Силовые установки пилотируемых аппаратов: выбор из трёх моторов T-Motor U15

Подбор мотора для раздела Силовые установки пилотируемых аппаратов начинается с иной посылки, чем подбор для беспилотного аппарата. Беспилотный аппарат можно проектировать под задачу и стоимость, и для очень многих задач разумно допустить, что отказ силовой установки завершит полёт. Аппарат, несущий человека, так проектировать нельзя. Нагрузка здесь длиннее, рабочая точка лежит дальше к непрерывному концу конверта, одиночный отказ должен быть переживаемым, а не просто маловероятным, и каждое значение, на которое опирается интегратор, должно быть прослеживаемо до испытания, а не до рекламной цифры. Этот обзор разбирает три мотора T-Motor серии U15 — модель массой 1740 g с самым широким зафиксированным окном шины, модель 4408 g, рассчитанную на шину 24 S, и модель 5130 g с наибольшей зафиксированной тягой из трёх, — и объясняет, какое зафиксированное значение решает выбор в каждом случае и какие значения приведены в документации производителя.

Все три — бесколлекторные моторы с внешним ротором, управляемые внешним ESC, и все три находятся в одной категории ToBMS, Моторы для БПЛА. Различают их масса, KV, зафиксированная тяга и шина, на которую рассчитан каждый, и эти различия соответствуют лёгким двухместным аппаратам, трикам с мотопарапланом и более крупным грузовым платформам, приспосабливаемым под пилотируемую эксплуатацию. Каждое приведённое здесь значение взято из соответствующей записи о продукте ToBMS; переводы между граммами и килограммами, отношения, построенные из двух зафиксированных значений, и любые величины, выведенные из химии ячеек, помечены как производные, а поле, не несущее значения, обозначено как отсутствующее, а не додумано по соседней модели. Две из трёх записей не несут электрические столбцы полностью, и знание того, какого именно столбца не хватает какой записи, — часть решения о выборе.

Краткий ответ

Первое решение в этой категории — не тяга, а то, сколько моторов несёт аппарат и что происходит, когда один из них останавливается. Всё остальное — KV, масса, шина, пропеллер — затем рассчитывается под этот случай отказа, а не под номинальную точку висения. Исходя из этого, три мотора здесь занимают три разные роли, а не образуют рейтинг.

Там, где аппарат мал, ограничивающим фактором выступает батарейный блок, а силовая установка имеет достаточно единиц, чтобы потеря одной оставляла комфортный запас, U15 II KV80 — единственный из трёх, кто принимает 12-24S, и при 1740 g он легче остальных более чем вдвое. Он фиксирует 36.5 kg максимальной тяги и 8580 W на окне 180 s, и это единственный из трёх, чья запись публикует хоть какое-либо значение мощности.

Там, где аппарат — фиксированная конструкция на 24 S, а бюджет массы допускает более тяжёлый мотор, U15XL KV38 фиксирует 81.2 kg тяги при 4408 g, с пиковым током 180 A, током холостого хода 3.5 A при 10 V и обмоткой 17 mΩ — самым низким сопротивлением в этой группе, наравне с U15 II, — что делает его моделью с наиболее полной электрической записью в середине диапазона масс.

Там, где проекту нужна наибольшая зафиксированная тяга на мотор, U15XXL KV29 фиксирует 101.4 kg при 5130 g на той же шине 24 S и том же статоре 36N42P, с пиковым током 210 A и сопротивлением обмотки 20 mΩ. Чего не несёт ни одна из трёх записей — так это непрерывного, бессрочного номинала мощности. Ближайшие доступные заменители — значение мощности на окне 180 s у U15 II и значения пикового тока у двух других, и это утверждения об окне режима, а не непрерывные номиналы, — различие, которое стоит удерживать, когда проектная экспертиза спрашивает, как долго можно держать набор высоты.

Что меняется, когда аппарат несёт человека

В конструкции этих моторов нет ничего, что отличало бы их от любого другого крупного мотора с внешним ротором в категории. Меняется форма требования, и в разделе Силовые установки пилотируемых аппаратов именно требование решает, какой столбец записи становится ограничением.

Отказы должны быть переживаемыми, а не просто маловероятными

Беспилотный аппарат можно спроектировать так, что отказ силовой установки завершит миссию, и в этом масштабе компромисс обычно приемлем. Пилотируемый аппарат так спроектировать нельзя: силовая установка должна уметь потерять хотя бы одну единицу и всё ещё держать аппарат, что переносит полезное значение с тяги на мотор на тягу на мотор при выбывшем худшем. На схеме из четырёх моторов остаётся три четверти установленной тяги; на схеме из шести — пять шестых. Арифметика проста, и именно поэтому мотор, который выглядит избыточным против номинальной точки висения, часто оказывается правильно рассчитанным под случай отказа.

Если читать это против данной группы, аппарат с четырьмя моторами U15XXL KV29 после одиночного отказа сохранил бы три единицы, удерживая около 304 kg из 406 kg, которые все четыре фиксируют вместе, — оба значения производные от зафиксированных 101.4 kg на мотор. Та же арифметика на U15 II KV80 оставляет 110 kg из 146 kg, которые фиксируют четыре таких мотора. Ни одно из чисел не решает, летит ли аппарат на трёх моторах; это зависит от конструкции, а конструкция принадлежит интегратору, а не мотору. Что числа действительно показывают — так это какой мотор покупает больший запас на добавляемую им массу, и там, где конструкция сидит близко к своему запасу, эта разница и есть весь аргумент выбора.

Длительная рабочая точка значит больше, чем пик

Висение в пилотируемом аппарате — не переходный процесс, и крейсерский набор высоты тоже. Там, где беспилотный профиль полёта проводит время в коротких выходах выше комфортного среднего, пилотируемый профиль склонен удерживать высокую долю доступной мощности минутами подряд, — что ставит тепловое поведение, а не пиковую отдачу, в центр решения. Пиковые значения всё ещё важны, но для другой цели: они задают размеры жгута, разъёма и ESC, потому что проводник чувствует ток, а не мощность.

Столбцы, которые говорят о длительной работе, — как раз те, что чаще всего отсутствуют. Запись U15 II KV80 несёт 8580 W на окне 180 s, что является утверждением о режиме, а не номиналом, и ни одна из двух других записей вообще не несёт значение мощности. У этих двух доступная электрическая информация — это значение пикового тока (180 A у U15XL KV38 и 210 A у U15XXL KV29) наряду с током холостого хода без нагрузки, измеренным при 10 V. Этого достаточно, чтобы рассчитать жгут и сравнить обмотки; этого недостаточно, чтобы объявить непрерывную рабочую точку, и обращение с этим так, будто этого достаточно, — самый частый способ ошибиться в оценке пилотируемой силовой установки.

Масса на конце пропеллера оплачивается дважды

Масса мотора на аппарате не только поднимается, она ещё и разгоняется. На крыле или луче вращающаяся и невращающаяся масса на внешнем конце увеличивает инерцию, которую аппарат должен преодолевать по тангажу и крену, — и это проявляется как отклик управления и качество хода, а не как нехватка тяги. Эффект ощущается постоянно, тогда как тяга, купленная этой массой, используется только на верхнем краю конверта.

Разброс внутри этой группы достаточно велик, чтобы иметь значение. Четыре мотора U15 II KV80 в сумме дают 7.0 kg, четыре U15XL KV38 — 17.6 kg, а четыре U15XXL KV29 — 20.5 kg, все производные от зафиксированных масс. Разрыв между самым лёгким и самым тяжёлым набором из четырёх моторов составляет, таким образом, 13.6 kg массы аппарата, что на лёгкой двухместной платформе — реальное число, а не ошибка округления. Это же и причина, по которой самая лёгкая модель здесь не является автоматически правильной отправной точкой: она фиксирует наименьшую тягу из трёх, а конструкция, которой нужна тяга, не может вернуть её, срезая массу где-либо ещё.

Зафиксированные данные — это вход проектирования, а не сводка

В беспилотном проекте отсутствующий столбец спецификации — неудобство, которое можно снять испытанием. В пилотируемом проекте это открытый пункт на проектной экспертизе, потому что числа, закрывающие экспертизу, должны приходить из документированного испытания, а не из предположения. Это меняет то, как следует читать запись, в которой не хватает одного столбца: не как пробел, который нужно заполнить правдоподобным значением, взятым у похожего мотора, а как вопрос, который следует задать производителю до того, как компонент выбран.

Применительно к этому набору запись U15 II KV80 документирует мощность и габариты, а пиковый ток и ток холостого хода приведены в документации производителя; записи U15XL KV38 и U15XXL KV29 документируют пиковый ток, ток холостого хода, сопротивление, вал и вывод, а значение мощности приведено в документации производителя. Каждая из трёх, таким образом, несёт столбцы, нужные одному виду интеграции, и оставляет один столбец незакрытым для другого, и честный ответ — назвать пробел, а не замаскировать его. Стоит отметить, что собственное наименование производителя для двух из этих моделей указывает прямо на пилотируемую эксплуатацию, — поэтому проектную экспертизу можно проводить, читая такое наименование вместе с зафиксированными значениями тяги и тока.

Числа, которые решают выбор

Почти всё решение в работе по разделу Силовые установки пилотируемых аппаратов несут шесть групп значений. Три из них опубликованы для всех трёх моторов, а три — нет, и это стоит установить до того, как составлен список кандидатов.

Подъём при одном выбывшем моторе

Это фильтр, который убирает кандидатов, а не ранжирует их, и работает он в противоположную сторону от обычного сравнения по тяге. Мотор здесь исключается по причине, никак не связанной с его собственной характеристикой: тяга, которую его собратья способны создать после его собственного отказа, недостаточна, — поэтому вопрос всегда задаётся о наборе, а не об отдельном моторе. В этой группе зафиксированная максимальная тяга идёт от 36.5 kg до 101.4 kg, а значение в три четверти, которое сохранила бы схема из четырёх моторов, — от 110 kg до 304 kg, производное на всём протяжении от зафиксированных значений на мотор.

С этой арифметикой связаны два предостережения. Во-первых, максимальная тяга фиксируется в ToBMS как единое значение, взятое из тестовых данных производителя, описывающее один пропеллер при одном положении газа и одном напряжении; это потолок, а не рабочая точка. Во-вторых, ни одна из трёх записей не фиксирует значение тяги, нормированное для висения, поэтому запас, вычисленный из максимального значения, — это запас против потолка, а реальный запас висения меньше на величину разрыва между ними. Там, где конструкция сидит близко к линии, этот разрыв стоит закрыть по тестовым данным производителя до того, как зафиксирована компоновка аппарата.

Что записи говорят о длительной работе

Единственное длительное значение в этой группе — 8580 W у U15 II KV80 на окне 180 s. Прочитанное как утверждение о режиме, оно говорит, что модель держала эту мощность три минуты на испытательном стенде, — полезное указание на тепловую способность, а не определение того, что можно держать бессрочно. Доступна одна производная проверка: если бы 8580 W потреблялись на верхнем краю его окна 12-24S, батарейный блок 24 S при примерно 88.8 V номинала — стандартная условность 3.7 V на ячейку, а не спецификация мотора — подразумевал бы около 97 A по нашей оценке, значение, производное от зафиксированных значений, а не номинал производителя. Это говорит больше о том, как проводилось испытание, чем о пределе мотора.

Два других мотора не публикуют значение мощности, поэтому их длительное поведение приходится выводить из столбцов тока и сопротивления. Такой вывод законен, и он ограничен: потери в меди масштабируются как квадрат тока, поэтому приведённые ниже числа полезны для сравнения и бесполезны как номинал. Что они действительно устанавливают — так это какой из двух более тяжёлых моторов работает холоднее на своём собственном пике, и это честная вещь для сравнения между двумя записями одного рода.

Шина, ток и жгут за ними

Напряжение шины задаётся батарейным блоком, и в этой группе оно во многом задаёт список кандидатов. U15 II KV80 принимает 12-24S, что является самым широким зафиксированным окном из трёх и единственным, охватывающим более низковольтный батарейный блок; U15XL KV38 и U15XXL KV29 оба фиксируют 24 S. Более широкое окно не обязательно означает преимущество: оно позволяет питать тот же мотор от более мягкого блока, что полезно там, где один аппарат должен обслуживать испытательную программу и лётную программу без замены мотора.

Ток — это то, чем два более тяжёлых мотора отличаются от самого лёгкого. U15XL KV38 фиксирует пиковые 180 A, а U15XXL KV29 — пиковые 210 A, тогда как U15 II KV80 не публикует значение пикового тока, поэтому сравнение на равных по всем трём недоступно. При условности 24 S примерно 88.8 V номинала пиковые 210 A у U15XXL подразумевают около 18.6 kW в этот момент, а пиковые 180 A у U15XL — около 16 kW по нашей оценке; оба значения производные от зафиксированных значений, а не номиналы производителя, и оба полезны в основном для расчёта размеров. Те же числа задают сечение меди в выводах, номинал разъёма и непрерывный ток ESC, и на пилотируемом аппарате эти три позиции обычно выбирают с меньшим запасом, чем сам мотор.

Сопротивление обмотки и куда уходит тепло

Сопротивление — это столбец, который связывает ток с температурой. При заданном токе оно фиксирует потери в меди, а потери в меди — это тепло, выделяемое внутри мотора, который уже полагается на обдув для охлаждения. Две из трёх записей его публикуют: 17 mΩ и у U15 II KV80, и у U15XL KV38, и 20 mΩ у U15XXL KV29. При удержании на их соответствующих зафиксированных пиковых токах обмотка 17 mΩ у U15XL KV38 рассеивает около 551 W, а обмотка 20 mΩ у U15XXL KV29 — около 882 W; оба значения представляют собой нашу оценку по зафиксированным значениям без поправки на температуру, и оба относятся к пиковому мгновению, а не к установившемуся режиму, поскольку длительный набор высоты потребляет куда меньше пика.

Сравнение поучительно именно потому, что оно не благоприятствует более крупному мотору по всем осям. У U15XXL KV29 выше сопротивление и выше пиковый ток, поэтому на пике он выделяет больше тепла, чем U15XL KV38; взамен он фиксирует 101.4 kg тяги против 81.2 kg. Выбор между ними на пилотируемом аппарате, таким образом, — вопрос о профиле режима (как долго длится сегмент высокой мощности и сколько обдува доступно в течение него), а не вопрос о превосходстве одного мотора над другим. U15 II KV80 вообще нельзя поставить на эту ось, поскольку его пиковый ток не зафиксирован; его обмотка 17 mΩ — самая низкая здесь, что согласуется с меньшим статором, несущим меньше витков.

Геометрия ротора и пропеллер, который он может вращать

Все три записи делят одну и ту же конфигурацию статора 36N42P, что обще для всей группы и полезно для подбора: это означает, что различия между ними лежат в обмотке, магнитах, пакете статора и массе, а не в архитектуре пазов и полюсов. Это убирает одну переменную из сравнения и оставляет согласование пропеллера единственным оставшимся геометрическим вопросом.

KV — это значение, которое решает, какой пропеллер модель может вращать на полезной скорости. Три значения здесь — 80, 38 и 29 — не рейтинг по силе; это три ответа на вопрос, где должна оказаться скорость ротора при заданной шине. Модель 29 KV на шине 24 S вращает куда более крупный пропеллер на меньшей скорости, чем модель 80 KV, и поэтому они не взаимозаменяемы, даже когда аппарат физически мог бы принять любую из них. Там, где конструкция масштабирует существующий аппарат вверх или вниз, согласование KV и диска пропеллера вместе — это то, что сохраняет рабочую точку, а изменение только размера мотора — то, что её ломает.

Вал, крепление и интерфейс выводов

Механические столбцы решают, можно ли установить мотор, а на пилотируемом аппарате они также решают, насколько он ремонтопригоден. Габариты в группе близки, но не идентичны: U15 II KV80 имеет размеры Ø147.5 × 55 mm, тогда как U15XL KV38 и U15XXL KV29 оба имеют Ø151.5 mm и различаются длиной — 96 mm и 106 mm соответственно. Длина 55 mm у самой лёгкой модели чуть больше половины длины самой крупной, и отсюда происходит большая часть её преимущества в 3.39 kg массы над U15XXL KV29.

Диаметр вала делит группу так, что это значит больше, чем кажется: U15 II KV80 фиксирует вал 20 mm, тогда как две другие фиксируют 25 mm, что меняет адаптер пропеллера, способ фиксации и нагрузку, которую может нести ступица. U15XL KV38 и U15XXL KV29 каждый публикует длину вывода 200 mm, чего достаточно, чтобы дотянуться до ESC, установленного вдали от конца луча, и сохранить путь большого тока коротким; U15 II KV80 вместо этого фиксирует длину кабеля 100 mm, что подходит для более близкого ESC, но это не то же измерение на той же основе, поэтому их не следует сравнивать так, будто они одинаковы. Там, где значение не зафиксировано, предположение следует проверять по самому компоненту, а не по соседней модели.

Сравнение трёх моторов T-Motor U15

Таблица ниже собирает три модели в порядке возрастания массы. Каждое значение — как опубликовано в соответствующей записи о продукте ToBMS, а пробелы обозначены, а не заполнены.

Все три мотора записаны в категории ToBMS Моторы для БПЛА и публикуются T-Motor. Тяга хранится в каждой записи в граммах и показана здесь переведённой в килограммы; значения тяги, массы и тока — как зафиксировано, а каждое отношение или сумма, приводимые в другом месте этой статьи, производны от них и помечены как производные там, где они встречаются. Одна ячейка в таблице обозначена, а не заполнена: для U15 II KV80 пиковый ток не зафиксирован. Ещё два значения лежат вне таблицы, потому что такого столбца вообще не приводится, — значение мощности и для U15XL KV38, и для U15XXL KV29 приведено в документации производителя, — поэтому у группы в целом нет электрического столбца, заполненного для всех трёх.

Первая закономерность, которую показывает таблица, — тяга и масса масштабируются почти точно вместе, и это масштабирование не вознаграждает размер. Три модели охватывают примерно 2.9 раза по массе — от 1740 g до 5130 g — и примерно 2.8 раза по зафиксированной тяге — от 36.5 kg до 101.4 kg; оба значения производные. Тяга на единицу массы мотора получается около 21.0, 18.4 и 19.8 раза для U15 II KV80, U15XL KV38 и U15XXL KV29 соответственно, все производные одним и тем же способом. Самое лёгкое изделие, таким образом, имеет самое высокое зафиксированное отношение из трёх, а среднее — самое низкое, и это стоит сказать прямо, потому что это идёт вразрез с ожиданием, будто самый крупный мотор — самый эффективный способ купить тягу.

Вторая закономерность — в отсутствующем столбце. Модель с самой высокой зафиксированной тягой не публикует значение мощности, а модель с самым широким окном шины не публикует пиковый ток, — поэтому на электрической стороне каждая запись заполнена ровно там, где не заполнена другая. Конструкция, которой нужны и число непрерывной мощности, и число пикового тока для одного и того же мотора, не найдёт обоих в этой группе, и подобающий ответ — отнести вопрос производителю, а не интерполировать между записями.

Третья закономерность касается шины. Две модели сидят на фиксированной шине 24 S, а одна охватывает 12-24S, и общая конфигурация статора у всех трёх означает, что это различие целиком в обмотке, а не в магнитах. Это полезно знать, когда конструкция меняет свой батарейный блок: у двух моделей на 24 S блок — часть спецификации, тогда как у U15 II KV80 более низковольтный блок находится внутри зафиксированного окна и перенастроить нужно только пропеллер.

Как читать каждый мотор против пилотируемой миссии

Зафиксированные числа становятся решением только тогда, когда их читают в сопоставлении с тем, что делает аппарат. Каждая из трёх моделей ниже подходит для своего типа аппарата, и ни одна не подходит для всех трёх.

U15 II KV80 — самая лёгкая модель и самая широкая шина

U15 II KV80 фиксирует 1740 g, 36.5 kg максимальной тяги, обмотку 80 KV, статор 36N42P, сопротивление 17 mΩ, вал 20 mm, длину кабеля 100 mm и окно 12-24S, с 8580 W на окне 180 s. Это единственная здесь модель, публикующая значение мощности, и единственная, чьё окно шины охватывает меньшее число ячеек, и при 1740 g она весит менее половины массы любой из двух других — длина корпуса 55 mm против 96 mm и 106 mm объясняет большую часть этого.

На что указывает эта комбинация — на конструкцию, где масса и гибкость батарейного блока весят больше, чем пиковая тяга на мотор. Схема из четырёх таких моторов в сумме даёт 7.0 kg моторов против 17.6 kg и 20.5 kg для тех же схем на двух других — производное от зафиксированных масс, — и разница в 13.6 kg между крайними значениями доступна вместо этого для конструкции, батарей или полезной нагрузки. На лёгком аппарате с достаточным числом моторов, чтобы поглотить одиночный отказ, это прямая выгода.

Чем это оплачивается — тягой на единицу и электрической документацией. Его 36.5 kg — чуть больше трети от 101.4 kg у U15XXL KV29, поэтому схема из четырёх моторов U15 II KV80 сохраняет около 110 kg после одиночного отказа против примерно 304 kg на более крупных моделях — оба значения производные. А поскольку пиковый ток не зафиксирован, ни расчёт жгута, ни сравнение потерь в меди нельзя закрыть по одной лишь записи, что в пилотируемом проекте является пунктом действий, а не сноской.

U15XL KV38 — средняя точка массы с самой полной электрической записью

U15XL KV38 фиксирует 4408 g, 81.2 kg максимальной тяги, обмотку 38 KV на том же статоре 36N42P, сопротивление 17 mΩ, пиковый ток 180 A, ток холостого хода 3.5 A при 10 V, вал 25 mm, длину вывода 200 mm и фиксированную шину 24 S. Это единственная из трёх, чья электрическая запись несёт и пиковый ток, и значение сопротивления наряду с измерением тока холостого хода, что делает её моделью, которую можно поставить на тепловую ось, не возвращаясь к производителю.

Её положение в группе — причина того, что она часто оказывается ответом для середины ряда, а не компромиссом. Она делит самое низкое зафиксированное сопротивление из трёх с U15 II KV80, поэтому при заданном токе создаёт меньшие потери в меди, чем более крупная U15XXL KV29, — около 551 W при своих пиковых 180 A против примерно 882 W при пиковых 210 A у другой, оба значения производные, — фиксируя при этом 81.2 kg тяги, что более чем вдвое превышает значение самой лёгкой модели. Схема из четырёх таких моторов сохраняет около 244 kg после одиночного отказа, производное значение, и в сумме даёт 17.6 kg моторов.

Её ограничение — шина. При фиксированных 24 S нет зафиксированной возможности питать более мягкий блок, не выходя из окна, поэтому аппарат, желающий начать лётные испытания при меньшем числе ячеек, должен сменить моторы или изменить план по батарейному блоку. Выводы 200 mm и вал 25 mm, напротив, — более щедрый из двух зафиксированных здесь наборов интерфейсов и подходят для установки, где ESC расположен ближе к корню луча.

U15XXL KV29 — самая высокая зафиксированная тяга из трёх

U15XXL KV29 фиксирует 5130 g, 101.4 kg максимальной тяги, обмотку 29 KV на статоре 36N42P, сопротивление 20 mΩ, пиковый ток 210 A, ток холостого хода 3.3 A при 10 V, Ø151.5 × 106 mm, вал 25 mm, вывод 200 mm и фиксированную шину 24 S. Это самая тяжёлая модель в группе и модель с наибольшей тягой, и производитель называет её напрямую и для пилотируемых, и для беспилотных аппаратов, — наименование, которое зафиксированные значения тяги и тока подтверждают, а значение длительной мощности приведено в документации производителя.

Прочитанная как набор, это модель, которая покупает запас. Схема из четырёх моторов сохраняет около 304 kg после одиночного отказа по зафиксированным значениям, производное, а схема из шести моторов сохраняет пять шестых от 608 kg. Взамен четыре таких мотора добавляют 20.5 kg массы моторов, и на пиковом токе каждый создаёт примерно 882 W потерь в меди в корпусе массой 5130 g — наша оценка по зафиксированным значениям без поправки на температуру, — и в длительном наборе высоты именно это число решает, достаточно ли пути охлаждения. Обмотка 20 mΩ — самое высокое зафиксированное здесь сопротивление, а поскольку потери в меди масштабируются как квадрат тока, сочетание самого высокого тока и самого высокого сопротивления в одной и той же модели — ровно то, что ставит тепловой расчёт в центр установки, построенной на ней.

Ток холостого хода 3.3 A при 10 V, незначительно ниже 3.5 A у U15XL KV38, согласуется с обмоткой более низкого KV, потребляющей чуть меньше тока на собственное вращение, и это единственный доступный сравнительный сигнал между двумя на стороне холостого хода. Сам по себе он недостаточен, чтобы сделать вывод о КПД во всём диапазоне режимов, и не должен использоваться как таковой.

Где применяются эти системы

Одни и те же три мотора появляются в аппаратах, чьи ограничения различаются настолько, что аргумент выбора меняет форму между ними, — именно поэтому в разделе Силовые установки пилотируемых аппаратов платформа значит не меньше, чем запись.

Лёгкие двухместные платформы и персональные eVTOL

Это конструкции, где случай отказа определяет всё, потому что силовая установка обычно — единственная система, способная держать аппарат в воздухе. Распределённая схема на шесть или восемь моторов распространена именно потому, что превращает одиночный отказ в частичную потерю тяги, а не в полную, и именно эта склонность к схеме делает мотор с меньшей тягой и меньшей массой работоспособным против более тягового варианта. Релевантные записи здесь — те, что публикуют достаточно электрической информации, чтобы рассчитать жгут, что благоприятствует U15XL KV38 и U15XXL KV29, — и там, где конструкция всё ещё перебирает напряжение батарейного блока, окно 12-24S у U15 II KV80 — единственная зафиксированная гибкость в группе. Группа VTOL-дроны охватывает тот же компромисс подъёма и крейсера со стороны беспилотных аппаратов, где набор ограничений иной.

Мотопарапланы и трики-парамоторы

Этот класс аппаратов — самое близкое в категории к летательной машине, построенной вокруг одной силовой единицы, и именно здесь масса говорит напрямую. Трик с мотопарапланом несёт один или два мотора на конструкции, чей бюджет массы жёсткий, а пропеллер крупный и медленно вращающийся, что указывает на низкий KV и лёгкую модель, а не на максимальную тягу. Разброс от 29 до 80 KV у всей группы здесь не вся история — осмысленное сравнение идёт с 38 и 29 KV у двух других моделей, — но U15 II KV80 с его 1740 g и широким окном шины подходит аппарату, где батарейный блок выбирают под продолжительность полёта, а не под напряжение. Компромисс при одномоторной установке в том, что нет второй единицы, способной поглотить отказ, и конструкция в таком положении принимает совсем иного рода решение.

Грузовые аппараты, переходящие в пилотируемые роли

Ряд крупных мультироторных платформ сначала разрабатывается для грузоперевозок, а затем приспосабливается для перевозки человека, и силовая установка обычно — та часть, что переносится без изменений. В этом случае полезное чтение этих записей — арифметика случая отказа, а не номинальная тяга: схема, уже рассчитанная на моторах U15XXL KV29 под грузовую полезную нагрузку, сохраняет около трёх четвертей установленной тяги после одного отказа, производное, — и это запас, по которому оценивали бы пилотируемый вариант, а не подтверждённая характеристика. Это также та обстановка, где отсутствующее значение непрерывной мощности болит сильнее всего, потому что пилотируемый профиль режима длиннее грузового, и тепловой запас, достаточный для короткого грузового перелёта, может оказаться недостаточным для более длинного пилотируемого участка. Приложение Тяжелогрузные дроны группирует те же моторы по классам полезной нагрузки, а не по случаю отказа, и оба взгляда стоит читать вместе.

Где те же моторы перестают быть ответом

В этой категории есть граница, и её стоит назвать. Как только конструкция переходит от удержания высоты к эффективному покрытию расстояния — от висения к крейсеру, — весь приведённый выше порядок перестаёт применяться, потому что рабочая точка смещается в область, где обмотка низкого KV, низкое сопротивление обмотки и крупный медленный пропеллер выигрывают по продолжительности, а не по тяге. Это другая задача выбора, собранная в разделе БПЛА большой продолжительности, а не здесь. Аналогично, аппарат, от силовой установки которого ожидают длительного значения мощности как входных данных для сертификации, а не как целевого показателя, задаёт вопрос, на который ни одна из этих трёх записей не отвечает, и ответ должен прийти из тестовой документации производителя.

Чек-лист подбора

Три проверки покрывают большую часть пути, и выполнять их лучше в этом порядке, потому что каждая сужает поле для следующей.

Сначала режим

Зафиксировать, что аппарату поручено делать, до сравнения моторов: как долго длятся сегменты высокой мощности, удерживает ли схема высоту в висении или только в горизонтальном полёте и решено ли уже напряжение батарейного блока. На пилотируемом аппарате эти три ответа обычно убирают больше кандидатов, чем любой столбец спецификации, потому что они решают, нужно ли длительное значение вообще и достаточно ли зафиксированного пикового тока.

Во-вторых, резервирование

Решить, сколько единиц силовой установки несёт аппарат, и вычислить сохраняемую тягу для худшего одиночного отказа, используя зафиксированное значение на мотор и помечая результат как производный. Сравнить эту сохраняемую величину со взлётной массой с запасом на полномочия управления, а не только на подъём, и помнить, что зафиксированная тяга — это потолок из значения на испытательном стенде, а не номинал висения: ни одна из трёх записей здесь не публикует значение, нормированное для висения, поэтому рабочий запас меньше потолочного на эту разницу.

Интерфейсы и открытые вопросы — в конце

Лишь после того, как режим и резервирование зафиксированы, механические и электрические столбцы решают между выжившими. Сверить диаметр вала, схему крепления, длину вывода и кабеля с тем, где будет стоять ESC, рассчитать жгут по зафиксированному пиковому току, а не по значению мощности, и записать, какие столбцы запись не несёт, чтобы их можно было закрыть по тестовым данным производителя до того, как компонент выбран.

1. Зафиксировать сначала профиль режима и напряжение батарейного блока, и считать конструкцию, не решившую ни то, ни другое, ещё не готовой к составлению списка моторов.
2. Вычислить сохраняемую тягу для худшего одиночного отказа по зафиксированному значению на мотор и пометить результат как производный.
3. Сравнить сохраняемую тягу со взлётной массой с запасом на полномочия управления, помня, что зафиксированная максимальная тяга — это потолок, а не номинал висения.
4. Проверить, несёт ли запись длительное значение мощности вообще, и не считать пиковый ток заменителем ему.
5. Рассчитать выводы, разъёмы и ESC по зафиксированному пиковому току и проверить потери в меди при этом токе против доступного пути охлаждения.
6. Предпочесть окно шины, охватывающее фактически доступные батарейные блоки, там, где конструкция всё ещё перебирает варианты, и относиться к фиксированному числу ячеек как к спецификации, вокруг которой проектируют.
7. Сверить диаметр вала, схему крепления и длину вывода с местом установки ESC и не сравнивать длину кабеля с длиной вывода так, будто это одно и то же измерение.
8. Записать каждый столбец, который запись о продукте оставляет пустым, чтобы тестовая документация производителя могла закрыть их до того, как выбор зафиксирован.

Часто задаваемые вопросы

Официальные материалы

Все три мотора публикуются T-Motor, и страницы самого производителя несут тестовые данные и документацию, которые записи ToBMS не воспроизводят: U15 II KV80, U15XL KV38 и U15XXL KV29, а более широкий ряд — на официальном сайте T-Motor. Там, где запись ToBMS молчит — пиковый ток и ток холостого хода U15 II KV80, значения мощности U15XL KV38 и U15XXL KV29 и любое значение тяги, нормированное для висения, у всех трёх, — эти страницы или соответствующий даташит и есть место, где пробел нужно закрыть.

Куда двигаться дальше

Чтение до этого места даёт список кандидатов, а не решение, и три инструмента превращают этот список в решение: каждый мотор отсюда находится в категории Моторы для БПЛА, кандидатов можно сузить по KV, массе и шине в разделе Подбор, а две или три модели можно поставить друг против друга в разделе Сравнение продуктов. Прикладная сторона того же решения собрана на странице Силовые установки пилотируемых аппаратов, которая группирует зафиксированные соответствия по платформе, а не по спецификации.

Два существующих обзора расширяют картину в стороны. руководство по моторам для тяжелогрузных дронов охватывает два из этих трёх моторов со стороны класса полезной нагрузки, где организующей идеей выступает бюджет тяги, а не случай отказа, и служит парой к этому пилотируемому взгляду. руководство по подбору моторов для БПЛА помещает эти модели в более широкий ряд T-Motor, где вопросы меняют форму полностью, а полное руководство по BLDC-двигателям ставит каждый класс в одну рамку для тех, кто идёт от технологии, а не от аппарата.

Короткая версия: зафиксировать профиль режима и батарейный блок до сравнения моторов, вычислить сохраняемую тягу для худшего одиночного отказа, а не номинальную тягу, затем выбирать между оставшимися по массе и по электрической документации. В этой группе такая последовательность обычно приводит к U15 II KV80 там, где доминируют масса и гибкость батарейного блока, к U15XL KV38 — где электрическая запись должна быть полной и шина уже 24 S, и к U15XXL KV29 — где именно наибольшая зафиксированная тяга на мотор и есть то, что действительно нужно аппарату.