Подбор двигателя для дрона с высокой тягой: полезная нагрузка, КПД и тепловой запас

Двигатель для дрона с высокой тягой — это не самая крупная позиция в спецификации; это двигатель для дрона с высокой тягой, который всё ещё даёт свою тягу в той рабочей точке, в которой аппарат действительно летает. Подбор двигателя для дрона с высокой тягой начинается с массы, которую аппарат должен поднять, делит эту массу между роторами, а затем проверяет, может ли двигатель для дрона с высокой тягой удержать свою долю нагрузки без исчерпания теплового запаса. Класс полезной нагрузки, тяга на ротор и тепловой запас — это три величины, определяющие ответ, и на тяжёлом аппарате они же задают, какую массу двигателя для дрона с высокой тягой придётся нести для выполнения задачи.

Этот обзор разбирает десять записей, которые сейчас перечислены в категории ToBMS Моторы для БПЛА, все они — изделия T-Motor, которые записи ToBMS относят к Тяжёлый дрон и Сельскохозяйственный БПЛА, и показывает, какая характеристика решает выбор на каждом шаге. Каждая цифра ниже взята из записи о продукте ToBMS или из опубликованной производителем спецификации; отношения, выведенные из этих цифр, помечены как производные, а если значение не опубликовано, оно помечено как неопубликованное, а не выведено по аналогичной модели.

Краткий ответ

Класс полезной нагрузки идёт первым, и это характеристика аппарата, а не двигателя. Восемь записей Navigator, рассмотренных здесь, указывают максимальную взлётную массу аппарата прямо на странице производителя, от 60 кг у T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor до 140 кг у T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor. Это число — полная масса аппарата, а не полезная нагрузка, подвешенная под ним; полезная нагрузка — это то, что остаётся после вычитания планера, батареи, авионики и двигателей, поэтому выбор двигателя следует из бюджета массы, а не из одной только цифры полезной нагрузки, и поэтому двигатель для дрона с высокой тягой всегда подбирается под аппарат, а не под одну лишь нагрузку.

Тяга, которую должен дать двигатель для дрона с высокой тягой, затем определяется делением нужной аппарату тяги между лучами. Практика мультироторов закладывает кратность полной массы, чтобы контур управления положением сохранял полномочия при манёврах и возмущениях, поэтому зарегистрированная максимальная тяга на двигатель — это потолок, а не рабочая точка. Сохранение управления после отказа ротора — это отдельное требование отказоустойчивости, которое следует из конфигурации аппарата, распределения управления и расчётного случая отказа, а не из одной лишь цифры максимальной тяги. Третья величина решает, держится ли этот потолок в полёте, и это тепловой запас: номиналы мощности и тока, опубликованные для этих двигателей, даны на короткое окно, а температура поверхности на стенде производителя измеряется при определённом уровне газа и длительности прогона. Десять записей нельзя упорядочить друг относительно друга на такой основе, потому что винт, напряжение шины и условия испытаний меняются от страницы к странице. Что цифры действительно могут — это показать, где находится запас для одного двигателя для дрона с высокой тягой, одного винта и одной шины, и именно это сравнение и нужно решению о подборе.

Что считать двигателем для дрона с высокой тягой

В конструкции двигателя для дрона с высокой тягой на тяжёлом конце класса не меняется ничего. В двигателе для дрона с высокой тягой меняется то, какая часть спецификации становится определяющим ограничением. На небольшом аппарате предел обычно задают батарея и проводка, и двигатель для дрона с высокой тягой выбирают под винт, который уже подходит к раме. На тяжёлом или сельскохозяйственном аппарате предел смещается одновременно к тепловой нагрузке и массе двигателя, и для таких аппаратов тепловая нагрузка и масса силовой установки могут становиться важными связанными ограничениями по мере роста требуемой полезной нагрузки и требований миссии, что и делает задачу выбора иной на этом конце ряда.

Тяга на ротор против массы двигателя

Две величины стоят по разные стороны каждого решения о тяжёлом аппарате, и ни одну из них нельзя читать отдельно. Тяга на ротор — это то, что двигатель для дрона с высокой тягой должен выдавать в рабочей точке; масса двигателя для дрона с высокой тягой — это то, что аппарат платит за эту тягу в каждом полёте, и эти двигатели входят в полную массу, которую поднимает силовая установка. На десяти записях ниже обе величины растут вместе: T-Motor U11 II KV120 UAV Motor весит 772 г и показывает 14159 г тяги, тогда как T-Motor MN1330 KV40 весит 2750 г и показывает 75415 г. Между ними масса возрастает примерно в 3.6 раза, а зарегистрированная тяга — примерно в 5.3 раза, и именно эта разница в наклоне и есть то, на чём строится решение о подборе.

Читайте эти две величины как пару, а не как оценку. Двигатель для дрона с высокой тягой, лёгкий для своей тяги, снижает массу, которую несёт силовая установка, но у него также меньше меди и меньше статора для отвода создаваемых потерь, и эти два эффекта не независимы. Двигатель для дрона с высокой тягой, тяжёлый для своей тяги, привносит больше материала в тепловую задачу, но добавляет к массе, которую аппарат поднимает в каждом полёте, и к инерции, против которой приходится работать регулятору положения. Какая сторона этого компромисса верна, зависит от профиля, который аппарат выполняет, и один и тот же двигатель может оказаться по обе стороны границы для двух разных миссий.

KV как первый фильтр

KV — это константа скорости обмотки, выраженная в об/мин на вольт, и на этих записях она идёт от 130 у MN1115 до 40 у MN1330. Её практическая роль при подборе — указать, под какое число банок и какой диаметр винта намотан двигатель для дрона с высокой тягой. Низкий KV на данной шине вращает тот же винт медленнее, и обмотка с низким KV может подходить для конфигураций с меньшей скоростью и большим винтом, но ток при заданной тяге нужно оценивать по эксплуатационным данным связки двигатель–винт, а не по значению KV, и именно это позволяет тяжёлому аппарату работать с большим винтом, не выходя током за то, что регулятор может держать непрерывно. KV — это утверждение о соответствии, а не показатель качества, и шина 24S с винтом 20 in и шина 24S с винтом 30 in потребуют разных значений даже при одной и той же целевой тяге.

Связанная величина у двигателя для дрона с высокой тягой — это конфигурация статора, и у двигателей Navigator она публикуется как число пазов и полюсов, например 36N40P или 36N42P. Каждая из восьми записей Navigator здесь — это внешнероторный двигатель с большим числом полюсов и крупным статором, от 120.5 мм в серии MN11 до 150 мм в серии MN13. Значение KV отражает обмотку и электромагнитный расчёт двигателя для дрона с высокой тягой; число полюсов и размеры статора дают дополнительный контекст, но не определяют KV независимо. Две серии расходятся по этой линии: группа MN11 сочетает статор 120.5 мм с 12S или 24S, а группа MN13 сочетает статор 150 мм с 14S или 24S. Руководство UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe разбирает то же соотношение по более широким рядам U, Navigator, P и AT — для тех, кому нужен общий случай прежде частного.

Как определяется класс полезной нагрузки двигателя для дрона с высокой тягой

Класс полезной нагрузки аппарата — это не свойство двигателя, и цифра, которую производитель публикует рядом с двигателем, тоже не номинал полезной нагрузки. T-Motor указывает максимальную взлётную массу аппарата для каждого двигателя Navigator, и это число описывает самый тяжёлый аппарат, который двигатель призван приводить в движение, а не нагрузку, которую такой аппарат может нести. Переход от одной цифры к другой — это вычитание, и результат зависит от того, как построен аппарат.

Класс полезной нагрузки и число роторов

Подбор двигателя для дрона с высокой тягой начинается с полной массы и вычитает всё, что не является полезной нагрузкой: планер, батарею, авионику, крепление полезной нагрузки и сами двигатели. Остаётся масса, доступная для целевой аппаратуры, и на тяжёлом аппарате этот остаток зависит от массы планера, батареи, силовой установки, авионики и крепления полезной нагрузки в пределах допустимой полной массы. Заявленные максимальные взлётные массы по восьми записям Navigator составляют 60 кг у MN1115 KV130, 70 кг у T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor, 80 кг у T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor, 90 кг у T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor, 100 кг у обоих — T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor и T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor, 120 кг у T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor и 140 кг у MN1330 KV40. Две записи серии U, U11 II KV120 и T-Motor U13 II KV65 UAV Motor, не публикуют максимальную взлётную массу аппарата, поэтому класс им здесь не присваивается.

Число роторов затем делит эту массу. Аппарат той же полной массы на шести лучах требует от каждого двигателя большего, чем тот же аппарат на восьми, и разница не только арифметическая: чем меньше роторов, тем сильнее аппарат зависит от каждого из них и тем большую долю бюджета управления приходится резервировать под управление положением и возмущения. Бюджет силовой установки, тратящий всю зарегистрированную тягу на установившийся полёт, не оставляет ничего на этот запас, поэтому доля максимальной тяги, используемая на висении, — это входная величина подбора, а не его результат.

Запас тяги на частичном газе

Двигатель для дрона с высокой тягой на тяжёлом аппарате проводит большую часть полёта на частичном газе, и именно в области частичного газа и находится запас. Данные испытаний производителя показывают, какая часть значения тяги создаётся при умеренном газе: у MN1330 KV40 с винтом 52 x 20 in стендовая таблица фиксирует 14117 г при 40 percent газа против 75415 г при 100 percent, так что верхняя половина хода газа несёт большую часть предлагаемой тяги. Перевести это в рабочую точку для двигателя для дрона с высокой тягой — значит выбрать газ, при котором аппарат висит с полной нагрузкой, и проверить, сколько хода остаётся выше.

Вторая часть запаса — это разрыв между тягой, которую двигатель показывает, и тягой, которую он может держать. Страницы Navigator публикуют рядом две величины на луч — максимум и номинал, и разрыв между ними велик: MN1123 KV53 показывает 47.5 кг максимума против 20-22 кг номинала на луч, MN1325 KV47 показывает 68.0 кг против 30-32 кг, а MN1330 KV40 показывает 75.4 кг против 35-38 кг. Этот разрыв — разница между тем, что двигатель для дрона с высокой тягой может выдать на стенде за короткий импульс на полном газе, и тем, что он призван держать как рабочую нагрузку, и двигатель для дрона с высокой тягой подбирается по второй величине, а первая служит потолком, которого нельзя от него требовать.

КПД на частичном и полном газе

КПД — единственная величина в цепочке подбора двигателя для дрона с высокой тягой, которую записи описывают косвенно, и причина в том, что тяга на ватт — это свойство двигателя и винта вместе, а не одного двигателя. Испытательные таблицы производителя фиксируют её как отношение, в граммах тяги на ватт, и это отношение меняется с газом у каждого рассмотренного здесь двигателя. У MN1330 KV40 с винтом 52 x 20 in стендовая таблица даёт 10.61 g/W при 40 percent газа и 4.64 g/W при 100 percent, и та же картина наблюдается у U11 II KV120 с винтом 28 x 9.2 in — 11.72 g/W против 5.08 g/W. Тяга на этом диапазоне растёт, а тяга на ватт — нет, и это и есть арифметика за рассмотренным выше запасом на частичном газе.

Внутреннее сопротивление и потери в обмотке

Потери в меди обмотки подчиняются соотношению I²R, поэтому сопротивление задаёт, какая часть входной мощности переходит в тепло в данной рабочей точке, но оценить его по опубликованным данным можно лишь при совместимых определениях сопротивления и тока, а не умножением значения «фаза–фаза» на произвольное значение тока. По десяти записям опубликованные значения охватывают широкий диапазон — от 7.5 mΩ у MN1315 KV100 до 80±5 mΩ у U11 II KV120, и порядок этого диапазона не повторяет порядок тяги: MN1315 KV100 — одна из самых тяговитых записей здесь и при этом несёт самое низкое опубликованное сопротивление, тогда как MN1118 KV108 и MN1115 KV130 показывают 13 mΩ и 16 mΩ при 12S, а MN1123 KV53 показывает 35 mΩ при 24S. Сопротивление — это свойство обмотки двигателя для дрона с высокой тягой, оно приводится для той обмотки, которую описывает страница, поэтому его читают вместе с числом банок, а не отдельно.

Ток холостого хода и сопротивление без нагрузки

Безнагрузочная сторона баланса — это ток холостого хода, публикуемый как 1.5 A при 18 V у U11 II KV120, 1.7 A при 18 V у U13 II KV65 и от 2.0 A до 5.7 A при 20 V по записям Navigator. Этот ток покрывает потери, которые двигатель для дрона с высокой тягой создаёт при вращении без нагрузки: трение в подшипниках, аэродинамическое сопротивление между ротором и статором и потери в стали статора, перемагничиваемого с частотой, заданной числом полюсов и скоростью. У внешнероторного двигателя с крупным статором это малая доля рабочего тока, а его влияние на решение о подборе проявляется в нижней части хода газа, где полезная тяга минимальна, а доля входной мощности, уходящая на потери холостого хода, максимальна. У двигателя для дрона с высокой тягой ни сопротивление, ни ток холостого хода не являются величинами, по которым выбор делается напрямую; обе читают, чтобы проследить, куда уходят потери, и это затем применяет к рабочей точке приведённый ниже тепловой раздел.

Тяга на ротор и её цена в массе двигателя

Когда класс полезной нагрузки и число роторов заданы, остаётся вопрос: какую тягу должен дать каждый луч и сколько весит двигатель, который её даёт. На странице это две отдельные характеристики, а в аппарате — одно решение, потому что каждый грамм, который добавляет двигатель для дрона с высокой тягой, входит в полную массу, которую аппарат должен поднять, а тяга, которую создаёт этот двигатель для дрона с высокой тягой, — часть того, что его поднимает.

Как читать значение в кг

Значение тяги, публикуемое для двигателя для дрона с высокой тягой, — это максимум, зафиксированный на стенде при заявленных напряжении, винте и газе, и прочитать его правильно значит прочитать вместе с ним эти три условия. Десять записей ниже даны на винтах от 28 x 9.2 in до 52 x 20 in, при шинах от 12S до 22-25S, и значения идут от 14.16 кг у U11 II KV120 до 75.4 кг у MN1330 KV40. Ни одно из них не является номинальной тягой в смысле значения, которое двигатель для дрона с высокой тягой призван держать бесконечно, и страницы Navigator явно разделяют эти две идеи, публикуя рядом максимум и номинал на луч. Там, где решению о подборе нужно рабочее значение, а не потолок, читать следует номинал на луч, а там, где страница его не публикует, потолок — единственное опубликованное число и должен трактоваться именно так.

Масса двигателя на кг зарегистрированной максимальной тяги

Деление зарегистрированной массы двигателя для дрона с высокой тягой на его зарегистрированную максимальную тягу даёт производную величину, описывающую, сколько массы стоит тяга относительно этого максимума, и на десяти записях она лежит между 30.0 г и 54.5 г на кг зарегистрированной максимальной тяги. Это не стандартизованный показатель эффективности, потому что винты, напряжения шины и условия испытаний различаются от записи к записи. Восемь записей Navigator укладываются в узкую полосу от 30.0 г у MN1123 KV53 до 36.5 г у MN1330 KV40, что составляет разброс около одной пятой на диапазоне тяги, который более чем удваивается. Две записи серии U стоят выше этой полосы, и выше всех — U11 II KV120, при 54.5 г на кг зарегистрированной максимальной тяги. Приведённые характеристики не дают разбивки массы по компонентам, поэтому собственный вклад его конструкции и обмотки нельзя выделить по одним этим записям; тем не менее U11 II KV120 — самый лёгкий двигатель здесь, 772 г, и показывает самую малую тягу, 14.16 кг. Для двигателя для дрона с высокой тягой эта величина выведена из опубликованных значений и сама не является характеристикой производителя; она полезна, чтобы увидеть, как меняется цена тяги по ряду, и читается рядом со значением тяги, а не вместо него.

Максимальная взлётная масса аппарата, тяга, масса двигателя, число банок и винт — как опубликовано производителем и приведено в записи о продукте ToBMS; масса двигателя указана с кабелями. Масса двигателя на кг зарегистрированной максимальной тяги выведена здесь из зарегистрированной массы и зарегистрированной максимальной тяги и не является данными производителя; поскольку условия испытаний и винты различаются, её нельзя читать ни как стандартизованный показатель эффективности, ни как прямое измерение полезной нагрузки в полёте. Страницы Navigator указывают величины на луч как Max Thrust/Arm и Rated Thrust/Arm; две страницы серии U дают одно значение максимальной тяги и не дают номинала на луч, а ячейки с надписью неопубликовано оставлены открытыми, а не заполнены по аналогичной модели. Каждая испытательная таблица производителя читается в связке с блоком винта, ступенью газа и напряжением шины, напечатанными на той странице, откуда она взята, потому что порядок столбцов и единица КПД на страницах серии U не те же, что на страницах Navigator. Ни одна тепловая величина или величина КПД не сравнивается между моделями в этой таблице: винт, напряжение шины, уровень газа и длительность прогона различаются от страницы к странице, и производитель указывает, что стендовые значения предназначены служить ориентиром для этого двигателя, а не основой для сравнения типов двигателей.

Диаметр винта за каждым значением тяги

Винт, подобранный к двигателю для дрона с высокой тягой, — не принадлежность к значению тяги; он часть его определения. Тяга, зарегистрированная для двигателя, создаётся винтом, с которым он испытывался, и замена этого винта смещает рабочую точку связки двигатель–винт и может изменить как тягу, так и потребляемый ток, поэтому здешние записи читаются вместе с приложенными к ним условиями испытаний. Насколько винт определяет результат, видно здесь: две записи с самыми близкими значениями KV, MN1130 KV45 при 45 и MN1325 KV47 при 47, испытываются на одном винте NS47 x 18 in и всё же показывают 57.3 кг против 68.1 кг, значит разница сидит в статоре и обмотке, а не в винте. Выбор винта ограничен аппаратом прежде, чем двигателем, поскольку диаметр диска должен освобождать лучи и раму, и ограничен скоростью конца лопасти, поскольку большой винт при слишком высоком KV превысит скорость, на которой кончики лопастей перестают быть эффективными. На сельскохозяйственном аппарате то же ограничение проявляется как вопрос схемы распыла, который руководство BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque разбирает со стороны рабочего цикла.

Тепловой запас двигателя для дрона с высокой тягой

Тепловой запас в двигателе для дрона с высокой тягой — это разница между теплом, которое он создаёт в рабочей точке, и теплом, которое он способен отвести, не доводя обмотку или магниты до температуры, при которой опубликованные значения перестают действовать. Это та величина, которую значение тяги описать не может, потому что один и тот же двигатель для дрона с высокой тягой, которому велено держать ту же тягу на большем винте, при меньшем числе банок или в более длительном наборе высоты, придёт для этого к иной температуре. Рассмотренные здесь записи описывают этот предел тремя разными способами, и именно совместное их чтение превращает значение тяги в рабочую точку.

Номиналы мощности и тока на 180 с

Первое описание — это номиналы мощности и тока, и в каждой записи здесь они даны на окне 180 s, а не как непрерывное значение. Записи Navigator публикуют их как максимальную мощность за 180 s вместе с пиковым током: 2816 W и 180 A у MN1115 KV130, 2230 W и 192 A у MN1118 KV108, 2400 W и 108 A у MN1123 KV53, 3218 W и 132 A у MN1130 KV45, 3300 W и 248 A у MN1315 KV100, 2900 W и 150 A у MN1320 KV49, 3400 W и 170 A у MN1325 KV47 и 3400 W и 177 A у MN1330 KV40. Две записи серии U указывают те же две величины в обратном порядке в записи ToBMS: мощность за 180 s стоит в строке максимальной мощности, а ток за 180 s — в строке пикового тока: 2783 W и 57.3 A у U11 II KV120 и 6720 W и 68 A у U13 II KV65. Окно — это действующая часть спецификации. Номинал на 180 s описывает импульс, а тяжёлый аппарат, летающий десятиминутную миссию, проводит большую её часть существенно ниже этого значения и должен подбираться так, чтобы длительный ток укладывался в непрерывные возможности обмотки, а не измерялся по импульсному числу.

Потери в меди, путь охлаждения и монтаж

Второе описание — это сами потери. Потери в меди — важный вклад в тепло, которое двигатель для дрона с высокой тягой создаёт в полёте, и растут как квадрат тока при согласованном определении сопротивления, тогда как потери в стали и механические также дают вклад, их относительная значимость зависит от рабочей точки; вклад меди задаётся опубликованным сопротивлением «фаза–фаза» для двигателя: 7.5 mΩ у MN1315 KV100, 13 mΩ у MN1118 KV108, 16 mΩ у MN1115 KV130, 17.5 mΩ у MN1325 KV47, 19.5 mΩ у MN1330 KV40, 20.5 mΩ у MN1320 KV49, 35 mΩ у MN1123 KV53, 38 mΩ у MN1130 KV45, 73 mΩ у U13 II KV65 и 80±5 mΩ у U11 II KV120. Потери в стали и рассмотренное выше сопротивление без нагрузки добавляют меньшую величину. Тепло, которое создают потери в меди, затем должно покинуть двигатель, и его путь — часть спецификации, а не поздняя мысль: страницы Navigator описывают цельнолитую конструкцию охлаждающих ребёр из литого под давлением металла вокруг статора, указывают, что она удваивает площадь отвода тепла по сравнению с разрезной конструкцией охлаждения, и указывают, что она снижает температуру обмотки на 5 ℃ до 8 ℃. Материалы этого пути также опубликованы: покрытие 150 ℃ на статоре, медный провод 220 ℃ и магниты, рассчитанные на 180 ℃, при корпусе IP45 и заявленном рабочем диапазоне от -30 ℃ до 55 ℃. Монтаж важен по той же причине, потому что луч — это радиатор, в который двигатель отводит тепло, и двигатель для дрона с высокой тягой, привинченный к плите с плохим контактом, греется сильнее того же двигателя на обработанном креплении той же массы.

Где заканчивается тепловой запас

Третье описание двигателя для дрона с высокой тягой — это измеренная температура поверхности, и это та величина, которая делает первые две конкретными. В записях Navigator производитель указывает температуру поверхности двигателя после работы на 80 percent газа в течение 10 минут при окружающей среде 25 ℃, и по блокам обмотки эти страницы публикуют значения от 82 ℃ до 122 ℃. Каждое из них принадлежит винту, напряжению шины и числу банок, напечатанным на той же странице, поэтому полоса описывает диапазон, который занимают измерения, а не упорядочение, и производитель отмечает, что стендовые значения предназначены служить ориентиром для этого двигателя, а не основой для сравнения типов двигателей. Две записи серии U указывают свою температуру поверхности ещё иначе — измеренную при 100 percent газа, с длительностью прогона, указанной как одна, две, пять или десять минут в зависимости от блока винта, и с окружающей средой 19 ℃ на странице U11 II, где эта страница указывает одну, поэтому в этом руководстве ни одна температура не сравнивается между моделями.

Что температура поверхности двигателя для дрона с высокой тягой действительно позволяет — это проверку запаса. Зарегистрированная температура поверхности даёт полезный ориентир для оценки теплового поведения в заявленных условиях испытаний, но она не устанавливает напрямую температуру обмотки или магнитов. Оценка теплового запаса в реальных условиях полёта требует учёта внутреннего подъёма температуры, условий окружающей среды, охлаждения, монтажа и рабочего цикла, читаемых против предельных температур, которые производитель указывает для двигателя для дрона с высокой тягой. Внешнероторный двигатель с крупным статором в этом классе обладает достаточной тепловой массой, чтобы короткая перегрузка медленно сдвигала температуру, поэтому импульсный номинал полезен, и достаточной тепловой инерцией, чтобы длительная перегрузка проявлялась долго и долго спадала. Поэтому запас двигателя для дрона с высокой тягой расходуется профилем работы в целом, а не отдельным моментом, и на сельскохозяйственном аппарате, летающем повторяющиеся нагруженные циклы, именно накопленный эффект отражает температура корпуса. Сторона рабочего цикла этого вопроса разобрана в BLDC Motors for Industrial UAV: Duty Cycle, Redundancy and Payload, а сторона КПД, где тяга на ватт падает с ростом газа, — тот же механизм, видимый со стороны входа.

T-Motor U11 II и U13 II в классе тяжёлых аппаратов

Две записи серии U — самые лёгкие двигатели в этой группе, и они находятся на нижнем конце диапазона тяги, что делает их естественной отправной точкой для аппарата, полная масса которого скромна по меркам этого класса. Ни одна из страниц не публикует максимальную взлётную массу аппарата, поэтому класс здесь задаётся по тяге и числу банок, которые каждая запись показывает, а не по заявленной цифре.

U11 II KV120

T-Motor U11 II KV120 UAV Motor — это внешнероторный двигатель массой 772 г в корпусе 79.5 x 51.6 mm с валом 15 mm и статором 12N14P, и это изделие на 12S с зарегистрированной максимальной тягой 14.16 кг на винте 28 x 9.2 in при 48 V. Его обмотка показывает сопротивление «фаза–фаза» 80±5 mΩ при токе холостого хода 1.5 A при 18 V, а опубликованные значения на 180 s — 2783 W и 57.3 A. Испытательная таблица производителя для этого двигателя содержит три блока винта — 26 x 8.5 in, 27 x 8.8 in и 28 x 9.2 in, фиксируя 12114 г, 12617 г и 14159 г на полном газе, что полезно напоминает: заглавная цифра принадлежит самому большому испытанному винту, а не одному двигателю. При 12S и чуть менее 800 г эта запись подходит аппарату, где полезная нагрузка мала в абсолютном выражении, но число роторов достаточно низкое, так что двигатель всё ещё должен давать серьёзную тягу на луч.

U13 II KV65

T-Motor U13 II KV65 UAV Motor — ступень выше: 975 г в корпусе 100 x 60 mm с валом 15 mm и статором 36N42P, намотанный под шину 22-25S при зарегистрированной максимальной тяге 28.7 кг на винте G32 x 11 in. Он показывает сопротивление 73 mΩ при токе холостого хода 1.7 A при 18 V, а его значения на 180 s — 6720 W и 68 A. От U11 II его отделяет более высокое число банок, а не одна лишь цифра тяги, потому что шина 22-25S вращает больший винт при меньшем токе для заданной тяги, и производитель описывает этот двигатель как рассчитанный на тяжёлые нагрузки и промышленное применение с продлённым сроком службы. Испытательная таблица снова содержит более одного блока винта: блок G30 x 10.5 in фиксирует 24744 г, а блок G32 x 11 in — 28711 г на полном газе. Между двумя записями серии U пара охватывает диапазон от лёгкого промышленного аппарата до точки входа группы Navigator, а Heavy-Lift Drone Motors: Three T-Motor Options from 2.85 kg to 101 kg Thrust помещает обе в более широкое сравнение, ведомое полезной нагрузкой и охватывающее также серии U5 и U15.

Двигатели T-Motor серии MN для тяжёлых нагрузок и сельского хозяйства

Восемь рассмотренных здесь записей двигателей T-Motor MN образуют два семейства, различающиеся диаметром статора, а не конструкцией. Группа MN11 несёт статор 120.5 мм, группа MN13 — статор 150 мм, и внутри каждого семейства модели масштабируются по длине пакета, тогда как обмотка меняется с числом банок. Все восемь — внешнероторные двигатели с крупным статором и внешним электронным регулятором хода, и каждая страница указывает максимальную взлётную массу аппарата рядом с тяговыми и тепловыми значениями, что делает эту группу той частью ряда, где двигатель для дрона с высокой тягой можно сопоставить классу аппарата прямо по опубликованным значениям.

MN1115, MN1118, MN1123 и MN1130

Записи MN11 разделяют диаметр статора 120.5 мм и растут в длину от 47.9 мм до 65.9 мм по четырём моделям, и тяга растёт вместе с ней от 33.3 кг у MN1115 KV130 до 57.3 кг у MN1130 KV45. T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor — точка входа при 1055 г, статоре 36N40P и шине 12S, показывая 33.3 кг на винте G36 x 11.5 in при заявленной максимальной взлётной массе аппарата 60 кг; его значения на 180 s — 2816 W и 180 A, а обмотка показывает 16 mΩ при токе холостого хода 2.7 A при 20 V. T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor весит 1186 г на той же шине 12S со статором 36N40P и показывает 38.1 кг на винте VZ40 x 16.1 in при заявленных 70 кг, с 2230 W и 192 A за 180 s от обмотки 13 mΩ и током холостого хода 3.3 A при 20 V. Обе страницы несут также второй блок обмотки — 110 KV у MN1115 и 90 KV у MN1118, поэтому значение KV приходится читать вместе с моделью, а не из названия серии.

T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor переходит на шину 24S при массе 1425 г в корпусе 58.9 мм, показывая 47.5 кг на винте VZ42 x 16.5 in при заявленных 80 кг, с 2400 W и 108 A за 180 s и обмоткой 35 mΩ. T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor закрывает семейство при 1740 г в корпусе 65.9 мм, 57.3 кг на винте NS47 x 18 in при заявленных 100 кг, 3218 W и 132 A за 180 s от 38 mΩ, что помещает запись в полосу двигателей для дрона с высокой полезной нагрузкой при заявленных 100 кг. Шаг с 12S на 24S внутри одного семейства статоров — самое наглядное пояснение того, что здесь делает число банок: MN1123 и MN1130 дают свою тягу при 108 A и 132 A там, где MN1118 требует 192 A, и при сопоставимых условиях работы более высокое напряжение шины снижает ток питания, необходимый для заданной электрической мощности, хотя токовые значения по этим моделям отражают также их разные винты, обмотки и выходы тяги, а не одно лишь напряжение шины; более высокое сопротивление обмоток 24S — другая сторона этого компромисса.

MN1315, MN1320, MN1325 и MN1330

Записи MN13 несут статор 150 мм и масштабируются по длине от 51 мм до 65 мм, и именно в этом семействе заявленные максимальные взлётные массы аппарата достигают наибольших значений. T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor — выброс в группе по двум признакам: при 14S у него самое низкое число банок в семействе, а при 100 KV — самая высокая обмотка, что вместе даёт 50.2 кг на винте VZ40 x 16.1 in при заявленных 90 кг с пиковым током 248 A за 180 s. Его обмотка 7.5 mΩ — самое низкое опубликованное сопротивление по всем десяти записям здесь, и это конструктивный ответ на пропускание такого тока. T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor возвращается к 24S при 2070 г и показывает 59.0 кг на винте NS45 x 17.5 in при заявленных 100 кг, с 2900 W и 150 A за 180 s и обмоткой 20.5 mΩ.

Выше T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor показывает 68.1 кг на винте NS47 x 18 in при заявленных 120 кг при массе 2425 г, с 3400 W и 170 A за 180 s, а T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor закрывает ряд при 2750 г с 75.4 кг на винте NS52 x 20 in при заявленных 140 кг, 3400 W и 177 A за 180 s от обмотки 19.5 mΩ. Обе крупнейшие записи указывают номинал на луч рядом с максимумом — 30-32 кг и 35-38 кг соответственно, и именно по этому значению подбирается рабочая точка. Собственное видео производителя T-Motor Navigator MN Series Heavy-Lift UAV Motors: Official Release Video охватывает обновление серии, из которого вышли эти записи, а сельскохозяйственный конец того же семейства разобран в BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque.

Контрольный список выбора двигателя для дрона с высокой тягой

Последовательность ниже — это порядок, в котором следует читать значения для двигателя для дрона с высокой тягой, потому что каждый шаг ограничивает следующий, и ни один из них нельзя решить по одной лишь странице двигателя.

1. Суммируйте полную массу, включая двигатели и батарею, затем вычтите всё, что не является целевой аппаратурой. Остаток — это полезная нагрузка, которую аппарат действительно может нести, и она зависит от массы планера, батареи, силовой установки, авионики и крепления полезной нагрузки в пределах допустимой полной массы аппарата.
2. Разделите нужную аппарату тягу между роторами и примените запас управления до выбора двигателя, а не после. Зарегистрированная максимальная тяга на луч — это потолок, и бюджет, тратящий её всю на установившийся полёт, не оставляет резерва на управление положением, возмущения или предусмотренную область манёвра.
3. Зафиксируйте число банок исходя из решения по батарее, затем выберите KV так, чтобы разрешённый аппаратом диаметр винта достигал рабочей точки при разумном газе. KV — это согласование напряжения шины и винта, а не рейтинг производительности.
4. Читайте значение тяги в связке с винтом, напряжением и ступенью газа, напечатанными рядом, и предпочитайте номинал на луч максимуму там, где страница публикует и то и другое.
5. Оценивайте потери в меди по сопротивлению обмотки и ожидаемому рабочему току только после подтверждения, что эти два опубликованных значения используют одну и ту же измерительную конвенцию, затем читайте температуру поверхности, которую производитель фиксирует в своих заявленных условиях, рядом с предельными температурами, указанными для обмотки и магнитов.
6. Проверяйте ток, который потребляет длительный набор высоты, по значению на 180 s, а не по импульсному числу, и убедитесь, что ток висения оставляет окно свободным для переходных процессов управления.
7. Подтвердите механический интерфейс: диаметр вала, схема крепления, габариты, длина кабеля и сечение провода должны подходить лучу прежде, чем любое из электрических значений будет иметь значение.
8. Зафиксируйте, какие значения взяты из спецификации производителя, какие — из записи о продукте ToBMS, а какие выведены для сравнения, чтобы последующую редакцию можно было сверить с её источником.

Ещё три руководства расходятся от этого в стороны. Руководство UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe охватывает всю категорию со стороны аппарата и доходит также до рядов Navigator, P и AT. Применение БПЛА большой продолжительности полёта вводит те же двигатели в рассуждение о КПД, массе и напряжении шины, разобранное в BLDC Motors for Long Endurance UAV: Efficiency, Mass and Bus Voltage. Для нижнего конца семейства, где доминируют отклик и время работы батареи, а не тяга на луч, категория Моторы для дронов и применение Промышленный БПЛА охватывают аппараты, для которых этот класс двигателей слишком тяжёл.

Частые вопросы