Silniki BLDC do UAV przemysłowego: cykl pracy, redundancja i ładunek

Silnik BLDC do UAV przemysłowego wybiera się pod zadanie, które się powtarza, a nie pod pojedynczy lot, a osiem rekordów aktualnie wymienionych w kategorii UAV przemysłowe pokazuje, jak daleko od siebie mogą leżeć dwa sposoby czytania tej samej specyfikacji. W całej grupie KV zawiera się w przedziale od 80 do 700, publikowana masa od 128 g do 1740 g, rezystancja wewnętrzna od 17 mΩ do 116 mΩ, maksymalny ciąg od 1800 g do 36500 g, a publikowana moc dla 180 sekund od 500 W do 8580 W. Ten rozrzut musi objąć subkilogramowy płatowiec pomiarowy na jednym końcu i platformę niosącą dziesiątki kilogramów czujników i pakietu na drugim, więc użyteczne pytanie nie brzmi, który rekord publikuje największą liczbę, ale który utrzymuje swój prąd, swoją temperaturę i swój zapas ciągu przez cały profil misji, wokół którego zbudowano płatowiec. Ten przewodnik odczytuje osiem rekordów wobec tego pytania, a ten sam zestaw modeli zebrano na stronie aplikacji UAV przemysłowe.

Szybka odpowiedź

Przemysłowy płatowiec nie spędza swojego życia w punkcie, o którym jego panel specyfikacji mówi najgłośniej. Podnosi ładunek, stabilizuje się, a następnie utrzymuje pozycję przez wiele minut, kilka razy dziennie, przez cały okres, w którym płatowiec pozostaje w służbie. Konsekwencją elektryczną jest to, że prąd pobierany w punkcie utrzymywania pozycji jest opłacany w sposób ciągły przez całą misję, natomiast prąd szczytowy trwa sekundy. Lista kandydatów napisana wobec kolumny wartości szczytowej odpowiada więc na pytanie, które statek powietrzny zadaje rzadko, i pozostawia bez odpowiedzi pytanie, które zadaje nieustannie.

Trzy właściwości dźwigają to obciążenie, a poniższe rekordy publikują je nierównomiernie. Rezystancja wewnętrzna to współczynnik przy stracie w miedzi, czyli przy stracie biegnącej przez całą misję, a nie w seriach. Publikowane okno liczby ogniw rozstrzyga o prądzie, jaki uzwojenie musi przenosić dla danej mocy wału, a wyższa szyna ten prąd obniża. Publikowana moc dla 180 sekund to okno termiczne, a nie wartość przelotowa, i najlepiej czytać ją jako sygnał zapasu między kandydatami o podobnym obciążeniu, a nie jako liczbę do podzielenia przez energię pakietu.

Osiem rekordów dzieli się po pierwsze według publikowanego ciągu, a po drugie według szyny, dla której je opublikowano. Cztery z nich leżą poniżej 3000 g publikowanego ciągu, a cztery powyżej 8000 g, a wartości KV podążają za tym samym podziałem: lżejsze rekordy są publikowane przy 400 KV i 700 KV na 3-8S lub niżej, natomiast każdy rekord powyżej 8000 g jest publikowany przy 170 KV lub niżej na 6S i wyżej. Ten podział rozkładają poniższe sekcje, najpierw jako profil misji, potem jako zestaw pasm masy platformy, a wreszcie jako sekwencję decyzji.

Czego misja przemysłowa wymaga od silnika

W przypadku UAV przemysłowe misja jest obciążeniem, zanim staje się specyfikacją, a różnica między nią a lotem hobbystycznym to różnica powtarzalności, a nie rozmiaru. Płatowiec latający kilka razy dla przyjemności i płatowiec latający kilka razy dziennie w zastosowaniu użytkowym dzielą tę samą fizykę, ale nie tę samą ekonomię awarii, i to ten drugi przypadek muszą rozstrzygnąć poniższe rekordy.

Powtarzalność, a nie pojedynczy lot

Cechą wyróżniającą obciążenie przemysłowe jest to, że tę samą misję wykonuje się ponownie i znowu, z krótkimi przerwami naziemnymi między wylotami. Ma to znaczenie dla silnika, ponieważ zachowanie termiczne jest stanem, a nie zdarzeniem: uzwojenie, które w jednym locie osiąga daną temperaturę, rozpoczyna następny lot od temperatury, którą zatrzymało, a płatowiec wykonujący cztery wyloty w ciągu popołudnia poddaje izolację i łożyska obciążeniu skumulowanemu, którego pojedynczy lot nie wytwarza. Publikowane tu rekordy opisują limity termiczne w określonym oknie, a nie profil obciążenia, więc uczciwe odczytanie jest porównawcze: rekord opublikowany dla wyższej mocy 180 sekund wnosi do powtarzalnej misji więcej zapasu termicznego niż rekord opublikowany dla niższej, przy tym samym obciążeniu.

Ładunek, który musi przetrwać całą misję

Kamera, jednostka lidarowa lub czujnik multispektralny muszą być utrzymywane w stabilnej orientacji przez cały lot, a stabilność jest właściwością elektryczną, zanim staje się mechaniczną. Utrzymywanie pozycji to pętla sterowania korygująca ciągiem, a ciąg wytwarza się prądem, więc poryw wiatru albo przesunięcie ładunku spotyka się z krokiem prądu w uzwojeniu. Rekord napędowy o niższej rezystancji odpowiada na ten krok mniejszą stratą w miedzi, co utrzymuje punkt pracy bliżej miejsca, w którym był, i zmniejsza stan przejściowy, na którego korygowanie regulator orientacji musi zużywać energię. Przetrwanie ładunku i rezystancja uzwojenia są więc powiązane przez pętlę prądową, a nie tylko przez płatowiec.

Co płatowiec toleruje w silniku

Rekordy w tej grupie biegną od 128 g do 1740 g oraz od korpusu 41.8 mm do 147.5 mm, a te dwa zakresy są ograniczeniami zabudowy w takim samym stopniu jak ograniczeniami osiągów. Ramię ma sztywność zginania malejącą wraz ze wzrostem długości, mocowanie silnika ma rozstaw śrub, który płatowiec musi zapewnić, a cięższy silnik z wirnikiem zewnętrznym na końcu ramienia przesuwa właściwości bezwładnościowe, które regulator lotu musi modelować. Kolumny masy i gabarytów nie są ozdobą obok kolumn elektrycznych; w powtarzalnej misji ustalają, jak dużą część ramienia można zbudować pod sztywność, a nie pod obciążenie, które narzuca sam silnik.

Cykl pracy: liczba, przy której płatowiec faktycznie pracuje

Cykl pracy to udział, jaki w misji ma każdy punkt pracy, a w przemysłowym płatowcu dominuje w nim segment, który dostarcza najmniej widowiska. Zawis nie jest ciekawą częścią lotu do obserwowania, ale jest tą częścią, za którą płaci pakiet, i to segment, w którym faktycznie rozstrzyga się wybór silnika BLDC do UAV przemysłowego.

Udział zawisu wobec udziału przelotu

W płatowcu unoszonym przez wirniki segment zawisu dźwiga cały ciężar statku powietrznego wyłącznie ciągiem, bez skrzydła dzielącego obciążenie, a w misji inspekcyjnej lub utrzymywania pozycji segment ten stanowi większość lotu. W misji pomiarowej podział przesuwa się w stronę odcinka postępowego, ale odcinek postępowy w wielowirnikowcu jest nadal pokonywany przy dużym kącie natarcia na tych samych wirnikach, więc spadek prądu jest mniejszy, niż sugeruje zmiana prędkości powietrza. Praktyczny wniosek jest taki, że to punkt utrzymywania pozycji, a nie punkt maksymalnego ciągu, jest punktem pracy, wobec którego dobiera się pakiet, i każda kolumna opisująca wydajność w tym punkcie jest warta więcej niż kolumna opisująca pułap.

Powtarzane wznoszenie, a nie jeden szczyt

Płatowiec użytkowy wznosi się na wysokość roboczą, opada, aby wymienić akumulator, i powtarza to. Każde wznoszenie to zdarzenie o wysokim prądzie trwające dziesiątki sekund, a w ciągu dnia roboczego liczba takich zdarzeń idzie w dziesiątki. Ten wzorzec leży między dwoma warunkami, które opisuje panel specyfikacji: jest znacznie dłuższy niż chwilowe zdarzenie objęte wartością prądu szczytowego i znacznie krótszy niż stan ustalony, który sugeruje wartość przelotowa. Jest to także powód, dla którego rekord opublikowany dla wyższego prądu ciągłego jest dla tego obciążenia wart więcej niż rekord opublikowany dla wyższego szczytu, ponieważ to powtarzające się przez dzień wznoszenie się kumuluje.

Dlaczego kolumna 180 s nie może zastąpić obciążenia

Publikowana moc dla 180 sekund to moc, którą silnik może pochłonąć przez 180 sekund, zanim jego uzwojenie osiągnie limit temperatury wyznaczony przez klasę izolacji i sposób mocowania. Jest to okno i konwencja, a nie wartość znamionowa, którą silnik utrzymuje bez końca, i jest publikowana przy własnym warunku testowym producenta, a nie przy warunku zawisu płatowca. Jej użyteczność jest porównawcza: rekord opublikowany przy 3180 W niesie większy zapas prądu niż rekord opublikowany przy 1600 W, gdy oba porównuje się przy tym samym obciążeniu, a ten zapas jest tym, co zużywa cięższy ładunek albo gorętszy dzień. Nie jest to liczba, przez którą dzieli się budżet energii pakietu, ponieważ konwersja zmagazynowanej energii na czas w powietrzu przebiega przez prąd w punkcie utrzymywania pozycji.

Redundancja: zapas ciągu, za który płaci wielowirnikowiec

Zapas ciągu, jaki musi nieść silnik BLDC do UAV przemysłowego, jest właściwością, której nie ma samolot ani śmigłowiec: po utracie jednego zespołu napędowego wielowirnikowiec może pozostać sterowalny, pod warunkiem że pozostałe zespoły mają ciąg w rezerwie. Ta rezerwa jest kupowana masą silników i pakietu i jest drugim ograniczeniem odróżniającym specyfikację przemysłową od rekreacyjnej.

Co się dzieje, gdy jeden silnik przestaje pracować

W płatowcu sześciowirnikowym utrata jednego zespołu napędowego pozostawia pięć zespołów do niesienia statku powietrznego, więc pozostałe zespoły muszą wytworzyć około 6/5 swojego normalnego udziału, czyli wzrost o około 20 procent, aby utrzymać wysokość po przeciwnej stronie ramy. To arytmetyka, a nie specyfikacja: liczba wynika z liczby wirników, a nie z wybranego modelu. To, co wnosi model, to czy potrafi wytworzyć ten udział bez opuszczenia publikowanego okna wartości przelotowej, ponieważ rezerwa istniejąca wyłącznie w kolumnie 180 sekund jest dostępna na zniżanie, a nie na kontynuowanie misji.

Zapas jako masa, prąd i wielkość pakietu

Zapas ciągu nie jest darmowy, ponieważ silnik zwymiarowany tak, by wytwarzać większy ciąg przy tym samym prądzie, to silnik z większą ilością magnesu i miedzi, a oba te elementy widać w kolumnie masy. Tutejsze rekordy czynią ten kompromis widocznym: rekord 128 g publikuje 1800 g ciągu, podczas gdy rekord 1740 g publikuje 36500 g, więc ciąg na jednostkę masy silnika rośnie stromo w całej grupie, nawet gdy masa bezwzględna także rośnie. Konsekwencją dla redundancji jest to, że lżejszy płatowiec może pozwolić sobie na zapas redundancji na mniejszym silniku, natomiast ciężki płatowiec musi przyjąć, że zapas jest niesiony jako masa silnika, jako masa pakietu, który go zasila, albo jako krótszy budżet czasu lotu. To, który z tych trzech środków zostanie wydany, jest decyzją płatowca, a nie silnika.

Gdzie redundancja przestaje być wyborem silnika

Zdolność do dalszego lotu po utracie napędu zależy od miksera regulatora lotu, od zdolności prądowej regulatora ESC i od zdolności płatowca do utrzymania orientacji za pomocą pozostałych zespołów, a wszystko to leży poza rekordem silnika. Silnik może tylko zaoferować zapas, który czyni manewr możliwym; to, czy manewr zostanie wykonany, należy do otaczającego go systemu. Ta granica ma znaczenie przy czytaniu listy kandydatów, ponieważ rekord o szerokim oknie wartości przelotowej i niskiej rezystancji jest wkładem w redundancję, a nie jej gwarancją, a pytania o autorytet sterowania należą do dokumentacji regulatora lotu, a nie do panelu specyfikacji silnika.

Zapas termiczny w powtarzalnej misji

Zachowanie termiczne to ta część specyfikacji, którą pojedyncza liczba opisuje najsłabiej, a w powtarzalnej misji decyduje o tym, czy ostatni wylot dnia przypomina pierwszy. Łańcuch jest krótki, a każde jego ogniwo jest publikowane: prąd wytwarza stratę w miedzi, strata w miedzi wytwarza ciepło, a ciepło musi opuścić uzwojenie drogą, której płatowiec nie kontroluje.

Strata w miedzi w powtarzalnym cyklu

Strata w miedzi to kwadrat prądu pomnożony przez rezystancję uzwojenia, więc rośnie z kwadratem obciążenia i liniowo z publikowaną przez producenta wartością rezystancji. To czyni kolumnę rezystancji współczynnikiem przy koszcie bieżącym, a nie chwilowym, i wyjaśnia, dlaczego kolumna ta nie podąża po prostu za rozmiarem silnika: w tej grupie rezystancja biegnie od 17 mΩ w rekordzie 1740 g U15 II KV80 do 116 mΩ w rekordzie 195 g U5 KV400, i wynosi 45 mΩ zarówno w rekordzie 649 g P80 III Pin KV100, jak i w rekordzie 453 g MN8017 KV120. Niska rezystancja w rekordzie o wysokim ciągu to obraz uzwojenia zbudowanego pod prąd trwały i jest to wartość, którą czyta się najpierw, gdy obciążenie się powtarza.

Prąd ciągły, który może utrzymać powtarzalna misja

Wartość prądu ciągłego opisuje prąd, jaki silnik może przenosić, nie opuszczając stanu termicznego, dla którego został zaprojektowany, i jest to kolumna najlepiej dopasowana do powtarzalnej misji. Jest publikowana tylko dla części tej grupy, co jest ograniczeniem wartym wyraźnego zaznaczenia: rekord 128 g U3 KV700 przenosi 25 A, rekord 195 g U5 KV400 przenosi 30 A, a rekord 375 g P60 Pin KV170 przenosi 38 A, natomiast pozostałe pięć rekordów publikuje prąd szczytowy albo prąd dla 180 sekund, a nie wartość ciągłą. Te trzy wartości rosną wraz z masą silnika, co jest oczekiwanym kształtem, a brak tej kolumny w pozostałych pięciu oznacza, że z samych publikowanych rekordów nie da się złożyć porównywalnego rankingu prądu ciągłego. Tam gdzie budowa od tego zależy, wartość należy umieścić w pytaniach kierowanych do dokumentacji producenta.

Droga termiczna z uzwojenia

Ciepło opuszcza bezszczotkowy silnik z wirnikiem zewnętrznym trzema drogami: przewodzeniem do mocowania i płatowca, konwekcją z dzwonu i obudowy stojana oraz promieniowaniem z odsłoniętych powierzchni. Wszystkie trzy zależą od zabudowy, a nie od silnika, dlatego za publikowaną mocą dla 180 sekund stoi konwencja mocowania. W przemysłowym płatowcu mocowaniem jest często ramię o ograniczonej masie termicznej i ograniczonym przepływie powietrza w zawisie, więc droga przewodzenia jest słabsza, niż sugeruje założenie stanowiskowe. Praktyczną konsekwencją jest to, że zapas termiczny publikowany przez rekord to porównanie konstrukcji, a nie przewidywanie temperatury, jaką uzwojenie osiągnie w konkretnym płatowcu, a założenie stojące za tą wartością pozostaje przy producencie.

Masa i przewód jako koszty ładunku

Masa w przemysłowym płatowcu nie jest neutralną właściwością podzespołu; jest odejmowaniem od dwóch budżetów rozstrzygających o tym, do czego służy statek powietrzny, czyli od ładunku i pakietu. Własna masa silnika oraz przewód i złącze, które do niego należą, są częścią tego odejmowania, a rekordy publikują je osobno wystarczająco często, by ten podział był czytelny.

Udział silnika w budżecie ładunku

Każdy gram masy napędu trzeba unieść przez całą misję, co podnosi moc potrzebną w segmencie zawisu i szybciej rozładowuje pakiet; ten sam gram ujęty z pakietu odbiera zmagazynowaną energię. Kompromis jest więc dwustronny, a nie prostą karą, i to jest powód, dla którego kolumna masy należy obok kolumn wydajności, a nie do mechanicznego aneksu. W tej grupie rozrzut jest na tyle duży, że zmienia charakter budowy: rekord 128 g i rekord 1740 g to nie dwa punkty na jednej skali, ale dwie różne klasy płatowca, a ciąg, który każdy z nich publikuje, jest tym, co czyni tę różnicę wartą zapłaty.

Przewód, złącze i AWG jako koszty integracji

Publikowana waga silnika zwykle obejmuje jego przewód i złącze, a tam gdzie publikuje się odrębną wartość dla samego silnika, różnica jest wymierna. Rekord U5 KV400 ilustruje to wprost: 195 g to publikowana waga wraz z przewodem, a 156 g to wartość dla silnika bez niego, czyli różnica 39 g niesiona na końcu ramienia w każdym locie. Ten sam rekord publikuje przewód AWG 16, a rekord U10 II KV100 publikuje przewód AWG 16 z żyłą 90 mm, więc przewód jest określoną częścią zespołu, a nie akcesorium. W konstrukcji, w której ramiona kupuje się pod sztywność, długość przewodu większa niż potrzeba prowadzenia to masa, która niczego nie kupuje.

Obciążenia gimbala i czujników na tej samej szynie

Przemysłowy ładunek rzadko pobiera zasilanie z odrębnego źródła: gimbal, czujnik i łącze komunikacyjne są zwykle zasilane z tego samego pakietu co układ napędowy, przez regulator albo odrębny odczep. Taki układ czyni prąd napędu i prąd ładunku dwoma zapotrzebowaniami na jednej baterii, a napięcie widziane przez uzwojenie napędu to napięcie, które pozostaje po obu. Rekord napędowy o niższej rezystancji i szerszym publikowanym oknie liczby ogniw daje integracji więcej miejsca na umieszczenie odczepu ładunku, ponieważ zapadnięcie napięcia, które wytwarza pod obciążeniem, jest mniejsze, a szyna ma więcej zapasu dla regulatora. Ładunek jest więc częścią obciążenia elektrycznego, a nie pasażerem na nim.

Wiatr i punkt pracy, który musi się utrzymać

Wiatr to ta część misji przemysłowej, której nie ma w planie lotu, a jego wpływ na silnik BLDC do UAV przemysłowego przebiega w całości przez punkt utrzymywania pozycji. Poryw nie zmienia masy płatowca ani jego śmigła, ale zmienia ciąg, jaki muszą wytworzyć wirniki, a więc prąd, jaki uzwojenie musi w tym momencie przenosić.

Zapas na poryw to zapas prądu

Utrzymanie pozycji w porywie wymaga od wirników zwiększenia ciągu, a wzrost ciągu przy stałym śmigle i stałej szynie kupuje się prądem. Prąd potrzebny do odpowiedzi na poryw jest więc pobierany ponad prąd, którego wymaga już zawis, a w powtarzalnej misji dzień z porywami to dzień, w którym uzwojenie spędza więcej czasu bliżej swojego limitu termicznego. Dlatego kolumna rezystancji i okno termiczne mają znaczenie razem: rekord o niskiej rezystancji zamienia dodatkowy prąd od porywu w mniej ciepła, więc ten sam poryw zużywa mniej zapasu, jaki płatowiec ma na resztę lotu.

Dlaczego uzwojenie wyznacza punkt utrzymywania pozycji, a nie szczyt

Uzwojenie wymiaruje się według prądu, który przenosi przez większość czasu, ponieważ to jego straty się kumulują. Wartość szczytowa opisuje, ile prądu silnik może przepuścić krótko, zanim coś ustąpi, i jest ograniczona tyleż przez regulator ESC i pakiet, ile przez samo uzwojenie. W obciążeniu przemysłowym rozróżnienie to jest praktyczne, a nie akademickie: dwa silniki o tej samej publikowanej wartości szczytowej mogą leżeć daleko od siebie w punkcie utrzymywania pozycji, a ten lepszy w tym punkcie to ten, z którego korzysta powtarzalna misja. Dlatego poniższa sekwencja wymiarowania zaczyna się od obciążenia i prądu utrzymywania pozycji, a kolumnę wartości szczytowej traktuje jako kontrolę zapasu, a nie jako podstawę wyboru.

Osiem silników do UAV przemysłowego w porównaniu

Osiem rekordów aktualnie wymienionych w kategorii UAV przemysłowe przedstawiono poniżej jako jeden zbiór specyfikacji, uporządkowany według publikowanego maksymalnego ciągu, tak aby krok od najlżejszego obciążenia do najcięższego był widoczny w samej kolumnie. Każda wartość to liczba, którą producent publikuje dla danego modelu, i żadna komórka nie jest szacowana. Te same osiem modeli to modele zgrupowane w ramach obciążenia omówionego w powyższych sekcjach.

Model, konfiguracja stojana, rezystancja wewnętrzna, publikowana liczba ogniw, maksymalny ciąg, maksymalna moc dla 180 sekund i waga zgodnie z publikacją producenta dla ośmiu modeli aktualnie wymienionych w kategorii UAV przemysłowe, uporządkowane według publikowanego maksymalnego ciągu. Maksymalny ciąg i moc dla 180 sekund to wartości, które producent publikuje dla każdego modelu; obie zależą od śmigła i napięcia szyny użytych w teście, więc są porównywalne w obrębie grupy tylko w tym sensie, że opisują własny publikowany warunek każdego modelu. Liczba ogniw jest pokazana tak, jak została opublikowana, więc pojedyncza wartość oznacza jedno publikowane okno, a zakres oznacza, że model jest publikowany w całym zakresie. Waga obejmuje przewód i złącze, gdy producent publikuje ją w ten sposób. Nie ma kolumny KV, ponieważ każda nazwa modelu w tabeli zawiera własną wartość KV, i nie ma kolumny gabarytów, ponieważ opisane tu obciążenie opiera się na kolumnach elektrycznych, a nie na wymiarach korpusu.

Dwa odczyty się wyróżniają, gdy osiem rekordów znajdzie się na jednej stronie, i żaden z nich to nie kolumna mocy. Pierwszy to fakt, że rezystancja wewnętrzna nie biegnie w tym samym porządku co ciąg. Rekord 453 g MN8017 KV120 i rekord 649 g P80 III Pin KV100 niosą oba 45 mΩ, podczas gdy rekord 282 g U8 Lite L KV110 niesie 105 mΩ, a rekord 195 g U5 KV400 niesie 116 mΩ, i najszersza wartość w grupie leży w najmniejszym rekordzie, 116 mΩ wobec 17 mΩ w największym. Czytane w dół tej kolumny, lekkie rekordy to te o najwyższej rezystancji, co jest obrazem uzwojenia zwymiarowanego dla lekkiego płatowca, a korpusy 36N42P w górnej połowie tabeli to te o niskich wartościach.

Drugi to fakt, że liczba ogniw dzieli tabelę na dwie połowy spotykające się w środku. Cztery rekordy są publikowane dla 6-14S lub wyżej, a cztery dla 3-8S lub niżej, a wartości KV podążają za tym podziałem: cztery lżejsze rekordy biegną od 400 do 700 KV, a cztery cięższe od 80 do 170 KV. Ponieważ KV to prędkość wału na wolt, obie połowy mogą osiągnąć porównywalne prędkości wału przy różnych napięciach pakietu, a wartością, która je rozdziela, jest prąd pobierany przez każdy z nich dla swojej publikowanej mocy. Rekordy 36N42P, które niosą największy ciąg w grupie, są wszystkie publikowane przy 170 KV lub niżej, a dwa rekordy o najwyższym ciągu w tabeli to także dwa o najniższej rezystancji, co jest kształtem uzwojenia zbudowanego pod prąd trwały.

Trzeci odczyt dotyczy rekordów, które leżą najbliżej siebie pod względem ciągu. U10 II KV100 i U8 Lite L KV110 publikują 10600 g i 11200 g przy 415 g i 282 g odpowiednio, więc różnicę 600 g ciągu kupuje się 133 g masy silnika. Sąsiedni ciąg przy innej masie i innym oknie szyny to najwyraźniejsze w tabeli przypomnienie, że masa jest wynikiem pakowania, a nie opisem obciążenia. Wybór między nimi zależy od tego, ile budżetu ładunku płatowiec może przeznaczyć na napęd oraz na śmigło, które każdy z nich ma obracać, a nie od 600 g ciągu, który dzieli ich rekordy.

Osiem rekordów wobec pasm masy platformy

Tabela porządkuje według ciągu, co jest właściwym porządkiem dla listy kandydatów, a niewłaściwym dla zrozumienia, co zawiera grupa. Czytane według platformy, osiem rekordów dzieli się na cztery pasma, a granice pasm wyznacza masa startowa płatowca, a nie silnik. Poniższe szacunki zamieniają publikowany ciąg na przybliżoną masę platformy na czterech wirnikach przy stosunku ciągu do masy 2:1, co jest konwencją roboczą, a nie specyfikacją, i podano je po to, by pasma można było porównywać między sobą, a nie jako wartości, wobec których należy projektować.

Płatowce poniżej 6 kg i rekordy lekkich wielowirnikowców

Lekki koniec grupy niosą dwa rekordy zbudowane dla małych platform kamerowych i pomiarowych. T-Motor U3 KV700 silnik do UAV jest najlżejszy i ma 128 g – to rekord 12N14P 3-4S publikujący 1800 g ciągu i 500 W, a T-Motor U5 KV400 silnik do UAV to rekord 195 g 12N14P 3-8S publikujący 2850 g i 850 W. Na czterech wirnikach przy 2:1 te wartości ciągu umieszczają platformę na około 3.6 kg i 5.7 kg odpowiednio, co stawia oba rekordy na małym końcu płatowca użytkowego i żadnego z nich w skali przemysłowego ładunku. U5 KV400 obejmuje szersze okno szyny z tej dwójki, 3-8S wobec 3-4S, i jest rekordem w tym paśmie, który może przyjąć zmianę pakietu bez zmiany silnika.

Płatowce robocze 10-25 kg

Środek grupy to miejsce, w którym zaczyna się właściwe obciążenie przemysłowe, i leżą tam trzy rekordy. T-Motor P60 Pin KV170 silnik do UAV to rekord 375 g 24N28P 6-14S publikujący 8414 g i 1800 W; T-Motor U10 II KV100 silnik do UAV to rekord 415 g 36N42P 12S publikujący 10600 g i 1600 W; a T-Motor U8 Lite L KV110 silnik do UAV to rekord 282 g 36N42P 12S publikujący 11200 g i 2140 W. Przy tej samej konwencji czterech wirników umieszczają one platformy na około 17 kg, 21 kg i 22 kg. Cała trójka dzieli pasmo ciągu, ale nie obciążenie: P60 Pin KV170 jest publikowany dla najszerszego okna szyny przy 6-14S, natomiast dwa rekordy 36N42P są 12S i różnią się tym, czy nacisk położono na średnicę korpusu, czy na zapas dla 180 sekund – U10 II KV100 publikuje 98.6 mm średnicy przy 1600 W, a U8 Lite L KV110 publikuje 87.1 mm przy 2140 W.

Pasmo ładunku 25-40 kg

Powyżej środkowego pasma leżą dwa rekordy i to one są w grupie najbliższą parą pod względem rezystancji. T-Motor P80 III Pin KV100 silnik do UAV to rekord 649 g 36N42P 6-12S publikujący 16344 g i 2700 W w korpusie 91.6 mm, a T-Motor MN8017 KV120 silnik do UAV to rekord 453 g 36N42P 12S publikujący 16841 g i 3180 W w korpusie 87.8 mm. Oba niosą 45 mΩ, a przy konwencji czterech wirników umieszczają platformy na około 33 kg i 34 kg. Ta para ilustruje kompromis, jaki czyni to pasmo: P80 III Pin KV100 jest cięższym rekordem o niższej publikowanej mocy, a MN8017 KV120 zwraca 497 g ciągu i 480 W więcej z korpusu lżejszego o 196 g, więc oba różnią się mniej tym, co mogą unieść, niż tym, ile kosztuje ich niesienie podczas tej pracy.

Powyżej 40 kg i najszersze okno szyny

Największy rekord w grupie odstaje od pozostałych siedmiu dużym marginesem. T-Motor U15 II KV80 silnik do UAV to rekord 1740 g 36N42P publikowany dla 12-24S, z 36500 g ciągu, 8580 W mocy dla 180 sekund i rezystancją wewnętrzną 17 mΩ, najniższą w grupie. Przy tej samej konwencji umieszcza platformę na około 73 kg, co wykracza poza skalę ładunku pozostałych siedmiu i wchodzi w zakres, w którym płatowiec jest maszyną dźwigową, a nie platformą kamerową. Jego okno 12-24S jest także najszersze w grupie, co oznacza, że prąd pobierany dla danej mocy wału może być ustalany przez pakiet, a nie przez silnik, i to ta właściwość czyni go użytecznym na ciężkim końcu powtarzalnego obciążenia.

Dwa najnowsze rekordy: MN8017 KV120 i U10 II KV100

Dwa z ośmiu rekordów dodano do platformy najpóźniej i oba zajmują pozycje, których grupa poza tym nie wypełnia. Żaden nie jest marginalnym wariantem już obecnego rekordu: jeden to najlżejszy korpus 36N42P publikowany na tym poziomie ciągu, a drugi to rekord o najmniejszej średnicy powyżej 10000 g.

MN8017 KV120: 36N42P przy 453 g

T-Motor MN8017 KV120 silnik do UAV to rekord 453 g 36N42P w korpusie 87.8 mm i o długości 34.5 mm, publikowany dla 12S z 16841 g maksymalnego ciągu, 3180 W mocy dla 180 sekund i 68.6 A prądu dla 180 sekund. Jego rezystancja wewnętrzna wynosi 45 mΩ, a publikowany prąd biegu jałowego to 1.8 A przy 24 V. Zestawiony z P80 III Pin KV100, który osiąga porównywalny ciąg z korpusu 649 g przy 2700 W, MN8017 KV120 jest lżejszą drogą do tego samego pasma nośności, a jego stojan 36N42P to ta sama konfiguracja, której używają dwa najcięższe rekordy w grupie. Rekord podaje wymiar wału wewnętrznego, ale nie podaje wymiaru wału zewnętrznego, więc mocowanie projektowane wokół wału należy sprawdzić na rysunku producenta, a nie w tabeli.

U10 II KV100: gabaryt 98.6 mm przy 415 g

T-Motor U10 II KV100 silnik do UAV to rekord 415 g 36N42P w korpusie 98.6 mm i o długości 33.1 mm, publikowany dla 12S ze 10600 g maksymalnego ciągu, 1600 W mocy dla 180 sekund i 32.4 A prądu szczytowego. Jego rezystancja wewnętrzna wynosi 101 mΩ, przenosi przewód AWG 16 na żyle 90 mm i wał 15 mm, a publikowany prąd biegu jałowego to 1 A przy 18 V. Wobec U8 Lite L KV110, który osiąga nieco wyższy ciąg z korpusu 282 g, U10 II KV100 wymienia 133 g masy i 540 W mocy dla 180 sekund na 11.5 mm większej średnicy korpusu, a szerszy korpus to właściwość, wokół której projektuje się mocowanie albo prześwit ramienia.

Gdzie silniki przemysłowe wykonują swoją pracę

Trzy poniższe obciążenia to te, wobec których najczęściej wymiaruje się rekordy w tej grupie, i każde z nich czyta kolumny w innej kolejności. Opisano je tu jako obciążenia, a nie jako produkty, ponieważ silnik wybiera się po profilu misji, a nie przed nim.

Inspekcja linii energetycznych i aktywów

Płatowiec inspekcyjny leci wzdłuż liniowego aktywa w kontrolowanej odległości i utrzymuje pozycję, podczas gdy czujnik rejestruje. Obciążenie jest bliskie ciągłemu zawisowi z wolną translacją, co stawia punkt utrzymywania pozycji w centrum specyfikacji, a ładunkiem jest zwykle stabilizowana kamera, której orientacja musi przetrwać porywy od badanych konstrukcji. Ta kombinacja wskazuje na środkowe pasmo grupy, w którym obciążenie UAV inspekcyjne umieszcza własny zestaw modeli, oraz na rekordy o rezystancji, która powstrzymuje prąd od porywów przed staniem się kosztem termicznym.

Pomiary, mapowanie i patrol bezpieczeństwa

Misja pomiarowa lub patrolowa spędza więcej swojego czasu w locie postępowym niż misja inspekcyjna, więc obciążenie przesuwa się w stronę przelotowego końca obwiedni, zachowując tę samą integrację ładunku. Konsekwencją jest to, że okno liczby ogniw ma tu większe znaczenie niż wartość szczytowa, ponieważ szersze publikowane okno pozwala dobrać pakiet pod czas trwania misji, a nie pod najwyższy prąd, jaki płatowiec może pobrać. Rekordy publikowane w tej grupie dla 6-14S i 12-24S to te, które dają takie pole, a obciążenie UAV fotograficzne zbiera te same modele tam, gdzie ładunkiem jest kamera, a nie czujnik mapujący.

Płatowce rolnicze i logistyczne

Płatowiec rolniczy niesie zbiornik, a nie czujnik, a ładunek zmienia się w trakcie lotu wraz z opróżnianiem zbiornika, co oznacza, że ciąg, jaki muszą wytworzyć wirniki, spada od startu do lądowania. Obciążenie jest więc przesunięte na początek i powtarzalne, z wysokim zapotrzebowaniem na ciąg na starcie każdego wylotu i niższym na końcu, a płatowiec lata zwykle z nieprzygotowanego podłoża. Rekordy publikowane dla najszerszych okien szyny i najwyższej mocy dla 180 sekund niosą ten wzorzec najlepiej, a obciążenie UAV rolnicze wymienia modele dla niego przeznaczone. Obciążenie UAV o długim czasie lotu obejmuje te same płatowce tam, gdzie wymaganiem jest czas trwania, a nie ładunek.

Dobór silnika BLDC do UAV przemysłowego: sekwencja wymiarowania

Poniższa sekwencja zamienia powyższe sekcje w trzy kroki dla UAV przemysłowe, a kolejność ma znaczenie tak samo jak treść. Każdy krok zawęża grupę, zanim zastosuje się następny, tak aby końcowe porównanie odbywało się między rekordami, które są już wystarczająco blisko, by ich różnice były istotne.

Najpierw ustal obciążenie misji

Zapisz misję jako profil, a nie jako czas trwania: udział lotu spędzony na utrzymywaniu pozycji, udział spędzony w locie postępowym, liczbę wylotów na dzień oraz ładunek, który płatowiec musi stabilizować. Z tego profilu przyjmij prąd w punkcie utrzymywania pozycji jako liczbę, wobec której wymiaruje się uzwojenie, a ciąg potrzebny do wznoszenia traktuj jako kontrolę zapasu, a nie jako podstawę wyboru. Moc 180 sekund kandydata czyta się wtedy jako stwierdzenie o zapasie w ramach tego profilu, a nie jako wartość znamionową do podzielenia przez misję.

Następnie obwiednia elektryczna i pakiet

Wybierz szynę przed KV, ponieważ liczba ogniw i wartość KV oznaczają prędkość wału dopiero wtedy, gdy pomnoży się je razem. Szersze publikowane okno liczby ogniw daje płatowcowi więcej miejsca na wymianę prądu na masę pakietu, a rekordy w tej grupie publikowane dla 6-14S i 12-24S to te, które zostawiają najwięcej miejsca. Następnie odczytaj kolumnę rezystancji wobec prądu, jaki implikuje obciążenie, ponieważ strata biegnąca przez całą misję jest tą, za którą pakiet płaci w sposób ciągły.

Następnie gabaryt, mocowanie i rekord

Gdy kandydaci elektryczni zostaną zawężeni, resztę rozstrzygają kolumny mechaniczne: średnica korpusu wobec prześwitu ramienia, masa wobec budżetu ładunku oraz długość i przekrój przewodu wobec prowadzenia, jakiego płatowiec faktycznie potrzebuje. Na koniec odnotuj, co każdy rekord pozostawia otwarte. Prąd ciągły publikowany tylko dla części grupy, wymiar wału podany jako jedna wartość, a nie dwie, oraz założenie termiczne należące do stanowiska testowego producenta, a nie do płatowca, to wszystko pytania do dokumentacji producenta i lepiej podnieść je przed budową niż po niej.

Najczęściej zadawane pytania

Zasoby oficjalne

T-Motor publikuje oficjalną stronę produktu dla każdej jednostki wraz z jej panelem specyfikacji, a te strony pozostają źródłem prawdy dla każdej wartości podanej w tym przewodniku - na przykład strona produktu U3 KV700, strona produktu U5 KV400, strona produktu P60 Pin KV170, strona produktu P80 III Pin KV100, strona produktu U8 Lite L KV110, strona produktu U10 II KV100, strona produktu MN8017 KV120 i strona produktu U15 II KV80. Konfiguracja, rezystancja, liczba ogniw, ciąg, moc, prąd i masa w powyższej tabeli to wartości, które te strony publikują dla każdego modelu. Prąd ciągły dla modelu, którego rekord go nie zawiera, wymiar wału podany jako pojedyncza wartość albo założenie termiczne stojące za wartością dla 180 sekund to pytanie do dokumentacji producenta, a nie wartość, którą można wyprowadzić z panelu specyfikacji.

Co dalej

Jeżeli celem jest utworzenie listy kandydatów, a nie lektura, trzy narzędzia platformy wykonują tę pracę po kolei. Pełna kategoria Silniki do UAV pozwala zobaczyć tutejsze osiem rekordów obok modeli Navigator i modeli o dużym udźwigu, narzędzie Dobór pozwala zawęzić według liczby ogniw, masy i publikowanej mocy, a w narzędziu Porównanie produktów można zestawić kandydatów ze sobą. Strona aplikacji UAV przemysłowe zawiera to samo obciążenie wraz z własnymi atrybutami filtrów, a strona producenta T-Motor zbiera pełną ofertę stojącą za tymi rekordami.

Trzy dalsze artykuły obejmują te części tematu, których obciążenie przemysłowe nie rozstrzyga. Silniki do UAV: dobór KV, ciągu i masy do płatowca omawia szerszy obraz napędu powietrznego, w tym rekordy serii P oraz modele o dużym udźwigu dla zadań spoza porównywanego tu pasma przemysłowego. Silniki BLDC do UAV o długim czasie lotu: wydajność, masa i napięcie szyny bierze ten sam łańcuch śmigła, KV i liczby ogniw i stosuje go do czasu trwania jako wymagania rozstrzygającego, a nie do cyklu pracy. Silniki do dronów o dużym udźwigu: trzy opcje T-Motor od 2.85 kg do 101 kg ciągu obejmuje nośny koniec tego samego obciążenia, gdzie płatowce wymiaruje się wobec ciągu trwałego w skali wielokilogramowej.

Wersja krótka: najpierw ustal profil misji, ponieważ udział lotu spędzony na utrzymywaniu pozycji wyznacza prąd, wobec którego wymiaruje się uzwojenie; wybierz szynę przed KV, ponieważ te dwa elementy oznaczają prędkość wału dopiero razem, a szyna jest tym, co rozstrzyga o prądzie; a na końcu odczytaj uzwojenie wobec prądu utrzymywania pozycji, ponieważ wartość mocy dla 180 sekund to okno termiczne, a nie wartość znamionowa. W obrębie tej grupy ta sekwencja oddziela dwa rekordy poniżej 3000 g ciągu od trzech w środkowym paśmie, a obie te grupy od dwóch ciężkich rekordów i pojedynczego rekordu publikowanego dla 12-24S, zanim jakikolwiek pojedynczy model zostanie zważony przeciw innemu.