Sistemas de propulsão de aeronaves tripuladas: como escolher entre três motores T-Motor U15

Dimensionar um motor para Sistemas de propulsão de aeronaves tripuladas parte de uma premissa diferente de dimensionar um motor para uma aeronave não tripulada. Uma aeronave não tripulada pode ser projetada em torno de uma missão e de um custo, e para muitas missões é razoável deixar que uma falha de propulsão encerre o voo. Uma aeronave que transporta uma pessoa não pode ser projetada assim. O regime é mais longo, o ponto de operação fica mais próximo da extremidade contínua do envelope, uma única falha tem de ser sobrevivível em vez de apenas improvável, e cada número do qual o integrador depende tem de ser rastreável a um ensaio, e não a uma manchete. Este guia percorre três motores T-Motor U15 — uma unidade de 1740 g com a janela de barramento mais ampla registrada, uma unidade de 4408 g construída para um barramento de 24S e uma unidade de 5130 g que registra o maior empuxo dos três — e explica qual valor registrado decide a escolha em cada caso, e quais valores constam na ficha técnica do fabricante.

Os três são motores outrunner brushless acionados por um ESC externo, e os três ficam em uma única categoria da ToBMS, Motores para UAV. O que os separa é a massa, o KV, o empuxo registrado e o barramento para o qual cada um foi construído, e essas diferenças correspondem a aeronaves leves de dois lugares, a trikes de paramotor e às plataformas de carga maiores que estão sendo adaptadas para operação tripulada. Todo número citado aqui vem do registro de produto correspondente da ToBMS; conversões entre gramas e quilogramas, razões construídas a partir de dois valores registrados e qualquer grandeza inferida da química das células são marcadas como derivadas, e um campo sem valor é marcado como ausente em vez de ser preenchido a partir de um modelo vizinho. Dois dos três registros não trazem as colunas elétricas por inteiro, e saber que coluna falta em que registro faz parte de tomar a decisão.

Resposta rápida

A primeira decisão nesta categoria não é o empuxo, e sim quantos motores a aeronave carrega e o que acontece quando um deles para. Todo o resto — KV, massa, barramento, hélice — é então dimensionado em relação a esse caso de falha, e não em relação a um ponto de pairado nominal. Nessa base, os três motores aqui ocupam três papéis distintos, em vez de formar um ranking.

Onde a aeronave é pequena, o pacote de baterias é a restrição determinante e o arranjo de propulsão tem unidades suficientes para que a perda de uma deixe uma margem confortável, o U15 II KV80 é o único dos três que aceita 12-24S e, com 1740 g, é o mais leve por um fator superior a dois. Ele registra 36.5 kg de empuxo máximo e 8580 W em uma janela de 180 s, e é o único dos três cujo registro publica algum valor de potência.

Onde a aeronave é um projeto fixo de 24S e o orçamento de massa permite um motor mais pesado, o U15XL KV38 registra 81.2 kg de empuxo a 4408 g, com um valor de corrente de pico de 180 A, uma corrente ociosa de 3.5 A a 10 V e um enrolamento de 17 mΩ — a menor resistência registrada neste grupo, empatada com a do U15 II —, o que faz dele a unidade cujo registro elétrico é o mais completo no meio da faixa de massa.

Onde o maior empuxo registrado por motor é o que o projeto precisa, o U15XXL KV29 registra 101.4 kg a 5130 g no mesmo barramento de 24S e no mesmo estator 36N42P, com um valor de corrente de pico de 210 A e 20 mΩ de resistência de enrolamento. O que nenhum dos três registros traz é uma classificação de potência contínua e indefinida. Os substitutos mais próximos disponíveis são o valor de potência de 180 s do U15 II e os valores de corrente de pico dos outros dois, e esses são declarações de janela de regime, e não classificações contínuas — uma distinção que vale manter quando uma revisão de projeto pergunta por quanto tempo uma subida pode ser sustentada.

O que muda quando a aeronave carrega uma pessoa

Nada na construção desses motores os separa de qualquer outro outrunner de grande porte da categoria. O que muda é a forma do requisito e, em Sistemas de propulsão de aeronaves tripuladas, o requisito decide qual coluna do registro se torna determinante.

As falhas têm de ser sobrevivíveis, não apenas improváveis

Uma aeronave não tripulada pode ser projetada de modo que uma falha de propulsão encerre a missão, e nessa escala a troca costuma ser aceitável. Uma aeronave tripulada não pode: o arranjo de propulsão tem de ser capaz de perder ao menos uma unidade e ainda manter a aeronave no ar, o que desloca o número útil de empuxo por motor para empuxo por motor com o pior deles removido. Em um arranjo de quatro motores restam três quartos do empuxo instalado; em um arranjo de seis motores, cinco sextos. A aritmética é simples, e é por isso que um motor que parece superdimensionado em relação a um ponto de pairado nominal muitas vezes está corretamente dimensionado em relação ao caso de falha.

Lido em relação a este grupo, uma aeronave de quatro motores construída com motores U15XXL KV29 teria três unidades restantes após uma única falha, sustentando cerca de 304 kg dos 406 kg que os quatro registram juntos — ambos os valores derivados dos 101.4 kg registrados por motor. A mesma aritmética no U15 II KV80 deixa 110 kg dos 146 kg que quatro deles registram. Nenhum dos dois números decide se uma aeronave voa com três motores; isso depende do projeto, e o projeto pertence ao integrador, e não ao motor. O que os números mostram é qual motor compra a margem maior para a massa que acrescenta, e onde um projeto fica próximo da sua margem, essa diferença é todo o argumento de seleção.

O ponto de operação sustentado importa mais do que o pico

Um pairado em uma aeronave tripulada não é um transiente, e uma subida de cruzeiro também não. Onde um perfil de missão não tripulada passa o seu tempo em excursões breves acima de uma média confortável, um perfil tripulado tende a manter uma fração alta da potência disponível por minutos seguidos — o que coloca o comportamento térmico, e não a saída de pico, no centro da decisão. Os valores de pico ainda importam, mas para outra finalidade: eles dimensionam o chicote, o conector e o ESC, porque é a corrente, e não a potência, que um condutor sente.

As colunas que falam da operação sustentada são as que têm maior probabilidade de estar ausentes. O registro do U15 II KV80 traz 8580 W por uma janela de 180 s, o que é uma declaração de regime, e não uma classificação, e nenhum dos outros dois registros traz valor de potência algum. Nesses dois, a informação elétrica disponível é um valor de corrente de pico — 180 A no U15XL KV38 e 210 A no U15XXL KV29 — ao lado de uma corrente ociosa sem carga medida a 10 V. Isso é suficiente para dimensionar um chicote e comparar enrolamentos; não é suficiente para declarar um ponto de operação contínuo, e tratá-lo como se fosse é a forma mais comum de um orçamento de propulsão tripulada dar errado.

A massa na extremidade da hélice é cobrada duas vezes

A massa do motor em uma aeronave não apenas é levantada, ela é acelerada. Em uma asa ou em um braço, massa rotativa e não rotativa na extremidade externa aumenta a inércia que a aeronave tem de vencer em arfagem e rolagem, o que se manifesta como resposta de controle e qualidade de voo, e não como déficit de empuxo. O efeito é sentido continuamente, enquanto o empuxo comprado com essa massa só é usado no topo do envelope.

A dispersão neste grupo é grande o suficiente para importar. Quatro motores U15 II KV80 somam 7.0 kg, quatro unidades U15XL KV38 somam 17.6 kg e quatro unidades U15XXL KV29 somam 20.5 kg — todos derivados das massas registradas. A diferença entre o conjunto de quatro motores mais leve e o mais pesado é, portanto, 13.6 kg de aeronave, o que em uma plataforma leve de dois lugares é um número real, e não um erro de arredondamento. É também a razão pela qual a unidade mais leve aqui não é automaticamente o ponto de partida correto: ela registra o menor empuxo dos três, e um projeto que precisa do empuxo não consegue recuperá-lo reduzindo massa em outro lugar.

Os dados registrados são uma entrada de projeto, não um resumo

Em um projeto não tripulado, uma coluna de especificação ausente é um inconveniente que pode ser resolvido com ensaios. Em um projeto tripulado, é uma ação em aberto em uma revisão de projeto, porque os números que fecham uma revisão têm de vir de um ensaio documentado, e não de uma inferência. Isso muda a forma de ler um registro ao qual falta uma coluna: não como uma lacuna a preencher com um valor plausível emprestado de um motor semelhante, mas como uma pergunta a fazer ao fabricante antes de o componente ser selecionado.

Aplicado aqui, o registro do U15 II KV80 documenta potência e dimensões, com a corrente de pico e a corrente ociosa na ficha técnica do fabricante; os registros do U15XL KV38 e do U15XXL KV29 documentam corrente de pico e ociosa, resistência, eixo e condutor, com o valor de potência na ficha técnica do fabricante. Cada um dos três traz, portanto, as colunas de que um tipo de integração precisa e deixa uma coluna em aberto para outro, e a resposta honesta é nomear a lacuna em vez de dissimulá-la. Vale notar que a própria nomenclatura do fabricante para duas dessas unidades aponta diretamente para a operação tripulada, de modo que uma revisão de projeto pode ler essa nomenclatura em conjunto com os valores registrados de empuxo e de corrente.

Os números que decidem a escolha

Seis grupos de valores carregam quase toda a decisão no trabalho com sistemas de propulsão de aeronaves tripuladas. Três deles são publicados para os três motores e três não são, o que vale estabelecer antes de montar uma lista de candidatos.

Sustentação com um motor removido

Este é o filtro que elimina candidatos em vez de classificá-los, e ele funciona na direção oposta à de uma comparação de empuxo convencional. Um motor é eliminado aqui por uma razão que nada tem a ver com a sua própria classificação: o empuxo que os seus semelhantes conseguem produzir depois da falha dele é insuficiente, de modo que a pergunta é sempre feita sobre o conjunto, e não sobre o indivíduo. Neste grupo, o empuxo máximo registrado vai de 36.5 kg a 101.4 kg, e o valor de três quartos que um arranjo de quatro motores reteria vai de 110 kg a 304 kg — derivado em todo o percurso dos valores registrados por motor.

Duas ressalvas acompanham essa aritmética. Primeiro, o empuxo máximo é registrado pela ToBMS como um único valor extraído dos dados de ensaio do fabricante, descrevendo uma hélice, uma aceleração e uma tensão; é um teto, e não um ponto de trabalho. Segundo, nenhum dos três registra um valor de empuxo nominal para o pairado, de modo que uma margem calculada a partir do valor máximo é uma margem contra um teto, e a margem de pairado real é menor por toda a distância que separa os dois. Onde um projeto fica próximo da linha, vale fechar essa lacuna a partir dos dados de ensaio do fabricante antes de fixar o arranjo da aeronave.

O que os registros dizem sobre a operação contínua

O único valor sustentado neste grupo é o de 8580 W do U15 II KV80 por uma janela de 180 s. Lido como declaração de regime, ele diz que a unidade manteve essa potência por três minutos em uma bancada de ensaio, o que é uma indicação útil de capacidade térmica e não uma definição do que pode ser mantido indefinidamente. Uma verificação derivada está disponível: se 8580 W fossem consumidos no topo da sua janela de 12-24S, um pacote de 24S a aproximadamente 88.8 V nominais — a convenção padrão de 3.7 V por célula, e não uma especificação do motor — implicaria cerca de 97 A, pela nossa estimativa, um valor derivado dos valores registrados e não uma classificação do fabricante. Isso diz mais sobre como o ensaio foi conduzido do que sobre o limite do motor.

Os outros dois motores não publicam valor de potência, de modo que o comportamento sustentado deles tem de ser inferido das colunas de corrente e de resistência. Essa inferência é legítima e é limitada: a perda no cobre escala com o quadrado da corrente, portanto os números abaixo são úteis para comparação e inúteis como classificação. O que eles estabelecem é qual dos dois motores mais pesados opera mais frio no seu próprio pico, e isso é algo justo de comparar entre dois registros do mesmo tipo.

Barramento, corrente e o chicote por trás deles

A tensão de barramento é definida pelo pacote de baterias e, neste grupo, ela determina em grande parte a lista de candidatos. O U15 II KV80 aceita 12-24S, que é a janela registrada mais ampla dos três e a única que abrange um pacote de tensão mais baixa; o U15XL KV38 e o U15XXL KV29 registram ambos 24S. Uma janela mais ampla não é automaticamente melhor — significa que o mesmo motor pode operar com um pacote mais brando, o que é útil onde uma aeronave tem de atender a um programa de ensaios e a um programa de voo sem trocar de motor.

É na corrente que os dois mais pesados se separam do mais leve. O U15XL KV38 registra 180 A de pico e o U15XXL KV29 registra 210 A de pico, enquanto o U15 II KV80 não publica valor de corrente de pico, de modo que não há comparação equivalente entre os três. Na convenção de 24S de aproximadamente 88.8 V nominais, um pico de 210 A no U15XXL implica cerca de 18.6 kW naquele instante e um pico de 180 A no U15XL cerca de 16 kW, pela nossa estimativa — ambos derivados dos valores registrados e não classificações do fabricante, e ambos úteis sobretudo para dimensionamento. Os mesmos números definem a seção de cobre dos condutores, a classificação do conector e a corrente contínua do ESC e, em uma aeronave tripulada, esses três itens costumam ser selecionados com menos margem do que o próprio motor.

Resistência de enrolamento e para onde vai o calor

A resistência é a coluna que liga a corrente à temperatura. Para uma dada corrente, ela fixa a perda no cobre, e a perda no cobre é calor gerado dentro de um motor que já depende do fluxo de ar para se resfriar. Dois dos três registros a publicam: 17 mΩ tanto no U15 II KV80 quanto no U15XL KV38, e 20 mΩ no U15XXL KV29. Mantidos nas suas respectivas correntes de pico registradas, o enrolamento de 17 mΩ do U15XL KV38 dissipa cerca de 551 W e o enrolamento de 20 mΩ do U15XXL KV29 cerca de 882 W — a nossa estimativa a partir dos valores registrados e sem correção de temperatura, e ambos valores de um instante de pico, e não de regime permanente, já que uma subida sustentada consome muito menos do que o pico.

A comparação é instrutiva justamente porque não favorece o motor maior em todos os eixos. O U15XXL KV29 tem a resistência mais alta e a corrente de pico mais alta, portanto produz mais calor no pico do que o U15XL KV38; em troca, registra 101.4 kg de empuxo contra 81.2 kg. Escolher entre os dois em uma aeronave tripulada é, portanto, uma questão sobre o perfil de regime — quanto dura o segmento de alta potência e quanto fluxo de ar está disponível durante ele —, e não uma questão sobre qual motor é melhor. O U15 II KV80 não pode ser colocado nesse eixo de forma alguma, já que a sua corrente de pico não está registrada; o seu enrolamento de 17 mΩ é o mais baixo aqui, o que é coerente com um estator menor carregando menos espiras.

Geometria do rotor e a hélice que ele pode girar

Os três registros compartilham a mesma configuração de estator 36N42P, comum a todo o grupo e útil para a seleção: significa que as diferenças entre eles estão no enrolamento, no ímã, no pacote e na massa, e não na arquitetura de ranhuras e polos. Isso remove uma variável da comparação e deixa o pareamento da hélice como a questão geométrica restante.

O KV é o valor que decide qual hélice uma unidade pode girar a uma velocidade útil. Os três valores aqui — 80, 38 e 29 — não são um ranking de força; são três respostas à pergunta de onde a velocidade do rotor deve cair para um dado barramento. Uma unidade de 29 KV em um barramento de 24S gira uma hélice muito maior a uma velocidade menor do que uma unidade de 80 KV, e é por isso que as duas não são intercambiáveis mesmo onde a aeronave poderia aceitar fisicamente qualquer uma delas. Onde um projeto está ampliando ou reduzindo uma aeronave existente, casar o KV e o disco da hélice em conjunto é o que preserva o ponto de operação, e mudar apenas o tamanho do motor é o que o quebra.

Eixo, fixação e interface de condutores

As colunas mecânicas decidem se um motor pode ser instalado e, em uma aeronave tripulada, também decidem quão reparável ele é. O envelope é próximo entre o grupo, mas não idêntico: o U15 II KV80 mede Ø147.5 × 55 mm, enquanto o U15XL KV38 e o U15XXL KV29 medem ambos Ø151.5 mm e diferem no comprimento, em 96 mm e 106 mm respectivamente. O comprimento de 55 mm da unidade mais leve é pouco mais da metade do da maior, e é daí que vem a maior parte da sua vantagem de 3.39 kg de massa sobre o U15XXL KV29.

O diâmetro do eixo divide o grupo de uma forma que importa mais do que parece: o U15 II KV80 registra um eixo de 20 mm, onde os outros dois registram 25 mm, o que altera o adaptador da hélice, o método de retenção e a carga que um cubo pode suportar. O U15XL KV38 e o U15XXL KV29 publicam cada um um comprimento de condutor de 200 mm, o que é suficiente para alcançar um ESC montado longe da ponta do braço e manter curto o trecho de alta corrente; o U15 II KV80 registra, em vez disso, um comprimento de cabo de 100 mm, o que convém a um ESC mais próximo, mas não é a mesma medição na mesma base, de modo que os dois não devem ser comparados como se fossem. Onde um valor não está registrado, a hipótese deve ser conferida contra o componente, e não contra um modelo vizinho.

Três motores T-Motor U15 comparados

A tabela abaixo reúne as três unidades em ordem crescente de massa. Todo valor é conforme publicado em cada registro de produto da ToBMS, e as lacunas são marcadas em vez de preenchidas.

Os três motores estão registrados na categoria Motores para UAV da ToBMS e são publicados pela T-Motor. O empuxo é armazenado em gramas em cada registro e mostrado aqui convertido para quilogramas; os valores de empuxo, massa e corrente são conforme registrados, e toda razão ou total citado em outro ponto deste artigo é derivado deles e identificado como derivado onde aparece. Uma célula da tabela está marcada em vez de preenchida: nenhuma corrente de pico está registrada para o U15 II KV80. Outros dois valores ficam fora da tabela porque nenhuma dessas colunas consta de modo algum — o valor de potência tanto do U15XL KV38 como do U15XXL KV29 consta na ficha técnica do fabricante —, de modo que o grupo como um todo não tem nenhuma coluna elétrica preenchida para os três.

O primeiro padrão que a tabela mostra é que empuxo e massa escalam juntos quase exatamente, e que essa escala não recompensa o porte. As três unidades cobrem cerca de 2.9 vezes em massa, de 1740 g a 5130 g, e cerca de 2.8 vezes em empuxo registrado, de 36.5 kg a 101.4 kg — ambos derivados. O empuxo por unidade de massa do motor resulta em cerca de 21.0, 18.4 e 19.8 vezes para o U15 II KV80, o U15XL KV38 e o U15XXL KV29, respectivamente, todos derivados da mesma forma. A unidade mais leve registra, portanto, a razão mais alta dos três, e a unidade intermediária, a mais baixa, o que vale afirmar com clareza porque contraria a expectativa de que o motor maior é a forma mais eficiente de comprar empuxo.

O segundo padrão está na coluna que falta. A unidade com o maior empuxo registrado não publica valor de potência, e a unidade com a janela de barramento mais ampla não publica corrente de pico — de modo que, no lado elétrico, cada registro está preenchido exatamente onde o outro não está. Um projeto que precise de um número de potência contínua e de um número de corrente de pico para o mesmo motor não encontrará os dois neste grupo, e a resposta adequada é levar a pergunta ao fabricante em vez de interpolar entre registros.

O terceiro padrão diz respeito ao barramento. Duas unidades ficam em um barramento fixo de 24S e uma abrange 12-24S, e a configuração de estator compartilhada pelos três significa que essa diferença está inteiramente no enrolamento, e não nos elementos magnéticos. Isso é útil de saber quando um projeto muda o seu pacote de baterias: nas duas unidades de 24S, o pacote faz parte da especificação, enquanto no U15 II KV80 um pacote de tensão mais baixa está dentro da janela registrada e apenas a hélice tem de ser reajustada.

Ler cada motor em relação a uma missão tripulada

Os números registrados só se tornam uma decisão quando lidos em relação ao que a aeronave faz. Cada um dos três abaixo convém a um tipo diferente de aeronave, e nenhum deles convém aos três. Uma mesma coluna pode ser determinante em um tipo de aeronave e irrelevante em outro, e é essa leitura que a torna útil.

U15 II KV80 — a unidade mais leve e o barramento mais amplo

O U15 II KV80 registra 1740 g, 36.5 kg de empuxo máximo, um enrolamento de 80 KV, um estator 36N42P, 17 mΩ de resistência, um eixo de 20 mm, um comprimento de cabo de 100 mm e uma janela de 12-24S, com 8580 W registrados em uma janela de 180 s. É a única unidade aqui que publica um valor de potência e a única cuja janela de barramento abrange uma contagem de células mais baixa e, com 1740 g, tem menos da metade da massa de qualquer uma das outras — o comprimento de corpo de 55 mm contra 96 mm e 106 mm é a maior parte da explicação.

Para o que essa combinação aponta é um projeto em que massa e flexibilidade de pacote pesam mais do que o empuxo de pico por motor. Um arranjo de quatro motores com esta unidade soma 7.0 kg de motores, contra 17.6 kg e 20.5 kg para os mesmos arranjos nas outras duas — derivado das massas registradas —, e a diferença de 13.6 kg entre os extremos fica disponível para estrutura, baterias ou carga útil. Em uma aeronave leve com motores suficientes para absorver uma única falha, esse é um ganho direto.

O que ela custa é empuxo por unidade e documentação elétrica. Os seus 36.5 kg são pouco mais de um terço dos 101.4 kg do U15XXL KV29, de modo que um arranjo de quatro motores U15 II KV80 retém cerca de 110 kg após uma única falha, contra cerca de 304 kg nas unidades maiores — ambos derivados. E, sem corrente de pico registrada, nem o dimensionamento do chicote nem a comparação de perda no cobre podem ser fechados apenas com o registro, o que em um projeto tripulado é um item de ação, e não uma nota de rodapé.

U15XL KV38 — o ponto intermediário de massa com o registro elétrico mais completo

O U15XL KV38 registra 4408 g, 81.2 kg de empuxo máximo, um enrolamento de 38 KV no mesmo estator 36N42P, 17 mΩ de resistência, uma corrente de pico de 180 A, uma corrente ociosa de 3.5 A a 10 V, um eixo de 25 mm, um comprimento de condutor de 200 mm e um barramento fixo de 24S. É o único dos três cujo registro elétrico traz tanto uma corrente de pico quanto um valor de resistência ao lado de uma medição de corrente ociosa, o que faz dele a unidade que pode ser posicionada em um eixo térmico sem voltar ao fabricante.

A sua posição no grupo é a razão pela qual ele costuma ser a resposta intermediária, e não um compromisso. Ele compartilha a menor resistência registrada dos três com o U15 II KV80, de modo que, para uma dada corrente, gera menos perda no cobre do que o maior U15XXL KV29 — cerca de 551 W no seu próprio pico de 180 A, contra cerca de 882 W no pico de 210 A do outro, ambos derivados —, enquanto registra 81.2 kg de empuxo, mais do que o dobro do número da unidade mais leve. Um arranjo de quatro motores com essas unidades retém cerca de 244 kg após uma única falha, derivado, e soma 17.6 kg de motores.

A sua restrição é o barramento. Em um 24S fixo, não há opção registrada de operar com um pacote mais brando sem sair da janela, de modo que uma aeronave que queira começar os ensaios de voo com uma contagem de células menor tem de trocar de motor ou mudar o plano do seu pacote. Os condutores de 200 mm e o eixo de 25 mm, por outro lado, são o mais generoso dos dois conjuntos de interface registrados aqui e convêm a uma instalação em que o ESC fica na parte interna do braço.

U15XXL KV29 — o maior empuxo registrado dos três

O U15XXL KV29 registra 5130 g, 101.4 kg de empuxo máximo, um enrolamento de 29 KV no estator 36N42P, 20 mΩ de resistência, uma corrente de pico de 210 A, uma corrente ociosa de 3.3 A a 10 V, Ø151.5 × 106 mm, um eixo de 25 mm, um condutor de 200 mm e um barramento fixo de 24S. É a unidade mais pesada e de maior empuxo do grupo, e o fabricante a nomeia diretamente para aeronaves tripuladas e também não tripuladas — uma nomenclatura que os valores registrados de empuxo e de corrente confirmam, com o valor de potência sustentada na ficha técnica do fabricante.

Lido como conjunto, esta é a unidade que compra margem. Um arranjo de quatro motores retém cerca de 304 kg após uma única falha nos valores registrados, derivado, e um arranjo de seis motores retém cinco sextos de 608 kg. Em contrapartida, quatro deles acrescentam 20.5 kg de massa de motor e, na corrente de pico, cada um produz cerca de 882 W de perda no cobre em um conjunto de 5130 g — a nossa estimativa a partir dos valores registrados, sem correção de temperatura —, o que em uma subida sustentada é o número que decide se o caminho de resfriamento é adequado. O enrolamento de 20 mΩ é a maior resistência registrada aqui e, como a perda no cobre escala com o quadrado da corrente, a combinação da maior corrente com a maior resistência na mesma unidade é exatamente o que coloca o projeto térmico no centro de uma instalação construída sobre ela.

A corrente ociosa de 3.3 A a 10 V, marginalmente abaixo dos 3.5 A do U15XL KV38, é coerente com um enrolamento de KV mais baixo consumindo um pouco menos de corrente para girar a si mesmo, e é o único sinal comparativo disponível entre os dois no lado sem carga. Por si só, ela não é suficiente para tirar uma conclusão sobre eficiência em toda a faixa de operação, e não deve ser usada como se fosse.

Onde esses sistemas são usados

Os mesmos três motores aparecem em aeronaves cujas restrições diferem o suficiente para que o argumento de seleção mude de forma entre elas, e é por isso que a plataforma importa tanto quanto o registro em sistemas de propulsão de aeronaves tripuladas.

Plataformas leves de dois lugares e eVTOL pessoais

São os projetos em que o caso de falha comanda tudo, porque o arranjo de propulsão costuma ser o único sistema capaz de manter a aeronave no ar. Um arranjo distribuído com seis ou oito motores é comum, justamente porque converte uma única falha em perda parcial de empuxo, e não total, e essa preferência de arranjo é o que torna viável um motor de menor empuxo e menor massa contra uma alternativa de maior empuxo. Os registros relevantes aqui são os que publicam informação elétrica suficiente para dimensionar um chicote — o que favorece o U15XL KV38 e o U15XXL KV29 — e, onde o projeto ainda está iterando a tensão do pacote, a janela de 12-24S do U15 II KV80 é a única flexibilidade registrada no grupo. O agrupamento Drone VTOL cobre o mesmo compromisso entre sustentação e cruzeiro pelo lado não tripulado, onde o conjunto de restrições é diferente.

Parapentes motorizados e trikes de paramotor

Esta classe de aeronave é o mais próximo que a categoria tem de uma máquina voadora construída em torno de uma única unidade de propulsão, e é também onde a massa fala mais diretamente. Um trike de paramotor carrega um ou dois motores em uma estrutura cujo orçamento de massa é apertado e cuja hélice é grande e de rotação lenta, o que aponta para um KV baixo e uma unidade leve, e não para empuxo máximo. A faixa de KV de 29 a 80 do grupo não é a história completa aqui — a comparação significativa é com os 38 e 29 KV das outras duas unidades —, mas o U15 II KV80, com os seus 1740 g e a sua janela de barramento ampla, convém a uma aeronave em que o pacote é escolhido pela autonomia, e não pela tensão. A troca, em uma instalação de motor único, é que não há uma segunda unidade para absorver uma falha, e um projeto nessa posição está tomando um tipo de decisão completamente diferente.

Aeronaves de carga migrando para funções tripuladas

Várias plataformas multirrotor de grande porte são desenvolvidas primeiro para frete e depois adaptadas para transportar uma pessoa, e o conjunto de propulsão costuma ser a parte que passa sem alterações. Nesse caso, a leitura útil desses registros é a aritmética do caso de falha, e não o empuxo nominal: um arranjo já dimensionado com motores U15XXL KV29 em torno de uma carga útil de frete retém cerca de três quartos do empuxo instalado após uma falha, derivado, que é a margem pela qual uma variante tripulada seria avaliada, e não uma capacidade demonstrada. É também o cenário em que a ausência do valor de potência contínua prejudica mais, porque o perfil de regime tripulado é mais longo do que o de frete e a margem térmica adequada a um salto curto de carga pode não ser adequada a um trecho tripulado mais longo. A aplicação Drone de carga pesada agrupa os mesmos motores por classes de carga útil, e não pelo caso de falha, e vale ler as duas visões em conjunto.

Onde os mesmos motores deixam de ser a resposta

Há um limite nesta categoria e vale nomeá-lo. No momento em que um projeto passa de manter uma altitude para cobrir uma distância com eficiência — do pairado para o cruzeiro —, todo o ranking acima deixa de se aplicar, porque o ponto de operação se desloca para a região em que um enrolamento de KV baixo, uma resistência de enrolamento baixa e uma hélice grande e de rotação lenta vencem em autonomia, e não em empuxo. Esse é um problema de seleção diferente, reunido em UAV de longa autonomia e não aqui. Da mesma forma, uma aeronave cujo conjunto de propulsão deva apresentar um valor de potência sustentada como entrada de certificação, e não como meta de desempenho, está fazendo uma pergunta que nenhum desses três registros responde, e a resposta tem de vir da documentação de ensaio do fabricante.

Lista de verificação de seleção

Três verificações cobrem a maior parte do terreno, e elas funcionam melhor nesta ordem, porque cada uma estreita o campo para a seguinte. As três verificações valem tanto para os três motores deste grupo quanto para qualquer outro candidato da mesma categoria.

Regime em primeiro lugar

Fixe o que se pede da aeronave antes de comparar motores: quanto duram os segmentos de alta potência, se o arranjo mantém altitude no pairado ou apenas em voo à frente, e se a tensão do pacote já está decidida. Em uma aeronave tripulada, essas três respostas costumam eliminar mais candidatos do que qualquer coluna de especificação, porque decidem se um valor sustentado é necessário e se uma corrente de pico registrada é suficiente.

Redundância em segundo lugar

Decida quantas unidades de propulsão a aeronave carrega e calcule o empuxo retido para a pior falha única, usando o valor registrado por motor e marcando-o como derivado. Compare esse valor retido com a massa total, com margem para autoridade de controle e não apenas para sustentação, e lembre-se de que o empuxo registrado é um teto vindo de um valor de bancada, e não uma classificação de pairado — nenhum dos três registros aqui publica um valor nominal para o pairado, de modo que a margem de trabalho é menor do que a margem do teto por essa distância.

Interfaces e questões em aberto por último

Só depois de fixados o regime e a redundância é que as colunas mecânicas e elétricas decidem entre os sobreviventes. Verifique o diâmetro do eixo, o padrão de fixação e os comprimentos de condutor e de cabo em relação ao lugar onde o ESC ficará, dimensione o chicote pela corrente de pico registrada e não pelo valor de potência, e anote quais colunas o registro não traz, para que possam ser fechadas com os dados de ensaio do fabricante antes de o componente ser comprometido. É também o momento em que uma coluna ausente deixa de ser um detalhe e passa a ser uma pendência de projeto.

1. Fixe primeiro o perfil de regime e a tensão do pacote, e trate um projeto que não decidiu nenhum dos dois como ainda não pronto para montar uma lista de motores.
2. Calcule o empuxo retido para a pior falha única a partir do valor registrado por motor, e identifique o resultado como derivado.
3. Compare o empuxo retido com a massa total, com margem para autoridade de controle, lembrando que o empuxo máximo registrado é um teto, e não uma classificação de pairado.
4. Verifique se o registro traz algum valor de potência sustentada, e não trate um valor de corrente de pico como substituto dele.
5. Dimensione condutores, conectores e o ESC pela corrente de pico registrada, e confira a perda no cobre nessa corrente em relação ao caminho de resfriamento disponível.
6. Prefira uma janela de barramento que abranja os pacotes realmente disponíveis onde o projeto ainda está iterando, e trate uma contagem de células fixa como uma especificação a ser contornada em projeto.
7. Verifique o diâmetro do eixo, o padrão de fixação e o comprimento do condutor em relação à posição do ESC, e não compare um comprimento de cabo com um comprimento de condutor como se fossem a mesma medição.
8. Registre toda coluna que o registro de produto deixa vazia, para que a documentação de ensaio do fabricante possa fechá-las antes de a seleção ser comprometida.

Perguntas frequentes

Recursos oficiais

Os três motores são publicados pela T-Motor, e as próprias páginas do fabricante trazem os dados de ensaio e a documentação que os registros da ToBMS não reproduzem: o U15 II KV80, o U15XL KV38 e o U15XXL KV29, com a faixa mais ampla no site oficial da T-Motor. Onde um registro da ToBMS silencia — a corrente de pico e a corrente ociosa do U15 II KV80, os valores de potência do U15XL KV38 e do U15XXL KV29, e qualquer valor de empuxo nominal para o pairado nos três —, essas páginas ou a folha de dados correspondente são o lugar onde a lacuna tem de ser fechada.

Para onde ir depois

Ler até aqui produz uma lista de candidatos, e não uma decisão, e três ferramentas transformam essa lista em uma decisão: todo motor aqui fica na categoria Motores para UAV, os candidatos podem ser estreitados por KV, massa e barramento em Seleção, e duas ou três unidades podem ser colocadas uma contra a outra em Comparar produtos. O lado da aplicação da mesma decisão está reunido na página Sistemas de propulsão de aeronaves tripuladas, que agrupa as correspondências registradas por plataforma, e não por especificação.

Dois guias existentes se estendem lateralmente a partir daqui. O guia de motores para drones de carga pesada cobre dois desses três motores pelo lado da classe de carga útil, em que o orçamento de empuxo é a ideia organizadora, e não o caso de falha, e é a contraparte desta visão tripulada. O guia de seleção de motores para UAV coloca essas unidades na faixa mais ampla da T-Motor, onde as perguntas mudam de forma por completo, e o guia completo de motores BLDC coloca todas as classes em um único quadro para quem parte da tecnologia, e não de uma aeronave.

A versão curta: fixe o perfil de regime e o pacote antes de comparar motores, calcule o empuxo retido para a pior falha única em vez do empuxo nominal, e depois escolha entre o que resta pela massa e pela documentação elétrica. Neste grupo, essa sequência costuma chegar ao U15 II KV80 onde massa e flexibilidade de pacote dominam, ao U15XL KV38 onde o registro elétrico tem de estar completo e o barramento já é 24S, e ao U15XXL KV29 onde o maior empuxo registrado por motor é o que a aeronave realmente precisa.