szczytowego: 2783 W i 57.3 A na U11 II KV120 oraz 6720 W i 68 A na U13 II KV65. Okno jest częścią operacyjną specyfikacji. Wartość znamionowa 180 s opisuje impuls, a płatowiec do ciężkiego udźwigu, który lata dziesięciominutową misję, spędza jej większość znacznie poniżej tej wartości i musi być dobrany tak, aby prąd trwały mieścił się w ciągłej zdolności uzwojenia, a nie wobec liczby impulsowej.

Straty w miedzi, ścieżka chłodzenia i montaż

Drugi opis to sama strata. Straty w miedzi wnoszą istotny wkład w ciepło, które silnik drona o dużym ciągu wytwarza w locie, i rosną z kwadratem prądu przy spójnej definicji rezystancji, podczas gdy straty w żelazie i straty mechaniczne również się przyczyniają, a ich względne znaczenie zależy od punktu roboczego; człon miedziowy wyznacza publikowana rezystancja międzyfazowa silnika: 7.5 mΩ na MN1315 KV100, 13 mΩ na MN1118 KV108, 16 mΩ na MN1115 KV130, 17.5 mΩ na MN1325 KV47, 19.5 mΩ na MN1330 KV40, 20.5 mΩ na MN1320 KV49, 35 mΩ na MN1123 KV53, 38 mΩ na MN1130 KV45, 73 mΩ na U13 II KV65 i 80±5 mΩ na U11 II KV120. Straty w żelazie i omówiony wcześniej opór bez obciążenia dodają mniejszą wartość. Ciepło wytwarzane przez straty w miedzi musi następnie opuścić silnik, a droga, którą podąża, jest częścią specyfikacji, a nie doraźnym dodatkiem: strony Navigator opisują jednoczęściową odlewaną strukturę żeber chłodzących wokół stojana, podają, że podwaja powierzchnię rozpraszania ciepła w porównaniu z dzieloną strukturą chłodzenia, i podają, że obniża temperaturę uzwojenia o 5 ℃ do 8 ℃. Materiały stojące za tą drogą również są publikowane: powłoka 150 ℃ na stojanie, drut miedziany 220 ℃ i magnesy o wartości znamionowej 180 ℃, z obudową IP45 i podanym zakresem pracy od -30 ℃ do 55 ℃. Montaż ma znaczenie z tego samego powodu, ponieważ ramię jest radiatorem, do którego silnik odprowadza ciepło, a silnik przykręcony do płyty o słabym kontakcie pracuje goręcej niż ten sam silnik na obrobionym mocowaniu o tej samej masie.

Gdzie kończy się margines cieplny

Trzecim opisem, jakiego wymaga silnik drona o dużym ciągu, jest zmierzona temperatura powierzchni, i to ona czyni dwa pierwsze konkretnymi. W rekordach Navigator producent podaje temperaturę powierzchni silnika po pracy przy 80 percent otwarcia przepustnicy przez 10 minut w otoczeniu 25 ℃, a w blokach uzwojenia strony te publikują wartości od 82 ℃ do 122 ℃. Każda z nich należy do śmigła, napięcia szyny i liczby ogniw wydrukowanych na tej samej stronie, więc pasmo opisuje zakres, jaki zajmują pomiary, a nie uszeregowanie, a producent zaznacza, że wartości stanowiskowe mają służyć jako odniesienie dla tego silnika, a nie jako podstawa porównywania typów silników. Dwa rekordy serii U podają swoją temperaturę powierzchni jeszcze inaczej, zmierzoną przy 100 percent otwarcia przepustnicy, z czasem pracy podanym jako jedna, dwie, pięć lub dziesięć minut w zależności od bloku śmigła, oraz otoczeniem 19 ℃ na stronie U11 II, gdzie strona ta podaje jedną, dlatego w tym przewodniku nie porównuje się żadnej temperatury między modelami.

To, co w silniku drona o dużym ciągu faktycznie wspiera temperatura powierzchni, to sprawdzenie marginesu. Zarejestrowana temperatura powierzchni daje użyteczne odniesienie do oceny zachowania cieplnego w podanych warunkach badania, ale nie ustala bezpośrednio temperatury uzwojenia ani magnesów. Ocena marginesu cieplnego w rzeczywistych warunkach lotu wymaga uwzględnienia wewnętrznego wzrostu temperatury, warunków otoczenia, chłodzenia, montażu i cyklu pracy, czytanych wobec granic temperatury podanych przez producenta dla silnika. Silnik z zewnętrznym wirnikiem o dużym stojanie w tej klasie ma dość masy cieplnej, aby krótkie przeciążenie przesuwało temperaturę powoli, dlatego wartość znamionowa impulsu jest użyteczna, i dość bezwładności cieplnej, aby utrzymujące się przeciążenie długo się ujawniało i długo ustępowało. Margines w silniku drona o dużym ciągu jest więc zużywany przez cały profil pracy, a nie przez pojedynczy moment, a na płatowcu rolniczym, który lata powtarzane obciążone cykle, efekt skumulowany jest tym, co odzwierciedla temperatura kadłuba. Strona cyklu pracy tego pytania jest opracowana w BLDC Motors for Industrial UAV: Duty Cycle, Redundancy and Payload, a jej strona sprawności, gdzie ciąg na wat spada wraz ze wzrostem otwarcia przepustnicy, to ten sam mechanizm widziany od wejścia.

T-Motor U11 II i U13 II w klasie ciężkiego udźwigu

Dwa rekordy serii U to najlżejsze silniki drona o dużym ciągu w tej grupie i leżą na dolnym końcu zakresu ciągu, co czyni je naturalnym punktem wyjścia dla płatowca o skromnej masie całkowitej według standardów tej klasy. Żadna ze stron nie publikuje maksymalnej masy startowej statku, więc klasę wyznacza się tu z ciągu i liczby ogniw notowanych przez każdy rekord, a nie z zadeklarowanej wartości.

U11 II KV120

T-Motor U11 II KV120 UAV Motor to silnik z zewnętrznym wirnikiem o masie 772 g w korpusie 79.5 x 51.6 mm z wałem 15 mm i stojanem 12N14P, i jest to jednostka 12S o zarejestrowanym ciągu maksymalnym 14.16 kg na śmigle 28 x 9.2 in przy 48 V. Jego uzwojenie notuje 80±5 mΩ rezystancji międzyfazowej przy prądzie biegu jałowego 1.5 A przy 18 V, a jego publikowane wartości 180 s to 2783 W i 57.3 A. Tabela testowa producenta dla tego silnika zawiera trzy bloki śmigła, na jednostkach 26 x 8.5 in, 27 x 8.8 in i 28 x 9.2 in, notując 12114 g, 12617 g i 14159 g przy pełnym otwarciu przepustnicy, co jest użytecznym przypomnieniem, że wartość nagłówkowa należy do największego badanego śmigła, a nie do samego silnika. Przy 12S i tuż poniżej 800 g rekord ten pasuje do płatowca, w którym ładunek jest mały w ujęciu bezwzględnym, ale liczba wirników jest dość niska, że silnik wciąż musi wytwarzać poważny ciąg na ramię.

U13 II KV65

T-Motor U13 II KV65 UAV Motor to stopień wyżej: 975 g w korpusie 100 x 60 mm z wałem 15 mm i stojanem 36N42P, uzwojony dla szyny 22-25S wobec zarejestrowanego ciągu maksymalnego 28.7 kg na śmigle G32 x 11 in. Notuje 73 mΩ rezystancji przy prądzie biegu jałowego 1.7 A przy 18 V, a jego wartości 180 s to 6720 W i 68 A. To wyższa liczba ogniw odróżnia go od U11 II, a nie sama wartość ciągu, ponieważ szyna 22-25S obraca większe śmigło przy mniejszym prądzie dla danego ciągu, a producent opisuje silnik jako przeznaczony do ciężkich obciążeń i zastosowań przemysłowych w wydłużonym okresie eksploatacji. Tabela testowa znów zawiera więcej niż jeden blok śmigła, przy czym jednostka G30 x 10.5 in notuje 24744 g, a jednostka G32 x 11 in notuje 28711 g przy pełnym otwarciu przepustnicy. Między dwoma rekordami serii U para obejmuje zakres od lekkiego płatowca przemysłowego aż do punktu wejścia grupy Navigator, a Heavy-Lift Drone Motors: Three T-Motor Options from 2.85 kg to 101 kg Thrust umieszcza oba w szerszym porównaniu prowadzonym przez ładunek, które obejmuje także serie U5 i U15.

Silniki T-Motor serii MN do ciężkiego udźwigu i rolnictwa

Osiem badanych tu rekordów silników T-Motor MN tworzy dwie rodziny różniące się średnicą stojana, a nie konstrukcją. Grupa MN11 ma stojan 120.5 mm, a grupa MN13 stojan 150 mm, a w obrębie każdej rodziny modele skalują się długością pakietu, podczas gdy uzwojenie zmienia się z liczbą ogniw. Wszystkie osiem to silniki z zewnętrznym wirnikiem o dużym stojanie z zewnętrznym regulatorem elektronicznym, a każda strona podaje maksymalną masę startową statku obok wartości ciągu i cieplnych, co czyni tę grupę częścią zakresu, w której silnik drona o dużym ciągu można dopasować do klasy płatowca bezpośrednio z publikowanych wartości.

MN1115, MN1118, MN1123 i MN1130

Rekordy MN11 w silniku drona o dużym ciągu dzielą średnicę stojana 120.5 mm i rosną na długości od 47.9 mm do 65.9 mm w czterech modelach, a ciąg rośnie wraz z nią od 33.3 kg na MN1115 KV130 do 57.3 kg na MN1130 KV45. T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor jest punktem wejścia przy 1055 g, ze stojanem 36N40P i szyną 12S, notując 33.3 kg na śmigle G36 x 11.5 in przy zadeklarowanej maksymalnej masie startowej statku 60 kg; jego wartości 180 s to 2816 W i 180 A, a jego uzwojenie notuje 16 mΩ przy prądzie biegu jałowego 2.7 A przy 20 V. T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor waży 1186 g na tej samej szynie 12S ze stojanem 36N40P i notuje 38.1 kg na śmigle VZ40 x 16.1 in przy zadeklarowanych 70 kg, z 2230 W i 192 A w 180 s z uzwojenia 13 mΩ i prądem biegu jałowego 3.3 A przy 20 V. Obie strony zawierają także drugi blok uzwojenia, przy 110 KV na MN1115 i 90 KV na MN1118, dlatego wartość KV trzeba czytać z modelem, a nie z nazwy serii.

T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor przechodzi na szynę 24S przy 1425 g w korpusie 58.9 mm, notując 47.5 kg na śmigle VZ42 x 16.5 in przy zadeklarowanych 80 kg, z 2400 W i 108 A w 180 s oraz uzwojeniem 35 mΩ. T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor zamyka rodzinę przy 1740 g w korpusie 65.9 mm, 57.3 kg na śmigle NS47 x 18 in przy zadeklarowanych 100 kg, 3218 W i 132 A w 180 s z 38 mΩ, co umieszcza rekord w paśmie silników drona do ciężkiego ładunku przy zadeklarowanych 100 kg. Krok z 12S na 24S w obrębie jednej rodziny stojanów jest najwyraźniejszą ilustracją tego, co tutaj robi liczba ogniw: MN1123 i MN1130 wytwarzają swój ciąg przy 108 A i 132 A tam, gdzie MN1118 potrzebuje 192 A, a w porównywalnych warunkach pracy wyższe napięcie szyny zmniejsza prąd zasilania potrzebny do danej mocy elektrycznej, choć wartości prądu w tych modelach odzwierciedlają także ich różne śmigła, uzwojenia i moce ciągu, a nie samo napięcie szyny; wyższa rezystancja uzwojeń 24S to druga strona tego kompromisu.

MN1315, MN1320, MN1325 i MN1330

Rekordy MN13 mają stojan 150 mm i skalują się na długości od 51 mm do 65 mm, i to w tej rodzinie zadeklarowane maksymalne masy startowe statku osiągają najwyższe wartości. T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor jest odstający w grupie pod dwoma względami: przy 14S ma najniższą liczbę ogniw w rodzinie, a przy 100 KV najwyższe uzwojenie, co razem daje 50.2 kg na śmigle VZ40 x 16.1 in przy zadeklarowanych 90 kg z prądem szczytowym 248 A w 180 s. Jego uzwojenie 7.5 mΩ jest najniższą publikowaną rezystancją we wszystkich dziesięciu tutejszych rekordach, co jest odpowiedzią konstrukcyjną na przewodzenie tego prądu. T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor wraca do 24S przy 2070 g i notuje 59.0 kg na śmigle NS45 x 17.5 in przy zadeklarowanych 100 kg, z 2900 W i 150 A w 180 s oraz uzwojeniem 20.5 mΩ.

Powyżej T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor notuje 68.1 kg na śmigle NS47 x 18 in przy zadeklarowanych 120 kg z masy 2425 g, z 3400 W i 170 A w 180 s, a T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor zamyka zakres przy 2750 g z 75.4 kg na śmigle NS52 x 20 in przy zadeklarowanych 140 kg, 3400 W i 177 A w 180 s z uzwojenia 19.5 mΩ. Oba największe rekordy podają wartość znamionową na ramię obok maksimum, odpowiednio 30-32 kg i 35-38 kg, i według tej wartości dobiera się punkt roboczy. Własne T-Motor Navigator MN Series Heavy-Lift UAV Motors: Official Release Video producenta obejmuje modernizację serii, która dała te rekordy, a rolniczy koniec tej samej rodziny jest opracowany w BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque.

Lista kontrolna wyboru silnika drona o dużym ciągu

Poniższa sekwencja to kolejność, w jakiej trzeba czytać wartości, gdy dobiera się silnik drona o dużym ciągu, ponieważ każdy krok ogranicza następny i żadnego nie da się rozstrzygnąć z samej strony silnika.

1. Zsumuj masę całkowitą wraz z silnikami i pakietem, a następnie odejmij wszystko, co nie jest wyposażeniem misji. Reszta to ładunek, który płatowiec może faktycznie unieść, i zależy od masy płatowca, akumulatora, układu napędowego, awioniki i mocowania ładunku w granicach dopuszczalnej masy całkowitej statku.
2. Podziel potrzebny statkowi ciąg między wirniki i zastosuj margines sterowania przed wyborem silnika, a nie po nim. Zarejestrowany ciąg maksymalny na ramię jest pułapem, a budżet, który wydaje go cały na lot ustalony, nie zostawia rezerwy na kontrolę położenia, zakłócenia ani zamierzoną obwiednię manewru.
3. Ustal liczbę ogniw na podstawie decyzji o pakiecie, a następnie wybierz KV tak, aby średnica śmigła dopuszczalna dla płatowca osiągnęła swój punkt roboczy przy rozsądnym otwarciu przepustnicy. KV to dopasowanie napięcia szyny do śmigła, a nie ranking wydajności.
4. W silniku drona o dużym ciągu czytaj wartość ciągu wobec śmigła, napięcia i stopnia przepustnicy wydrukowanych obok, a tam, gdzie strona publikuje obie, przedkładaj wartość znamionową na ramię nad maksimum.
5. Oszacuj straty w miedzi z rezystancji uzwojenia i oczekiwanego prądu roboczego dopiero po potwierdzeniu, że obie publikowane wartości mają tę samą konwencję pomiaru, a następnie czytaj temperaturę powierzchni notowaną przez producenta w jego własnych podanych warunkach obok granic temperatury podanych dla uzwojenia i magnesów.
6. Sprawdź prąd pobierany przez długotrwałe wznoszenie wobec wartości 180 s, a nie wobec liczby impulsowej, i potwierdź, że prąd zawisu pozostawia okno wolne dla stanów przejściowych sterowania.
7. Potwierdź interfejs mechaniczny: średnica wału, wzór mocowania, obwiednia, długość przewodu i przekrój żyły muszą pasować do ramienia, zanim jakiekolwiek wartości elektryczne będą miały znaczenie.
8. Zapisz, które wartości pochodzą z karty danych producenta, które z rekordu produktu ToBMS, a które wyprowadzono na potrzeby porównania, aby późniejszą rewizję można było sprawdzić wobec jej źródła.

Trzy dalsze przewodniki rozciągają się w bok od tego. UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe obejmuje całą kategorię od strony płatowca i sięga także zakresów Navigator, P i AT. Aplikacja UAV długotrwałego lotu wprowadza te same silniki do rozumowania o sprawności, masie i napięciu szyny, opracowanego w BLDC Motors for Long Endurance UAV: Efficiency, Mass and Bus Voltage. Dla mniejszego końca rodziny, gdzie dominuje responsywność i żywotność akumulatora zamiast ciągu na ramię, kategoria Silniki do dronów i aplikacja UAV przemysłowy obejmują płatowce, dla których ta klasa silników jest zbyt ciężka.

Najczęstsze pytania