Dimensionar um motor de drone de alto empuxo: carga útil, eficiência e margem térmica

Um motor de drone de alto empuxo não é a unidade maior de uma ficha técnica; é o que ainda entrega o seu empuxo no ponto de funcionamento que a aeronave voa realmente. Dimensioná-lo parte da massa que a aeronave tem de elevar, reparte essa massa pelos rotores e depois verifica se consegue suster a sua parte da carga sem esgotar a margem térmica. A classe de carga útil, o empuxo por rotor e a margem térmica são as três grandezas que decidem a resposta, e numa aeronave de carga pesada são também as grandezas que fixam quanta massa de motor de drone de alto empuxo tem de ser transportada para cumprir a missão.

Este guia analisa dez dos registos atualmente listados na categoria Motores UAV da ToBMS, todos eles unidades T-Motor que os registos da ToBMS agrupam em Drone de carga pesada e UAV agrícola, e expõe qual especificação decide a escolha em cada passo. Cada valor abaixo é retirado do registo de produto da ToBMS ou da especificação publicada pelo fabricante; os rácios derivados desses valores estão assinalados como derivados, e quando um valor não é publicado é marcado como não publicado em vez de ser inferido de um modelo semelhante.

Resposta rápida

A classe de carga útil vem primeiro, e é um dado da aeronave e não do motor. Os oito registos Navigator analisados aqui indicam uma massa máxima à descolagem da aeronave diretamente na página do fabricante, de 60 kg no T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor até 140 kg no T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor. Esse número é a massa total da aeronave, não a carga útil pendurada debaixo dela; a carga útil é o que resta depois de subtrair a célula, o pacote de baterias, a aviónica e os motores, o que explica porque a escolha do motor decorre de um orçamento de massa e não de um valor de carga útil isolado, e porque um motor de drone de alto empuxo é sempre escolhido em função da célula e não da carga sozinha.

O empuxo que um motor de drone de alto empuxo tem de fornecer é então fixado repartindo pelos braços o empuxo de que a aeronave precisa. A prática dos multirrotores orçamenta um múltiplo da massa total para que o controlo de atitude conserve autoridade durante as manobras e as perturbações, pelo que o empuxo máximo registado por motor é um teto e não um ponto de funcionamento. O controlo continuado após a falha de um rotor é um requisito de tolerância a falhas separado, que decorre da configuração da aeronave, da alocação de controlo e do caso de falha, e não da só cifra de empuxo máximo. Uma terceira grandeza decide se esse teto se mantém em voo, e é a margem térmica: os valores de potência e corrente publicados para estes motores são declarados numa janela curta, e a temperatura superficial no banco de ensaios do fabricante é medida a um nível de acelerador e a uma duração de funcionamento concretos. Dez registos não podem ser ordenados entre si com essa base, porque a hélice, a tensão de bus e as condições de ensaio mudam de página para página. O que os valores podem fazer é mostrar onde fica a margem para um motor assim, uma hélice e um bus determinados, e é precisamente essa a comparação de que uma decisão de dimensionamento precisa.

O que caracteriza um motor de drone de alto empuxo

Nada na construção de um motor de drone de alto empuxo muda no extremo pesado da classe. O que muda, é que parte da especificação se torna a restrição determinante. Numa célula pequena o limite é habitualmente o pacote de baterias e a cablagem, e escolhe-se para se adequar a uma hélice que já assenta no chassi. Numa célula de carga pesada ou agrícola o limite desloca-se ao mesmo tempo para a carga térmica e a massa do motor, e nestas células a carga térmica e a massa do sistema de propulsão podem tornar-se restrições acopladas importantes à medida que crescem a carga útil exigida e as exigências da missão, o que torna o problema de seleção diferente neste extremo da gama.

Empuxo por rotor frente à massa do motor

Duas grandezas ficam em lados opostos de cada decisão de carga pesada, e nenhuma delas se lê sozinha. O empuxo por rotor é o que o motor de drone de alto empuxo tem de produzir no ponto de funcionamento; a sua massa é o que a aeronave paga por esse empuxo em cada voo, e os motores fazem parte da massa total que o sistema de propulsão eleva. As duas grandezas evoluem juntas nos dez registos abaixo: o T-Motor U11 II KV120 UAV Motor pesa 772 g e regista 14159 g de empuxo, enquanto o T-Motor MN1330 KV40 pesa 2750 g e regista 75415 g. Entre eles, a massa sobe num fator de cerca de 3.6 e o empuxo registado num fator de cerca de 5.3, e é nessa diferença de declive que aposta uma decisão de dimensionamento.

Leia as duas grandezas como um par e não como uma nota. Um motor de drone de alto empuxo leve para o seu empuxo reduz a massa que o sistema de propulsão transporta, mas também tem menos cobre e menos estator para dissipar a perda que gera, e os dois efeitos não são independentes. Um motor pesado para o seu empuxo traz mais material para o problema térmico mas acresce à massa que a aeronave eleva em cada voo e à inércia contra a qual o controlador de atitude tem de trabalhar. De que lado desse compromisso está o correto depende do perfil que a aeronave voa, e o mesmo motor pode ficar de um ou de outro lado da linha para duas missões diferentes.

O KV como primeiro filtro

O KV é a constante de velocidade do enrolamento, expressa em rpm por volt, e nestes registos vai de 130 no MN1115 até 40 no MN1330. O seu papel prático no dimensionamento é indicar para que número de células e que diâmetro de hélice foi enrolado o motor de drone de alto empuxo. Um KV baixo numa dada bus faz girar a mesma hélice mais lentamente, e um enrolamento de KV baixo pode ser adequado a configurações de menor velocidade e maior hélice, mas a corrente a um dado empuxo tem de ser avaliada a partir dos dados de funcionamento motor-hélice e não do valor de KV, e é isso que permite a uma célula de carga pesada girar uma hélice grande sem que a corrente suba acima do que um controlador consegue manter em contínuo. O KV é uma afirmação de correspondência e não um critério de qualidade, e uma bus de 24S a mover uma hélice de 20 in e uma bus de 24S a mover uma hélice de 30 in quererão valores diferentes mesmo para um mesmo objetivo de empuxo.

A grandeza associada num motor de drone de alto empuxo é a configuração do estator, e nos motores Navigator é publicada como número de ranhuras e polos, por exemplo 36N40P ou 36N42P. Cada um dos oito registos Navigator aqui é um motor de rotor externo de elevado número de polos e grande diâmetro de estator, de 120.5 mm na série MN11 até 150 mm na série MN13. O valor de KV reflete o enrolamento e o projeto eletromagnético desse motor; o número de polos e as dimensões do estator dão contexto adicional mas não determinam o KV de forma independente. As duas séries dividem-se segundo essa linha: o grupo MN11 combina um estator de 120.5 mm com 12S ou 24S, e o grupo MN13 combina um estator de 150 mm com 14S ou 24S. O guia UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe analisa a mesma relação nas gamas U, Navigator, P e AT para quem quiser o caso geral antes do particular.

Como se define a classe de carga útil de um motor de drone de alto empuxo

A classe de carga útil de uma célula não é uma propriedade do motor, e o valor que o fabricante publica ao lado de um motor também não é um valor nominal de carga útil. A T-Motor indica uma massa máxima à descolagem da aeronave para cada motor Navigator, e esse número descreve a aeronave mais pesada que o motor se destina a acionar, e não a carga que tal aeronave consegue transportar. Passar de um valor ao outro é uma subtração, e o resultado depende de como a célula é construída.

Classe de carga útil e número de rotores

O dimensionamento de um motor de drone de alto empuxo parte da massa total e subtrai tudo o que não é carga útil: a célula, o pacote de baterias, a aviónica, o suporte de carga útil e os próprios motores. O que resta é a massa disponível para o equipamento de missão, e numa célula de carga pesada esse resto depende da massa da célula, da bateria, do sistema de propulsão, da aviónica e do suporte de carga útil dentro da massa total admissível. As massas máximas à descolagem declaradas nos oito registos Navigator vão de 60 kg no MN1115 KV130 a 70 kg no T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor, 80 kg no T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor, 90 kg no T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor, 100 kg tanto no T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor como no T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor, 120 kg no T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor e 140 kg no MN1330 KV40. Os dois registos da série U, o U11 II KV120 e o T-Motor U13 II KV65 UAV Motor, não publicam uma massa máxima à descolagem da aeronave, pelo que aqui não lhes é atribuída classe.

O número de rotores reparte depois essa massa. Uma célula da mesma massa total montada em seis braços exige mais de cada motor do que a mesma célula montada em oito, e a diferença não é só aritmética: quantos menos rotores, mais a aeronave depende de cada um deles e maior é a parte do orçamento de controlo que tem de ser reservada para o controlo de atitude e as perturbações. Um orçamento de propulsão que gasta todo o valor de empuxo registado em voo estacionário não deixa nada para essa reserva, e é por isso que a fração de empuxo máximo usada em voo estacionário é um dado de entrada do dimensionamento e não um resultado.

Margem de empuxo em meio acelerador

Um motor de drone de alto empuxo numa célula de carga pesada passa a maior parte do voo em meio acelerador, e é na zona de meio acelerador que reside a margem. Os dados de ensaio do fabricante mostram que parte do valor de empuxo é produzida a acelerador moderado: no MN1330 KV40 com uma hélice 52 x 20 in, a tabela de banco regista 14117 g a 40 percent de acelerador contra 75415 g a 100 percent, de modo que a metade superior do curso do acelerador suporta a maior parte do empuxo disponível. Traduzir isso num ponto de funcionamento significa escolher o acelerador ao qual a aeronave paira com plena carga e verificar quanto curso resta acima.

A segunda parte da margem é a diferença entre o empuxo que um motor regista e o empuxo que consegue suster. As páginas Navigator publicam dois valores por braço lado a lado, um máximo e um valor nominal, e a diferença entre eles é grande: o MN1123 KV53 regista 47.5 kg de máximo contra 20-22 kg nominais por braço, o MN1325 KV47 regista 68.0 kg contra 30-32 kg, e o MN1330 KV40 regista 75.4 kg contra 35-38 kg. Essa diferença é a que existe entre o que o motor de drone de alto empuxo consegue produzir num banco de ensaios durante um breve pico a pleno acelerador e o que se destina a suster como carga de trabalho, e é dimensionado pelo segundo valor, servindo o primeiro de teto que não lhe deve ser exigido.

Eficiência em meio acelerador e em pleno acelerador

A eficiência é a única grandeza da cadeia de dimensionamento de um motor de drone de alto empuxo que os registos descrevem indiretamente, e a razão é que o empuxo por watt é uma propriedade do motor e da hélice em conjunto e não do motor sozinho. As tabelas de ensaio do fabricante registam-no como um rácio, em gramas de empuxo por watt, e esse rácio varia com o acelerador em cada motor aqui analisado. No MN1330 KV40 com uma hélice 52 x 20 in, a tabela de banco indica 10.61 g/W a 40 percent de acelerador e 4.64 g/W a 100 percent, e a mesma forma aparece no U11 II KV120 com uma hélice 28 x 9.2 in, com 11.72 g/W contra 5.08 g/W. O empuxo sobe nesse intervalo e o empuxo por watt não, o que é a aritmética por trás da margem em meio acelerador acima discutida.

Resistência interna e perdas do enrolamento

A perda no cobre do enrolamento segue uma relação I²R, pelo que a resistência define que parte da entrada se converte em calor num dado ponto de funcionamento, mas estimá-la a partir de dados publicados exige definições de resistência e corrente compatíveis entre si, em vez de multiplicar o valor de fase a fase por um valor de corrente qualquer. Nos dez registos, os valores publicados abrangem uma banda ampla, de 7.5 mΩ no MN1315 KV100 a 80±5 mΩ no U11 II KV120, e a ordem dessa banda não segue a ordem dos empuxos: o MN1315 KV100 é um dos registos de maior empuxo aqui e ao mesmo tempo tem a menor resistência publicada, enquanto o MN1118 KV108 e o MN1115 KV130 registam 13 mΩ e 16 mΩ a 12S e o MN1123 KV53 regista 35 mΩ a 24S. A resistência é uma propriedade do enrolamento de um motor de drone de alto empuxo e é indicada para o enrolamento que a página descreve, pelo que se lê em conjunto com o número de células e não isoladamente.

Corrente em vazio e arrasto sem carga

O lado sem carga do balanço é a corrente em vazio, publicada como 1.5 A a 18 V no U11 II KV120, 1.7 A a 18 V no U13 II KV65, e entre 2.0 A e 5.7 A a 20 V nos registos Navigator. Essa corrente cobre a perda que o motor de drone de alto empuxo produz ao girar sem carga: atrito dos rolamentos, resistência aerodinâmica entre o rotor e o estator, e a perda no ferro de um estator comutado a uma frequência fixada pelo número de polos e pela velocidade. Num motor de rotor externo de grande estator é uma pequena fração da corrente de trabalho, e a sua influência numa decisão de dimensionamento está no extremo baixo do curso do acelerador, onde o empuxo útil é menor e a parte da entrada gasta em perda sem carga é maior. Nesse motor nem a resistência nem a corrente em vazio são grandezas sobre as quais se decida diretamente; ambas se leem para seguir para onde vai a perda, o que a secção térmica abaixo aplica depois a um ponto de funcionamento.

Empuxo por rotor e seu custo em massa do motor

Uma vez fixadas a classe de carga útil e o número de rotores, a questão que resta é quanto empuxo cada braço tem de produzir e quanto pesa o motor que o produz. São duas especificações separadas na página e uma só decisão na célula, porque cada grama que o motor de drone de alto empuxo acrescenta faz parte da massa total que a aeronave tem de elevar, e o empuxo que ele produz é parte do que a eleva.

Como ler o valor em kg

O valor de empuxo publicado para um motor de drone de alto empuxo é um máximo registado num banco de ensaios a uma tensão, hélice e acelerador declarados, e lê-lo corretamente significa ler essas três condições com ele. Os dez registos abaixo são declarados em hélices desde uma unidade 28 x 9.2 in até uma unidade 52 x 20 in, em buses de 12S a 22-25S, e os valores vão de 14.16 kg no U11 II KV120 a 75.4 kg no MN1330 KV40. Nenhum deles é um empuxo nominal no sentido de um valor destinado a ser sustentado indefinidamente, e as páginas Navigator separam explicitamente as duas ideias publicando um máximo e um valor nominal por braço lado a lado. Onde uma decisão de dimensionamento precisa do valor de trabalho e não do teto, é o valor nominal por braço que se deve ler, e onde a página não o publica, o teto é o único número publicado e tem de ser tratado como tal.

Massa do motor por kg de empuxo máximo registado

Dividir a massa registada de um motor de drone de alto empuxo pelo seu empuxo máximo registado dá um valor derivado que descreve o que o empuxo custa em massa face a esse máximo, e nos dez registos situa-se entre 30.0 g e 54.5 g por kg de empuxo máximo registado. Não é uma métrica de eficiência normalizada, porque as hélices, as tensões de bus e as condições de ensaio diferem de registo para registo. Os oito registos Navigator mantêm-se numa banda estreita de 30.0 g no MN1123 KV53 a 36.5 g no MN1330 KV40, o que representa uma dispersão de cerca de um quinto num intervalo de empuxo que mais do que duplica. Os dois registos da série U ficam fora dessa banda por cima, e é o U11 II KV120 que fica mais alto, com 54.5 g por kg de empuxo máximo registado. As especificações listadas não fornecem uma decomposição de massa ao nível dos componentes, pelo que a contribuição própria da sua estrutura e do seu enrolamento não pode ser isolada apenas a partir destes registos; o U11 II KV120 é, ainda assim, o motor mais leve aqui com 772 g e regista o menor empuxo com 14.16 kg. Para esse motor o valor é derivado de valores publicados e não é em si uma especificação do fabricante; é útil para ver como o custo do empuxo muda ao longo de uma gama, e lê-se ao lado do valor de empuxo em vez de no seu lugar.

Massa máxima à descolagem da aeronave, empuxo, massa do motor, número de células e hélice conforme publicado pelo fabricante e constante do registo de produto da ToBMS; a massa do motor é indicada com cabos incluídos. A massa do motor por kg de empuxo máximo registado é aqui derivada da massa registada e do empuxo máximo registado e não é um dado do fabricante; como as condições de ensaio e as hélices diferem, não deve ser lida nem como métrica de eficiência normalizada nem como medida direta da capacidade de carga útil em voo. As páginas Navigator indicam os valores por braço como Max Thrust/Arm e Rated Thrust/Arm; as duas páginas da série U indicam um único valor de empuxo máximo e nenhum valor nominal por braço, e as células que indicam não publicado ficam abertas em vez de preenchidas a partir de um modelo comparável. Cada tabela de ensaio do fabricante é lida em conjunto com o bloco de hélice, o escalão de acelerador e a tensão de bus impressos na página de onde provém, porque a ordem das colunas e a unidade de eficiência não são as mesmas nas páginas da série U que nas Navigator. Nenhum valor térmico ou de eficiência é comparado entre os modelos desta tabela: a hélice, a tensão de bus, o nível de acelerador e a duração do funcionamento diferem de página para página, e o fabricante indica que os valores de banco se destinam a servir de referência para esse motor e não de base para comparar tipos de motor.

O diâmetro da hélice por trás de cada valor de empuxo

A hélice associada a um motor de drone de alto empuxo não é um acessório do valor de empuxo; faz parte da sua definição. O empuxo registado para um motor é produzido pela hélice com que foi ensaiado, e mudar essa hélice desloca o ponto de funcionamento motor-hélice e pode alterar tanto o empuxo como o consumo de corrente, pelo que os registos aqui são lidos com as condições de ensaio anexadas. Até que ponto a hélice determina o resultado vê-se aqui: os dois registos com os valores de KV mais próximos, o MN1130 KV45 com 45 e o MN1325 KV47 com 47, são ensaiados com a mesma hélice NS47 x 18 in e ainda assim registam 57.3 kg contra 68.1 kg, pelo que a diferença está no estator e no enrolamento e não na hélice. A escolha da hélice é limitada pela célula antes de o ser pelo motor, já que o diâmetro do disco tem de desimpedir os braços e o chassi, e pela velocidade na ponta da pá, já que uma hélice grande com um KV demasiado alto excederá a velocidade à qual as pontas das pás deixam de ser eficientes. Numa célula agrícola a mesma restrição surge como uma questão de padrão de pulverização, que o guia BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque aborda do lado do ciclo de trabalho.

Margem térmica de um motor de drone de alto empuxo

A margem térmica de um motor de drone de alto empuxo é a diferença entre o calor que produz num ponto de funcionamento e o calor que consegue dissipar sem que o enrolamento ou os ímanes atinjam uma temperatura à qual os valores publicados deixam de se aplicar. É a grandeza que um valor de empuxo não consegue descrever, porque o mesmo motor a quem se pede que suste o mesmo empuxo com uma hélice maior, um número de células menor ou uma subida mais longa alcançará uma temperatura diferente para o conseguir. Os registos aqui analisados descrevem esse limite de três formas distintas, e lê-los em conjunto é o que transforma um valor de empuxo num ponto de funcionamento.

A potência e a corrente nominais em 180 s

A primeira descrição é a potência e a corrente nominais, e em cada registo aqui é declarada numa janela de 180 s em vez de como um valor contínuo. Os registos Navigator publicam-na como uma potência máxima em 180 s junto a uma corrente de pico: 2816 W e 180 A no MN1115 KV130, 2230 W e 192 A no MN1118 KV108, 2400 W e 108 A no MN1123 KV53, 3218 W e 132 A no MN1130 KV45, 3300 W e 248 A no MN1315 KV100, 2900 W e 150 A no MN1320 KV49, 3400 W e 170 A no MN1325 KV47 e 3400 W e 177 A no MN1330 KV40. Os dois registos da série U indicam as mesmas duas grandezas ao contrário no registo da ToBMS, com a potência em 180 s na linha de potência máxima e a corrente em 180 s na linha de corrente de pico: 2783 W e 57.3 A no U11 II KV120, e 6720 W e 68 A no U13 II KV65. A janela é a parte operativa da especificação. Um valor nominal em 180 s descreve um pico, e uma célula de carga pesada que voa uma missão de dez minutos passa a maior parte dela bem abaixo desse valor e tem de ser dimensionada de modo que a corrente sustentada fique dentro da capacidade contínua do enrolamento, e não face à cifra de pico.

Perdas no cobre, via de arrefecimento e montagem

A segunda descrição é a própria perda. A perda no cobre é uma contribuição importante para o calor que um motor de drone de alto empuxo produz em voo e aumenta com o quadrado da corrente sob uma definição coerente de resistência, enquanto as perdas no ferro e mecânicas também contribuem, com uma importância relativa que depende do ponto de funcionamento; o termo do cobre é fixado pela resistência de fase a fase publicada para o motor: 7.5 mΩ no MN1315 KV100, 13 mΩ no MN1118 KV108, 16 mΩ no MN1115 KV130, 17.5 mΩ no MN1325 KV47, 19.5 mΩ no MN1330 KV40, 20.5 mΩ no MN1320 KV49, 35 mΩ no MN1123 KV53, 38 mΩ no MN1130 KV45, 73 mΩ no U13 II KV65 e 80±5 mΩ no U11 II KV120. A perda no ferro e o arrasto sem carga acima tratados acrescentam uma quantidade menor. O calor que a perda no cobre produz tem depois de sair do motor, e o caminho que percorre faz parte da especificação e não é um acrescento posterior: as páginas Navigator descrevem uma estrutura de aletas de arrefecimento de uma só peça em fundição injetada em torno do estator, indicam que duplica a área de dissipação de calor face a uma estrutura de arrefecimento dividida, e indicam que reduz a temperatura do enrolamento em 5 ℃ a 8 ℃. Os materiais que sustentam esse caminho também são publicados, com um revestimento de 150 ℃ no estator, um fio de cobre de 220 ℃ e ímanes especificados para 180 ℃, com uma envolvente IP45 e um intervalo de funcionamento declarado de -30 ℃ a 55 ℃. A montagem importa pela mesma razão, porque o braço é o dissipador para onde o motor conduz o calor, e um motor aparafusado a uma placa com mau contacto aquece mais do que o mesmo motor numa fixação maquinada da mesma massa.

Onde a margem térmica se esgota

A terceira descrição de um motor de drone de alto empuxo é a temperatura superficial medida, e é a grandeza que torna concretas as duas primeiras. Nos registos Navigator o fabricante indica a temperatura superficial do motor após funcionar a 80 percent de acelerador durante 10 minutos com uma ambiente de 25 ℃, e nos blocos de enrolamento essas páginas publicam valores que vão de 82 ℃ a 122 ℃. Cada um pertence à hélice, à tensão de bus e ao número de células impressos na mesma página, pelo que a banda descreve o intervalo que as medições ocupam e não uma ordenação, e o fabricante nota que os valores de banco se destinam a servir de referência para esse motor e não de base para comparar tipos de motor. Os dois registos da série U indicam a sua temperatura superficial de outra forma ainda, medida a 100 percent de acelerador com a duração do funcionamento declarada em um, dois, cinco ou dez minutos conforme o bloco de hélice e uma ambiente de 19 ℃ na página do U11 II, onde essa página indica uma, e é por isso que neste guia nenhuma temperatura é comparada entre modelos.

O que a temperatura superficial permite é uma verificação de margem. A temperatura superficial registada dá uma referência útil para avaliar o comportamento térmico nas condições de ensaio declaradas, mas não estabelece diretamente a temperatura do enrolamento ou dos ímanes. Avaliar a margem térmica em condições reais de voo exige considerar a elevação de temperatura interna, as condições ambientais, o arrefecimento, a montagem e o ciclo de trabalho, lidos face aos limites de temperatura que o fabricante indica para o motor de drone de alto empuxo. Um motor de rotor externo de grande estator desta classe tem massa térmica suficiente para que uma sobrecarga breve mova a temperatura lentamente, pelo que um valor nominal de pico é útil, e inércia térmica suficiente para que uma sobrecarga sustentada demore muito a manifestar-se e muito a dissipar-se. A margem de um motor de drone de alto empuxo é portanto consumida pelo perfil de trabalho no seu conjunto e não por um só instante, e numa célula agrícola que voa ciclos carregados repetidos é o efeito acumulado que a temperatura do casco reflete. O lado do ciclo de trabalho dessa questão é tratado em BLDC Motors for Industrial UAV: Duty Cycle, Redundancy and Payload, e o seu lado de eficiência, onde o empuxo por watt cai à medida que o acelerador sobe, é o mesmo mecanismo visto a partir da entrada.

T-Motor U11 II e U13 II na classe de carga pesada

Os dois registos da série U são os motores mais leves deste grupo e situam-se no extremo inferior do intervalo de empuxo, o que os torna o ponto de partida natural para uma célula cuja massa total é modesta segundo os critérios desta classe. Nenhuma das duas páginas publica uma massa máxima à descolagem da aeronave, pelo que aqui a classe é fixada a partir do empuxo e do número de células que cada um regista e não de um valor declarado.

U11 II KV120

O T-Motor U11 II KV120 UAV Motor é um motor de rotor externo de 772 g num corpo de 79.5 x 51.6 mm com um veio de 15 mm e um estator 12N14P, e é uma unidade de 12S com um empuxo máximo registado de 14.16 kg sobre uma hélice 28 x 9.2 in a 48 V. O seu enrolamento regista 80±5 mΩ de resistência de fase a fase com uma corrente em vazio de 1.5 A a 18 V, e os seus valores publicados em 180 s são 2783 W e 57.3 A. A tabela de ensaio do fabricante para este motor inclui três blocos de hélice, em unidades 26 x 8.5 in, 27 x 8.8 in e 28 x 9.2 in, registando 12114 g, 12617 g e 14159 g a pleno acelerador, útil recordação de que o valor em destaque pertence à maior hélice ensaiada e não ao motor sozinho. A 12S e pouco abaixo de 800 g, este registo convém a uma célula em que a carga útil é pequena em termos absolutos mas o número de rotores é suficientemente baixo para que o motor ainda tenha de produzir um empuxo sério por braço.

U13 II KV65

O T-Motor U13 II KV65 UAV Motor é o degrau acima: 975 g num corpo de 100 x 60 mm com um veio de 15 mm e um estator 36N42P, enrolado para uma bus de 22-25S contra um empuxo máximo registado de 28.7 kg sobre uma hélice G32 x 11 in. Regista 73 mΩ de resistência com uma corrente em vazio de 1.7 A a 18 V, e os seus valores em 180 s são 6720 W e 68 A. É o maior número de células que o separa do U11 II e não o só valor de empuxo, porque uma bus de 22-25S faz girar uma hélice maior com menor corrente para um dado empuxo, e o fabricante descreve o motor como destinado a cargas pesadas e uso industrial ao longo de uma vida útil prolongada. A tabela de ensaio inclui novamente mais de um bloco de hélice, com uma unidade G30 x 10.5 in a registar 24744 g e a unidade G32 x 11 in a registar 28711 g a pleno acelerador. Entre os dois registos da série U, o par cobre um intervalo desde uma célula industrial leve até ao ponto de entrada do grupo Navigator, e Heavy-Lift Drone Motors: Three T-Motor Options from 2.85 kg to 101 kg Thrust coloca ambos numa comparação mais ampla guiada pela carga útil, que abrange também as séries U5 e U15.

Motores T-Motor série MN para carga pesada e agricultura

Os oito registos de motores T-Motor MN aqui analisados formam duas famílias que diferem no diâmetro do estator e não na construção. O grupo MN11 leva um estator de 120.5 mm e o grupo MN13 um estator de 150 mm, e dentro de cada família os modelos escalam pelo comprimento do empilhamento enquanto o enrolamento muda com o número de células. Os oito são motores de rotor externo de grande estator com um regulador eletrónico de velocidade externo, e cada página indica uma massa máxima à descolagem da aeronave ao lado dos valores de empuxo e térmicos, o que faz deste grupo a parte da gama onde um motor de drone de alto empuxo pode ser associado a uma classe de célula diretamente a partir de valores publicados.

MN1115, MN1118, MN1123 e MN1130

Os registos MN11 partilham um diâmetro de estator de 120.5 mm e crescem em comprimento de 47.9 mm a 65.9 mm nos quatro modelos, e o empuxo sobe com ele de 33.3 kg no MN1115 KV130 a 57.3 kg no MN1130 KV45. O T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor é o ponto de entrada com 1055 g, um estator 36N40P e uma bus de 12S, registando 33.3 kg sobre uma hélice G36 x 11.5 in com uma massa máxima à descolagem declarada de 60 kg; os seus valores em 180 s são 2816 W e 180 A e o seu enrolamento regista 16 mΩ com uma corrente em vazio de 2.7 A a 20 V. O T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor pesa 1186 g na mesma bus de 12S com um estator 36N40P e regista 38.1 kg sobre uma hélice VZ40 x 16.1 in com 70 kg declarados, com 2230 W e 192 A em 180 s provenientes de um enrolamento de 13 mΩ e uma corrente em vazio de 3.3 A a 20 V. Ambas as páginas incluem ainda um segundo bloco de enrolamento, a 110 KV no MN1115 e 90 KV no MN1118, e é por isso que o valor de KV tem de ser lido com o modelo e não a partir do nome da série.

O T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor passa para uma bus de 24S com 1425 g num corpo de 58.9 mm, registando 47.5 kg sobre uma hélice VZ42 x 16.5 in com 80 kg declarados, com 2400 W e 108 A em 180 s e um enrolamento de 35 mΩ. O T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor fecha a família com 1740 g num corpo de 65.9 mm, 57.3 kg sobre uma hélice NS47 x 18 in com 100 kg declarados, 3218 W e 132 A em 180 s provenientes de 38 mΩ, o que coloca o registo na banda dos motores de drone de grande carga útil com 100 kg declarados. O passo de 12S para 24S dentro de uma mesma família de estator é a ilustração mais clara do que aqui faz o número de células: o MN1123 e o MN1130 produzem o seu empuxo a 108 A e 132 A onde o MN1118 precisa de 192 A, e em condições de funcionamento comparáveis uma tensão de bus mais alta reduz a corrente de alimentação necessária para uma dada potência elétrica, embora os valores de corrente destes modelos reflitam também as suas diferentes hélices, enrolamentos e saídas de empuxo e não apenas a tensão de bus; a maior resistência dos enrolamentos de 24S é a outra face desse compromisso.

MN1315, MN1320, MN1325 e MN1330

Os registos MN13 levam um estator de 150 mm e escalam em comprimento de 51 mm a 65 mm, e é nesta família que as massas máximas à descolagem declaradas atingem os seus valores mais altos. O T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor é a exceção do grupo por dois motivos: a 14S é o menor número de células da família, e a 100 KV é o enrolamento mais alto, o que em conjunto produz 50.2 kg sobre uma hélice VZ40 x 16.1 in com 90 kg declarados e uma corrente de pico de 248 A em 180 s. O seu enrolamento de 7.5 mΩ é a menor resistência publicada nos dez registos aqui, o que é a resposta de projeto a suportar essa corrente. O T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor volta a 24S com 2070 g e regista 59.0 kg sobre uma hélice NS45 x 17.5 in com 100 kg declarados, com 2900 W e 150 A em 180 s e um enrolamento de 20.5 mΩ.

Acima, o T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor regista 68.1 kg sobre uma hélice NS47 x 18 in com 120 kg declarados desde 2425 g, com 3400 W e 170 A em 180 s, e o T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor fecha a gama com 2750 g e 75.4 kg sobre uma hélice NS52 x 20 in com 140 kg declarados, 3400 W e 177 A em 180 s provenientes de um enrolamento de 19.5 mΩ. Os dois maiores registos indicam um valor nominal por braço ao lado do máximo, a 30-32 kg e 35-38 kg respetivamente, que é o valor com que se dimensiona um ponto de funcionamento. O T-Motor Navigator MN Series Heavy-Lift UAV Motors: Official Release Video do próprio fabricante cobre a atualização de série que produziu estes registos, e o extremo agrícola da mesma família é tratado em BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque.

Lista de verificação para escolher um motor de drone de alto empuxo

A sequência abaixo é a ordem pela qual os valores de um motor de drone de alto empuxo têm de ser lidos, porque cada passo condiciona o seguinte e nenhum deles pode ser resolvido a partir de uma só página de motor.

1. Some a massa total, incluindo os motores e o pacote de baterias, e subtraia depois tudo o que não seja equipamento de missão. O resto é a carga útil que a célula consegue realmente transportar, e depende da massa da célula, da bateria, do sistema de propulsão, da aviónica e do suporte de carga útil dentro da massa total admissível da aeronave.
2. Reparta pelos rotores o empuxo de que a aeronave precisa, e aplique uma margem de controlo antes de escolher o motor e não depois. O empuxo máximo registado por braço é um teto, e um orçamento que o gasta todo em voo estabilizado não deixa reserva para o controlo de atitude, as perturbações ou a envolvente de manobra prevista.
3. Fixe o número de células a partir da decisão do pacote de baterias, e escolha depois o KV de modo que o diâmetro de hélice que a célula permite atinja o seu ponto de funcionamento a um acelerador razoável. O KV é uma correspondência entre tensão de bus e hélice, não uma classificação de desempenho.
4. Leia o valor de empuxo em conjunto com a hélice, a tensão e o escalão de acelerador impressos ao lado, e prefira um valor nominal por braço a um máximo onde a página publique ambos.
5. Estime a perda no cobre a partir da resistência do enrolamento e da corrente de trabalho prevista apenas depois de confirmar que os dois valores publicados partilham a mesma convenção de medição, e leia depois a temperatura superficial que o fabricante regista nas suas próprias condições declaradas ao lado dos limites de temperatura indicados para o enrolamento e os ímanes.
6. Verifique a corrente que uma subida sustentada consome face ao valor de 180 s e não à cifra de pico, e confirme que a corrente em voo estacionário deixa a janela livre para os transitórios de controlo.
7. Confirme a interface mecânica: o diâmetro do veio, o padrão de montagem, a envolvente, o comprimento do cabo e a secção do condutor têm de se adequar ao braço antes de qualquer dos valores elétricos importar.
8. Registe que valores vieram da ficha técnica do fabricante, quais vieram do registo de produto da ToBMS e quais foram derivados para a comparação, para que uma revisão posterior possa ser verificada face à sua fonte.

Mais três guias estendem-se lateralmente a partir deste. O guia UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe cobre toda a categoria do lado da célula e alcança também as gamas Navigator, P e AT. A aplicação UAV de longa autonomia leva os mesmos motores ao argumento de eficiência, massa e tensão de bus, tratado em BLDC Motors for Long Endurance UAV: Efficiency, Mass and Bus Voltage. Para o extremo inferior da família, onde dominam a resposta e a autonomia da bateria em vez do empuxo por braço, a categoria Motores para drones e a aplicação UAV industrial cobrem as células para as quais esta classe de motor é demasiado pesada.

Perguntas frequentes