Napęd samolotów załogowych: trzy silniki T-Motor U15 w doborze

Dobór silnika do Napęd samolotów załogowych wychodzi z innego założenia niż dobór do płatowca bezzałogowego. Statek powietrzny bezzałogowy można zaprojektować wokół misji i kosztu, a w przypadku bardzo wielu misji rozsądne jest, aby awaria napędu zakończyła lot. Samolotu przewożącego człowieka w ten sposób zaprojektować nie można. Obciążenie jest dłuższe, punkt pracy leży bliżej ciągłego końca obwiedni, pojedyncza awaria musi być możliwa do przetrwania, a nie tylko mało prawdopodobna, a każda liczba, na której opiera się integrator, musi mieć źródło w badaniu, a nie w nagłówku. Ten przewodnik omawia trzy silniki T-Motor U15 - jednostkę o masie 1740 g z najszerszym odnotowanym oknem szyny, jednostkę o masie 4408 g zbudowaną pod szynę 24 S oraz jednostkę o masie 5130 g, która odnotowuje najwyższy ciąg z całej trójki - i wyjaśnia, która odnotowana wartość rozstrzyga wybór w każdym przypadku oraz które wartości znajdują się w karcie danych producenta.

Wszystkie trzy to bezszczotkowe silniki z wirnikiem zewnętrznym, napędzane zewnętrznym regulatorem ESC, i wszystkie trzy należą do jednej kategorii ToBMS: Silniki do UAV. Różni je masa, KV, odnotowany ciąg oraz szyna, pod jaką zbudowano każdy z nich, a te różnice przekładają się na lekkie dwumiejscowe płatowce, wózki paralotni z napędem oraz większe platformy transportowe adaptowane do operacji załogowych. Każda liczba cytowana w tym tekście pochodzi z odpowiedniego rekordu produktowego ToBMS; przeliczenia między gramami a kilogramami, stosunki zbudowane z dwóch odnotowanych wartości oraz każda wielkość wywnioskowana z chemii ogniw są oznaczone jako wyprowadzone, a pole bez wartości oznacza się jako brakujące, a nie uzupełnia z sąsiedniego modelu. Dwa z trzech rekordów nie obejmują kolumn elektrycznych w pełni, a wiedza o tym, której kolumny brakuje w którym rekordzie, jest częścią dokonania wyboru.

Szybka odpowiedź

Pierwszą decyzją w tej kategorii nie jest ciąg, lecz to, ile silników niesie płatowiec i co się dzieje, gdy jeden z nich przestanie pracować. Wszystko inne - KV, masa, szyna, śmigło - dobiera się potem wobec tego przypadku awarii, a nie wobec odniesieniowego punktu zawisu. Na tej podstawie trzy silniki z tego tekstu zajmują trzy odrębne role, a nie tworzą rankingu.

Tam, gdzie płatowiec jest mały, pakiet jest ograniczeniem wiążącym, a układ napędowy ma dość jednostek, by utrata jednej zostawiała wygodny zapas, T-Motor U15 II KV80 silnik do UAV jest jedynym z trzech, który przyjmuje 12-24S, a przy masie 1740 g jest lżejszy ponad dwukrotnie. Odnotowuje 36.5 kg ciągu maksymalnego i 8580 W w oknie 180 s, i jest jedynym z trzech, którego rekord publikuje jakąkolwiek wartość mocy.

Tam, gdzie płatowiec jest konstrukcją o stałej szynie 24 S, a budżet masy pozwala na cięższy silnik, T-Motor U15XL KV38 silnik do UAV odnotowuje 81.2 kg ciągu przy masie 4408 g, z wartością prądu szczytowego 180 A, prądem biegu jałowego 3.5 A przy 10 V i uzwojeniem 17 mΩ - najniższą odnotowaną rezystancją w tej grupie, na równi z U15 II - co czyni go jednostką o najbardziej kompletnej dokumentacji elektrycznej w środku zakresu mas.

Tam, gdzie projekt potrzebuje najwyższego odnotowanego ciągu na silnik, T-Motor U15XXL KV29 silnik do UAV odnotowuje 101.4 kg przy masie 5130 g na tej samej szynie 24 S i tym samym stojanie 36N42P, z wartością prądu szczytowego 210 A i rezystancją uzwojenia 20 mΩ. Tym, czego żaden z trzech rekordów nie zawiera, jest ciągłe, nieograniczone znamionowanie mocą. Najbliższe dostępne zastępniki to wartość mocy dla 180 s w U15 II oraz wartości prądu szczytowego w dwóch pozostałych, a są to stwierdzenia o oknie obciążenia, a nie znamionowania ciągłe - rozróżnienie warte utrzymania, gdy przegląd konstrukcji pyta, jak długo można utrzymać wznoszenie.

Co się zmienia, gdy statek powietrzny przewozi człowieka

W samej budowie tych silników nic nie odróżnia ich od każdego innego dużego silnika z wirnikiem zewnętrznym w tej kategorii. Zmienia się kształt wymagania, a w Napęd samolotów załogowych to wymaganie rozstrzyga, która kolumna rekordu staje się wiążąca.

Awarie muszą być do przetrwania, a nie tylko mało prawdopodobne

Płatowiec bezzałogowy można zaprojektować tak, że awaria napędu kończy misję, a w tej skali kompromis jest zwykle akceptowalny. Płatowiec załogowy nie może: układ napędowy musi być zdolny stracić co najmniej jedną jednostkę i nadal utrzymać statek w powietrzu, co przenosi użyteczną liczbę z ciągu na silnik na ciąg na silnik po odjęciu najgorszego. W układzie czterosilnikowym pozostają trzy czwarte zainstalowanego ciągu; w układzie sześciosilnikowym - pięć szóstych. Arytmetyka jest prosta i dlatego silnik, który wobec odniesieniowego punktu zawisu wygląda na przewymiarowany, często jest właściwie dobrany wobec przypadku awarii.

Odczytany wobec tej grupy płatowiec czterosilnikowy zbudowany na silnikach U15XXL KV29 miałby po pojedynczej awarii trzy jednostki, utrzymujące około 304 kg z 406 kg, które wszystkie cztery odnotowują razem - obie wartości wyprowadzono z odnotowanych 101.4 kg na silnik. Ta sama arytmetyka w U15 II KV80 zostawia 110 kg ze 146 kg, które odnotowują cztery z nich. Żadna z tych liczb nie rozstrzyga, czy płatowiec lata na trzech silnikach; to zależy od konstrukcji, a konstrukcja należy do integratora, a nie do silnika. Liczby pokazują natomiast, który silnik kupuje większy zapas za dodaną masę, a tam, gdzie konstrukcja leży blisko swojego zapasu, ta różnica jest całym argumentem wyboru.

Ciągły punkt pracy liczy się bardziej niż szczyt

Zawis w statku powietrznym załogowym nie jest stanem przejściowym, podobnie jak wznoszenie przelotowe. Tam, gdzie profil misji bezzałogowej spędza czas na krótkich wypadach powyżej wygodnej średniej, profil załogowy utrzymuje zwykle wysoki ułamek dostępnej mocy przez minuty - co stawia w centrum decyzji zachowanie termiczne, a nie moc szczytową. Wartości szczytowe nadal mają znaczenie, ale w innym celu: wymiarują okablowanie, złącze i regulator ESC, bo przewód odczuwa prąd, a nie moc.

Kolumny mówiące o pracy ciągłej to te, których najczęściej brakuje. Rekord U15 II KV80 zawiera 8580 W dla okna 180 s, co jest stwierdzeniem o obciążeniu, a nie znamionowaniem, a żaden z dwóch pozostałych rekordów nie zawiera żadnej wartości mocy. W tych dwóch dostępna informacja elektryczna to wartość prądu szczytowego - 180 A w U15XL KV38 i 210 A w U15XXL KV29 - obok prądu biegu jałowego mierzonego przy 10 V. To wystarcza, by zwymiarować okablowanie i porównać uzwojenia; nie wystarcza, by zadeklarować ciągły punkt pracy, a traktowanie tego tak, jakby wystarczało, jest najczęstszym pojedynczym sposobem, w jaki szacunek napędu załogowego się rozjeżdża.

Masa na końcu śmigła jest obciążana podwójnie

Masa silnika na statku powietrznym nie jest tylko podnoszona, ale i przyspieszana. Na skrzydle lub ramieniu wirująca i niewirująca masa na zewnętrznym końcu zwiększa bezwładność, którą płatowiec musi pokonać w pochyleniu i przechyle, co objawia się w odpowiedzi sterowania i jakości lotu, a nie jako deficyt ciągu. Efekt jest odczuwany stale, podczas gdy ciąg kupiony tą masą jest wykorzystywany tylko na szczycie obwiedni.

Rozrzut w tej grupie jest wystarczająco duży, by mieć znaczenie. Cztery silniki U15 II KV80 to razem 7.0 kg, cztery jednostki U15XL KV38 to 17.6 kg, a cztery jednostki U15XXL KV29 to 20.5 kg - wszystko wyprowadzone z odnotowanych mas. Różnica między najlżejszym a najcięższym zestawem czterosilnikowym wynosi zatem 13.6 kg płatowca, co na lekkiej dwumiejscowej platformie jest realną liczbą, a nie błędem zaokrąglenia. Jest to także powód, dla którego najlżejsza jednostka nie jest tu automatycznie właściwym punktem wyjścia: odnotowuje najmniejszy ciąg z trzech, a konstrukcja, która tego ciągu potrzebuje, nie odkupi go, odchudzając masę gdziekolwiek indziej.

Odnotowane dane to dane wejściowe projektu, a nie podsumowanie

W projekcie bezzałogowym brakująca kolumna specyfikacji to niedogodność, którą można rozwiązać badaniami. W projekcie załogowym jest to otwarte działanie w przeglądzie konstrukcji, bo liczby, które zamykają przegląd, muszą pochodzić z udokumentowanego badania, a nie z wnioskowania. To zmienia sposób, w jaki należy czytać rekord z brakującą kolumną: nie jako lukę do wypełnienia prawdopodobną wartością zapożyczoną z podobnego silnika, lecz jako pytanie do zadania producentowi, zanim część zostanie wybrana.

Zastosowane tutaj: rekord U15 II KV80 dokumentuje moc i gabaryty, a prąd szczytowy i biegu jałowego znajdują się w karcie danych producenta; rekordy U15XL KV38 i U15XXL KV29 dokumentują prąd szczytowy i biegu jałowego, rezystancję, wał i przewód, a wartość mocy znajduje się w karcie danych producenta. Każdy z trzech niesie więc to, czego potrzebuje jeden rodzaj integracji, i pozostawia otwartą jedną kolumnę dla innego, a uczciwą odpowiedzią jest nazwanie luki, a nie zamaskowanie jej. Warto zauważyć, że nazewnictwo samego producenta dla dwóch z tych jednostek wskazuje wprost na eksploatację załogową, więc przegląd konstrukcji może odczytać to nazewnictwo razem z odnotowanymi wartościami ciągu i prądu.

Liczby, które rozstrzygają wybór

Sześć grup wartości niesie niemal całą decyzję w ramach grupy Napęd samolotów załogowych. Trzy z nich podano dla wszystkich trzech silników, a trzech nie - warto to ustalić, zanim powstanie lista kandydatów.

Udźwig przy jednym usuniętym silniku

To filtr, który usuwa kandydatów, a nie ich szereguje, i działa w przeciwnym kierunku niż konwencjonalne porównanie ciągu. Silnik zostaje tu wyeliminowany z przyczyny, która nie ma nic wspólnego z jego własnym znamionowaniem: ciąg, jaki jego towarzysze mogą wytworzyć po jego własnej awarii, jest niewystarczający, więc pytanie zadaje się zawsze o zestaw, a nie o pojedynczą jednostkę. W tej grupie odnotowany ciąg maksymalny biegnie od 36.5 kg do 101.4 kg, a wartość trzech czwartych, jaką zachowałby układ czterosilnikowy, biegnie od 110 kg do 304 kg - wszędzie wyprowadzona z odnotowanych wartości na silnik.

Z tą arytmetyką wiążą się dwie ostrożności. Po pierwsze, ciąg maksymalny jest odnotowany przez ToBMS jako pojedyncza wartość zaczerpnięta z danych testowych producenta, opisująca jedno śmigło przy jednym otwarciu przepustnicy i jednym napięciu; to pułap, a nie punkt pracy. Po drugie, żaden z trzech nie odnotowuje wartości ciągu dla zawisu, więc zapas obliczony z wartości maksymalnej jest zapasem wobec pułapu, a rzeczywisty zapas przy zawisie jest mniejszy o tę lukę, która dzieli oba. Tam, gdzie konstrukcja leży blisko granicy, tę lukę warto domknąć na podstawie danych testowych producenta, zanim układ płatowca zostanie ustalony.

Co rekordy mówią o pracy ciągłej

Jedyną wartością ciągłą w tej grupie jest 8580 W w U15 II KV80 dla okna 180 s. Odczytana jako stwierdzenie o obciążeniu mówi, że jednostka utrzymywała tę moc przez trzy minuty na stanowisku badawczym, co jest użytecznym wskaźnikiem zdolności termicznej, a nie definicją tego, co da się utrzymać bez końca. Dostępna jest jedna wyprowadzona kontrola: gdyby 8580 W pobierano na szczycie jego okna 12-24S, pakiet 24 S przy mniej więcej 88.8 V napięcia znamionowego - to standardowa konwencja 3.7 V na ogniwo, a nie specyfikacja silnika - implikuje około 97 A według naszego oszacowania, wartość wyprowadzona z odnotowanych wartości, a nie znamionowanie producenta. To mówi więcej o tym, jak przeprowadzono badanie, niż o granicy silnika.

Dwa pozostałe silniki nie publikują żadnej wartości mocy, więc ich zachowanie ciągłe trzeba wywnioskować z kolumn prądu i rezystancji. To wnioskowanie jest uprawnione i ograniczone: straty w miedzi skalują się z kwadratem prądu, więc liczby poniżej są użyteczne do porównania i bezużyteczne jako znamionowanie. Ustalają natomiast, który z dwóch cięższych silników pracuje chłodniej przy własnym szczycie, a to uczciwa rzecz do porównania między dwoma rekordami tego samego rodzaju.

Szyna, prąd i okablowanie za nimi

Napięcie szyny wyznacza pakiet i w tej grupie w dużej mierze wyznacza ono listę kandydatów. U15 II KV80 przyjmuje 12-24S, co jest najszerszym odnotowanym oknem z trzech i jedynym, które obejmuje pakiet o niższym napięciu; U15XL KV38 i U15XXL KV29 odnotowują oba 24 S. Szersze okno nie jest automatycznie lepsze - oznacza, że ten sam silnik można zasilać łagodniejszym pakietem, co jest przydatne, gdy jeden płatowiec ma obsłużyć program badawczy i program lotów bez wymiany silnika.

Prąd to miejsce, w którym dwa cięższe oddzielają się od najlżejszego. U15XL KV38 odnotowuje szczyt 180 A, a U15XXL KV29 szczyt 210 A, podczas gdy U15 II KV80 nie publikuje żadnej wartości prądu szczytowego, więc porównanie na równych zasadach dla wszystkich trzech nie jest możliwe. Przy konwencji 24 S rzędu 88.8 V napięcia znamionowego szczyt 210 A w U15XXL implikuje około 18.6 kW w tej chwili, a szczyt 180 A w U15XL około 16 kW według naszego oszacowania - obie wartości wyprowadzone z odnotowanych wartości, a nie znamionowania producenta, i obie użyteczne głównie do wymiarowania. Te same liczby wyznaczają przekrój miedzi w przewodach, znamionowanie złącza i prąd ciągły regulatora ESC, a na statku powietrznym załogowym te trzy elementy dobiera się zwykle z mniejszym zapasem niż sam silnik.

Rezystancja uzwojenia i to, gdzie uchodzi ciepło

Rezystancja to kolumna, która łączy prąd z temperaturą. Przy danym prądzie ustala straty w miedzi, a straty w miedzi to ciepło wytwarzane wewnątrz silnika, który i tak opiera chłodzenie na przepływie powietrza. Dwa z trzech rekordów ją publikują: 17 mΩ zarówno w U15 II KV80, jak i w U15XL KV38 oraz 20 mΩ w U15XXL KV29. Utrzymane przy swoich odnotowanych prądach szczytowych uzwojenie 17 mΩ w U15XL KV38 rozprasza około 551 W, a uzwojenie 20 mΩ w U15XXL KV29 około 882 W - obie wartości to nasze oszacowanie na podstawie odnotowanych wartości, bez korekty temperaturowej, i obie dotyczą chwili szczytu, a nie stanu ustalonego, bo ciągłe wznoszenie pobiera znacznie mniej niż szczyt.

Porównanie jest pouczające właśnie dlatego, że nie faworyzuje większego silnika na każdej osi. U15XXL KV29 ma wyższą rezystancję i wyższy prąd szczytowy, więc wytwarza w szczycie więcej ciepła niż U15XL KV38; w zamian odnotowuje 101.4 kg ciągu wobec 81.2 kg. Wybór między nimi na płatowcu załogowym jest więc pytaniem o profil obciążenia - jak długo trwa segment dużej mocy i ile przepływu powietrza jest wtedy dostępne - a nie pytaniem o to, który silnik jest lepszy. U15 II KV80 nie da się w ogóle umieścić na tej osi, bo jego prąd szczytowy nie jest odnotowany; jego uzwojenie 17 mΩ jest najniższe tutaj, co jest spójne z mniejszym stojanem mieszczącym mniej zwojów.

Geometria wirnika i śmigło, które potrafi obrócić

Wszystkie trzy rekordy mają tę samą konfigurację stojana 36N42P, co jest wspólne dla całej grupy i użyteczne przy doborze: oznacza to, że różnice między nimi leżą w uzwojeniu, magnesie, pakiecie blach i masie, a nie w architekturze żłobków i biegunów. To usuwa jedną zmienną z porównania i zostawia dopasowanie śmigła jako pozostałe pytanie geometryczne.

KV to wartość, która rozstrzyga, jakie śmigło jednostka potrafi obrócić przy użytecznej prędkości. Trzy wartości tutaj - 80, 38 i 29 - nie są rankingiem siły; to trzy odpowiedzi na pytanie, gdzie powinna wylądować prędkość wirnika przy danej szynie. Jednostka 29 KV na szynie 24 S obraca znacznie większe śmigło przy niższej prędkości niż jednostka 80 KV, dlatego te dwie nie są wymienne, nawet gdyby płatowiec mógł fizycznie przyjąć każdą z nich. Tam, gdzie konstrukcja skaluje istniejący płatowiec w górę lub w dół, dopasowanie KV i średnicy śmigła razem jest tym, co zachowuje punkt pracy, a zmiana samego rozmiaru silnika jest tym, co go psuje.

Wał, mocowanie i interfejs przewodów

Kolumny mechaniczne rozstrzygają, czy silnik da się zamontować, a na statku powietrznym załogowym rozstrzygają też, jak łatwo go serwisować. Gabaryt jest w całej grupie zbliżony, ale nie identyczny: U15 II KV80 mierzy Ø147.5 × 55 mm, podczas gdy U15XL KV38 i U15XXL KV29 mierzą oba Ø151.5 mm i różnią się długością, odpowiednio 96 mm i 106 mm. Długość 55 mm najlżejszej jednostki to nieco ponad połowa długości największej, i stąd pochodzi większość jej przewagi masowej 3.39 kg nad U15XXL KV29.

Średnica wału dzieli grupę w sposób, który ma większe znaczenie, niż wygląda: U15 II KV80 odnotowuje wał 20 mm, tam gdzie dwa pozostałe odnotowują 25 mm, co zmienia adapter śmigła, sposób zabezpieczenia i obciążenie, jakie może przenieść piasta. U15XL KV38 i U15XXL KV29 publikują każdy długość przewodu 200 mm, co wystarcza, by sięgnąć do regulatora ESC zamontowanego z dala od końca ramienia i utrzymać krótki odcinek dużego prądu; U15 II KV80 odnotowuje natomiast długość kabla 100 mm, co pasuje do bliżej położonego regulatora ESC, ale nie jest tym samym pomiarem na tej samej podstawie, więc tych dwóch nie należy porównywać tak, jakby były tym samym. Tam, gdzie wartość nie jest odnotowana, założenie należy sprawdzić wobec części, a nie wobec modelu pokrewnego.

Trzy silniki T-Motor U15 w porównaniu

Tabela poniżej zestawia trzy jednostki w rosnącej kolejności masy. Każda wartość jest zgodna z publikacją w odpowiednim rekordzie produktowym ToBMS, a luki są oznaczone, a nie wypełnione.

Wszystkie trzy silniki figurują w kategorii ToBMS Silniki do UAV i są publikowane przez T-Motor. Ciąg jest przechowywany w każdym rekordzie w gramach i pokazany tu przeliczony na kilogramy; wartości ciągu, masy i prądu są zgodne z odnotowanymi, a każdy stosunek lub suma cytowane gdzie indziej w tym artykule są z nich wyprowadzone i oznaczone jako wyprowadzone tam, gdzie się pojawiają. Jedna komórka w tabeli jest oznaczona, a nie wypełniona: dla U15 II KV80 nie odnotowano żadnego prądu szczytowego. Dwie dalsze wartości leżą poza tabelą, bo nie zawiera się w ogóle takiej kolumny - wartość mocy zarówno dla U15XL KV38, jak i dla U15XXL KV29 znajduje się w karcie danych producenta - więc grupa jako całość nie ma kolumny elektrycznej wypełnionej dla wszystkich trzech.

Pierwszy wzorzec, jaki pokazuje tabela, to fakt, że ciąg i masa skalują się niemal dokładnie razem, a skalowanie to nie nagradza rozmiaru. Trzy jednostki obejmują około 2.9 raza masy od 1740 g do 5130 g i około 2.8 raza odnotowanego ciągu od 36.5 kg do 101.4 kg - jedno i drugie wyprowadzone. Ciąg na jednostkę masy silnika wychodzi na około 21.0, 18.4 i 19.8 raza odpowiednio dla U15 II KV80, U15XL KV38 i U15XXL KV29, wszystkie wyprowadzone w ten sam sposób. Najlżejsza jednostka ma więc najwyższy odnotowany stosunek z trzech, a jednostka środkowa najniższy, co warto powiedzieć wprost, bo stoi w sprzeczności z oczekiwaniem, że największy silnik to najbardziej wydajny sposób kupowania ciągu.

Drugi wzorzec tkwi w kolumnie, której brakuje. Jednostka o najwyższym odnotowanym ciągu nie publikuje żadnej wartości mocy, a jednostka o najszerszym oknie szyny nie publikuje prądu szczytowego - więc po stronie elektrycznej każdy rekord jest wypełniony dokładnie tam, gdzie drugi nie jest. Konstrukcja, która potrzebuje liczby mocy ciągłej i liczby prądu szczytowego dla tego samego silnika, nie znajdzie obu w tej grupie, a właściwą odpowiedzią jest zaniesienie pytania do producenta, a nie interpolowanie między rekordami.

Trzeci wzorzec dotyczy szyny. Dwie jednostki siedzą na stałej szynie 24 S, a jedna obejmuje 12-24S, a wspólna konfiguracja stojana we wszystkich trzech oznacza, że ta różnica tkwi w całości w uzwojeniu, a nie w magnesach. To użyteczna informacja, gdy konstrukcja zmienia pakiet: w dwóch jednostkach 24 S pakiet jest częścią specyfikacji, natomiast w U15 II KV80 pakiet o niższym napięciu mieści się w odnotowanym oknie i trzeba dopasować na nowo tylko śmigło.

Odczytywanie każdego silnika wobec misji załogowej

Odnotowane liczby stają się decyzją dopiero wtedy, gdy odczyta się je wobec tego, co robi statek powietrzny. Każda z trzech poniższych jednostek pasuje do innego rodzaju płatowca i żadna nie pasuje do wszystkich trzech.

U15 II KV80 - najlżejsza jednostka i najszersza szyna

U15 II KV80 odnotowuje 1740 g, 36.5 kg ciągu maksymalnego, uzwojenie 80 KV, stojan 36N42P, rezystancję 17 mΩ, wał 20 mm, długość kabla 100 mm i okno 12-24S, z 8580 W odnotowanymi w oknie 180 s. To jedyna jednostka tutaj, która publikuje wartość mocy, i jedyna, której okno szyny obejmuje niższą liczbę ogniw, a przy masie 1740 g ma mniej niż połowę masy każdej z pozostałych - długość korpusu 55 mm wobec 96 mm i 106 mm to większość wyjaśnienia.

Na co wskazuje ta kombinacja, to konstrukcja, w której masa i elastyczność pakietu ważą więcej niż szczytowy ciąg na silnik. Układ czterosilnikowy na tej jednostce daje razem 7.0 kg silników wobec 17.6 kg i 20.5 kg dla tych samych układów na dwóch pozostałych - wyprowadzone z odnotowanych mas - a różnica 13.6 kg między skrajnościami jest dostępna na konstrukcję, akumulatory lub ładunek. Na lekkim płatowcu z wystarczającą liczbą silników, by pochłonąć pojedynczą awarię, to prosty zysk.

Kosztem jest ciąg na jednostkę i dokumentacja elektryczna. Jego 36.5 kg to nieco ponad jedna trzecia z 101.4 kg w U15XXL KV29, więc układ czterosilnikowy na silnikach U15 II KV80 zachowuje około 110 kg po pojedynczej awarii wobec mniej więcej 304 kg na większych jednostkach - obie wartości wyprowadzone. A ponieważ nie odnotowano prądu szczytowego, ani wymiarowania okablowania, ani porównania strat w miedzi nie da się domknąć z samego rekordu, co w projekcie załogowym jest działaniem do wykonania, a nie przypisem.

U15XL KV38 - środkowy punkt masy z najbardziej kompletnym rekordem elektrycznym

U15XL KV38 odnotowuje 4408 g, 81.2 kg ciągu maksymalnego, uzwojenie 38 KV na tym samym stojanie 36N42P, rezystancję 17 mΩ, prąd szczytowy 180 A, prąd biegu jałowego 3.5 A przy 10 V, wał 25 mm, długość przewodu 200 mm i stałą szynę 24 S. To jedyny z trzech, którego rekord elektryczny zawiera zarówno prąd szczytowy, jak i wartość rezystancji obok pomiaru prądu biegu jałowego, co czyni go jednostką, którą można umieścić na osi termicznej bez wracania do producenta.

Jego pozycja w grupie jest powodem, dla którego jest często odpowiedzią ze środka zakresu, a nie kompromisem. Dzieli z U15 II KV80 najniższą odnotowaną rezystancję z trzech, więc przy danym prądzie wytwarza mniejsze straty w miedzi niż większy U15XXL KV29 - około 551 W przy własnym szczycie 180 A wobec około 882 W przy szczycie 210 A drugiego, obie wyprowadzone - odnotowując przy tym 81.2 kg ciągu, czyli ponad dwukrotność wartości najlżejszej jednostki. Układ czterosilnikowy na tych silnikach zachowuje około 244 kg po pojedynczej awarii, wartość wyprowadzona, i daje razem 17.6 kg silników.

Jego ograniczeniem jest szyna. Przy stałej 24 S nie ma odnotowanej opcji zasilania łagodniejszym pakietem bez wychodzenia z okna, więc płatowiec, który chce rozpocząć próby w locie przy niższej liczbie ogniw, musi zmienić silniki albo zmienić plan pakietu. Przewody 200 mm i wał 25 mm są natomiast hojniejsze z dwóch odnotowanych tu zestawów interfejsu i pasują do instalacji, w której regulator ESC siedzi wewnątrz ramienia.

U15XXL KV29 - najwyższy odnotowany ciąg z trzech

U15XXL KV29 odnotowuje 5130 g, 101.4 kg ciągu maksymalnego, uzwojenie 29 KV na stojanie 36N42P, rezystancję 20 mΩ, prąd szczytowy 210 A, prąd biegu jałowego 3.3 A przy 10 V, Ø151.5 × 106 mm, wał 25 mm, przewód 200 mm i stałą szynę 24 S. To najcięższa i jednostka o najwyższym ciągu w grupie, a producent nazywa ją wprost dla statków powietrznych zarówno załogowych, jak i bezzałogowych - nazewnictwo, które potwierdzają odnotowane wartości ciągu i prądu, a wartość mocy ciągłej znajduje się w karcie danych producenta.

Odczytana jako zestaw, to jednostka, która kupuje zapas. Układ czterosilnikowy zachowuje około 304 kg po pojedynczej awarii według odnotowanych wartości, wyprowadzone, a układ sześciosilnikowy zachowuje pięć szóstych z 608 kg. Wobec tego cztery z nich dodają 20.5 kg masy silników, a przy prądzie szczytowym każdy wytwarza około 882 W strat w miedzi w pakiecie o masie 5130 g - nasze oszacowanie na podstawie odnotowanych wartości, bez korekty temperaturowej - co w ciągłym wznoszeniu jest liczbą rozstrzygającą, czy ścieżka chłodzenia jest wystarczająca. Uzwojenie 20 mΩ to najwyższa odnotowana tu rezystancja, a ponieważ straty w miedzi skalują się z kwadratem prądu, połączenie najwyższego prądu i najwyższej rezystancji w tej samej jednostce jest dokładnie tym, co stawia projekt termiczny w centrum instalacji na niej zbudowanej.

Prąd biegu jałowego 3.3 A przy 10 V, nieznacznie poniżej 3.5 A w U15XL KV38, jest spójny z uzwojeniem o niższym KV, które pobiera nieco mniej prądu, by wprawić się w ruch, i jest jedynym dostępnym sygnałem porównawczym między tymi dwiema jednostkami po stronie bez obciążenia. Sam w sobie nie wystarcza, by wyciągnąć wniosek o sprawności w całym zakresie pracy, i nie należy go tak używać.

Gdzie te układy są stosowane

Te same trzy silniki pojawiają się w płatowcach, których ograniczenia różnią się wystarczająco, by argument wyboru zmieniał między nimi kształt, i dlatego w obszarze Napęd samolotów załogowych platforma liczy się tak samo jak rekord.

Lekkie dwumiejscowe platformy i osobiste eVTOL

To konstrukcje, w których przypadek awarii rządzi wszystkim, bo układ napędowy jest zwykle jedynym systemem, który potrafi utrzymać statek w powietrzu. Rozproszony układ z sześcioma lub ośmioma silnikami jest powszechny właśnie dlatego, że zamienia pojedynczą awarię na częściową utratę ciągu, a nie całkowitą, i ta preferencja układu czyni silnik o niższym ciągu i mniejszej masie realnym wobec alternatywy o wyższym ciągu. Istotne rekordy tutaj to te, które publikują dość informacji elektrycznej, by zwymiarować okablowanie - co sprzyja U15XL KV38 i U15XXL KV29 - a tam, gdzie konstrukcja wciąż iteruje napięcie pakietu, okno 12-24S w U15 II KV80 jest jedyną odnotowaną elastycznością w grupie. Grupowanie Dron VTOL obejmuje ten sam kompromis nośno-przelotowy od strony bezzałogowej, gdzie zestaw ograniczeń jest inny.

Paralotnie z napędem i wózki paramotorowe

Ta klasa płatowca jest w tej kategorii najbliższa maszynie latającej zbudowanej wokół jednej jednostki napędowej i to tutaj masa mówi najbardziej bezpośrednio. Wózek paramotorowy niesie jeden lub dwa silniki na konstrukcji o napiętym budżecie masy i dużym, wolno obracającym się śmigle, co wskazuje na niskie KV i lekką jednostkę, a nie na maksymalny ciąg. Rozpiętość 29-do-80 KV w całej grupie nie jest tu całą historią - sensowne porównanie to wobec 38 i 29 KV w dwóch pozostałych jednostkach - ale przy 1740 g i szerokim oknie szyny U15 II KV80 pasuje do płatowca, w którym pakiet wybiera się dla czasu lotu, a nie dla napięcia. Kompromisem w instalacji jednosilnikowej jest to, że nie ma drugiej jednostki, która pochłonęłaby awarię, a konstrukcja w takiej sytuacji podejmuje decyzję zupełnie innego rodzaju.

Konstrukcje transportowe wchodzące w role załogowe

Wiele dużych platform wielowirnikowych powstaje najpierw do transportu towarów, a potem jest adaptowanych do przewozu człowieka, a zespół napędowy jest zwykle tą częścią, która przechodzi bez zmian. W takim przypadku użytecznym odczytaniem tych rekordów jest arytmetyka przypadku awarii, a nie ciąg odniesieniowy: układ już zwymiarowany na silnikach U15XXL KV29 wobec ładunku transportowego zachowuje około trzech czwartych zainstalowanego ciągu po jednej awarii, wyprowadzone, i to jest zapas, wobec którego oceniano by wariant załogowy, a nie potwierdzona zdolność. To także miejsce, w którym brakująca wartość mocy ciągłej boli najbardziej, bo profil obciążenia załogowego jest dłuższy niż transportowy, a zapas termiczny, który wystarczał na krótki skok transportowy, może nie wystarczyć na dłuższy odcinek załogowy. Aplikacja Dron o dużym udźwigu grupuje te same silniki według klas ładunku, a nie według przypadku awarii, i oba ujęcia warto czytać razem.

Gdzie te same silniki przestają być odpowiedzią

W tej kategorii istnieje granica i warto ją nazwać. W chwili, gdy konstrukcja przechodzi od utrzymywania wysokości do wydajnego pokonywania dystansu - od zawisu do przelotu - cały powyższy ranking przestaje obowiązywać, bo punkt pracy przenosi się w obszar, w którym niskie KV uzwojenia, niska rezystancja uzwojenia i duże, wolno obracające się śmigło wygrywają na czasie lotu, a nie na ciągu. To inny problem doboru, zebrany pod UAV o długim czasie lotu, a nie tutaj. Podobnie płatowiec, po którego zespole napędowym oczekuje się utrzymania wartości mocy ciągłej jako danych do certyfikacji, a nie jako celu osiągów, zadaje pytanie, na które żaden z tych trzech rekordów nie odpowiada, a odpowiedź musi pochodzić z dokumentacji testowej producenta.

Lista kontrolna doboru

Trzy kontrole pokrywają większość potrzebnego obszaru i najlepiej działają w tej kolejności, bo każda zawęża pole dla następnej.

Najpierw obciążenie

Ustal, czego oczekuje się od statku powietrznego, zanim porównasz silniki: jak długo trwają segmenty dużej mocy, czy układ utrzymuje wysokość w zawisie, czy tylko w locie do przodu, oraz czy napięcie pakietu jest już rozstrzygnięte. Na płatowcu załogowym te trzy odpowiedzi eliminują zwykle więcej kandydatów niż jakakolwiek kolumna specyfikacji, bo rozstrzygają, czy wartość ciągła jest w ogóle potrzebna i czy odnotowany prąd szczytowy wystarcza.

Po drugie redundancja

Rozstrzygnij, ile jednostek napędowych niesie płatowiec, i oblicz zachowany ciąg dla najgorszej pojedynczej awarii, używając odnotowanej wartości na silnik i oznaczając ją jako wyprowadzoną. Porównaj tę zachowaną wartość z masą całkowitą z zapasem na władzę sterowania, a nie tylko na siłę nośną, i pamiętaj, że odnotowany ciąg to pułap z wartości stanowiskowej, a nie znamionowanie dla zawisu - żaden z trzech rekordów tutaj nie publikuje wartości dla zawisu, więc zapas roboczy jest mniejszy od zapasu wobec pułapu o tę lukę.

Interfejsy i otwarte pytania na końcu

Dopiero gdy obciążenie i redundancja są ustalone, kolumny mechaniczne i elektryczne rozstrzygają między ocalałymi. Sprawdź średnicę wału, rozstaw mocowania, długości przewodów i kabla wobec miejsca, gdzie będzie siedział regulator ESC, zwymiaruj okablowanie wobec odnotowanego prądu szczytowego, a nie wobec wartości mocy, i zapisz, których kolumn rekord nie zawiera, aby można je było domknąć na podstawie danych testowych producenta, zanim część zostanie zatwierdzona.

1. Najpierw ustal profil obciążenia i napięcie pakietu, a konstrukcję, która nie rozstrzygnęła żadnego z nich, traktuj jako jeszcze niegotową do tworzenia listy silników.
2. Oblicz zachowany ciąg dla najgorszej pojedynczej awarii na odnotowanej wartości na silnik i oznacz wynik jako wyprowadzony.
3. Porównaj zachowany ciąg z masą całkowitą z zapasem na władzę sterowania, pamiętając, że odnotowany ciąg maksymalny to pułap, a nie znamionowanie dla zawisu.
4. Sprawdź, czy rekord zawiera w ogóle wartość mocy ciągłej, i nie traktuj wartości prądu szczytowego jako jej zastępnika.
5. Zwymiaruj przewody, złącza i regulator ESC wobec odnotowanego prądu szczytowego i sprawdź straty w miedzi przy tym prądzie wobec dostępnej ścieżki chłodzenia.
6. Preferuj okno szyny obejmujące faktycznie dostępne pakiety tam, gdzie konstrukcja wciąż iteruje, a stałą liczbę ogniw traktuj jako specyfikację, wokół której należy projektować.
7. Sprawdź średnicę wału, rozstaw mocowania i długość przewodu wobec położenia regulatora ESC i nie porównuj długości kabla z długością przewodu tak, jakby były tym samym pomiarem.
8. Zapisuj każdą kolumnę, którą rekord produktowy zostawia pustą, aby dokumentacja testowa producenta mogła je domknąć, zanim wybór zostanie zatwierdzony.

Najczęściej zadawane pytania

Zasoby oficjalne

Wszystkie trzy silniki publikuje T-Motor, a strony samego producenta zawierają dane testowe i dokumentację, których rekordy ToBMS nie powtarzają: U15 II KV80, U15XL KV38 i U15XXL KV29, a szerszy zakres na oficjalnej stronie T-Motor. Tam, gdzie rekord ToBMS milczy - prąd szczytowy i biegu jałowego w U15 II KV80, wartości mocy w U15XL KV38 i U15XXL KV29 oraz jakakolwiek wartość ciągu dla zawisu we wszystkich trzech - właśnie te strony lub odpowiednia karta danych domykają lukę.

Co dalej

Dotarcie tutaj daje listę kandydatów, a nie decyzję, a trzy narzędzia zamieniają tę listę w decyzję: każdy silnik tutaj figuruje w kategorii Silniki do UAV, kandydatów można zawęzić według KV, masy i szyny w narzędziu Dobór, a dwie lub trzy jednostki można zestawić ze sobą w narzędziu Porównanie produktów. Stronę aplikacyjną tej samej decyzji zbiera strona Napęd samolotów załogowych, która grupuje odnotowane dopasowania według platformy, a nie według specyfikacji.

Dwa istniejące przewodniki rozciągają się stąd w bok. Przewodnik po silnikach do dronów o dużym udźwigu obejmuje dwa z tych trzech silników od strony klasy ładunku, gdzie ideą porządkującą jest budżet ciągu, a nie przypadek awarii, i jest odpowiednikiem tego ujęcia załogowego. Przewodnik po doborze silników do UAV umieszcza te jednostki w szerszej ofercie T-Motor, gdzie pytania zmieniają kształt zupełnie, a kompletny przewodnik po silnikach BLDC ujmuje każdą klasę w jednej ramie dla każdego, kto zaczyna od technologii, a nie od płatowca.

Krótka wersja: ustal profil obciążenia i pakiet, zanim porównasz silniki, oblicz zachowany ciąg dla najgorszej pojedynczej awarii, a nie ciąg odniesieniowy, a potem wybieraj między tym, co zostało, według masy i dokumentacji elektrycznej. W tej grupie ta sekwencja prowadzi zwykle do U15 II KV80 tam, gdzie dominują masa i elastyczność pakietu, do U15XL KV38 tam, gdzie rekord elektryczny musi być kompletny, a szyna jest już 24 S, i do U15XXL KV29 wszędzie tam, gdzie płatowiec faktycznie potrzebuje najwyższego odnotowanego ciągu na silnik.