Hệ thống động lực máy bay có người lái: ba động cơ T-Motor U15

Việc định cỡ một động cơ cho Hệ thống động lực máy bay có người lái xuất phát từ một tiền đề khác với việc định cỡ cho một khung bay không người lái. Một máy bay không người lái có thể được thiết kế xoay quanh một nhiệm vụ và một chi phí, và với rất nhiều nhiệm vụ thì việc để một hư hỏng hệ động lực kết thúc chuyến bay là hợp lý. Một máy bay mang theo một người thì không thể được thiết kế như vậy. Chế độ làm việc dài hơn, điểm làm việc nằm xa hơn về phía đầu liên tục của phạm vi làm việc, một hư hỏng đơn lẻ phải còn sống sót được chứ không chỉ là khó xảy ra, và mọi con số mà đơn vị tích hợp dựa vào đều phải truy nguyên được về một phép thử chứ không phải một dòng tiêu đề. Hướng dẫn này đi qua ba động cơ T-Motor U15 - một chiếc 1740 g với cửa sổ bus rộng nhất được ghi, một chiếc 4408 g được chế tạo cho bus 24 S, và một chiếc 5130 g ghi lực đẩy cao nhất trong ba chiếc - và giải thích giá trị đã ghi nào chốt lựa chọn trong mỗi trường hợp, và những giá trị nào nằm trong bảng dữ liệu của nhà sản xuất.

Cả ba đều là động cơ rôto ngoài không chổi than được điều khiển bởi một ESC bên ngoài, và cả ba cùng nằm trong một nhóm duy nhất trên ToBMS, Động cơ UAV. Điều phân biệt chúng là khối lượng, KV, lực đẩy đã ghi và bus mà mỗi chiếc được chế tạo cho nó, và những khác biệt đó tương ứng với các khung bay hai chỗ nhẹ, xe ba bánh dù lượn có động cơ và những nền tảng chở hàng lớn hơn đang được cải biến cho vận hành có người. Mọi con số nêu ở đây đều đến từ dữ liệu sản phẩm ToBMS tương ứng; các phép đổi giữa gam và kilôgam, các tỷ lệ dựng từ hai giá trị đã ghi, và bất kỳ đại lượng nào suy ra từ hóa tính của cell đều được ghi rõ là giá trị suy ra, và một trường không mang giá trị nào được đánh dấu là thiếu thay vì được điền từ một mẫu lân cận. Hai trong ba dữ liệu không mang đủ các cột điện, và biết cột nào còn thiếu ở dữ liệu nào là một phần của việc đưa ra lựa chọn.

Trả lời nhanh

Quyết định đầu tiên trong nhóm này không phải là lực đẩy, mà là khung bay mang bao nhiêu động cơ và điều gì xảy ra khi một trong số chúng dừng lại. Mọi thứ còn lại - KV, khối lượng, bus, cánh quạt - sau đó được định cỡ theo trường hợp hư hỏng đó chứ không theo một điểm bay treo danh nghĩa. Trên cơ sở đó, ba động cơ ở đây giữ ba vai trò riêng biệt chứ không tạo thành một bảng xếp hạng.

Ở nơi khung bay nhỏ, bộ pin là ràng buộc quyết định và hệ động lực có đủ số đơn vị để khi mất một chiếc vẫn còn biên dự phòng thoải mái, U15 II KV80 là chiếc duy nhất trong ba chiếc chấp nhận 12-24S, và ở 1740 g nó nhẹ hơn theo hệ số hơn hai lần. Nó ghi 36.5 kg lực đẩy tối đa và 8580 W trong một cửa sổ 180 s, và đây là chiếc duy nhất trong ba chiếc có dữ liệu công bố bất kỳ con số công suất nào.

Ở nơi khung bay là một thiết kế cố định 24 S và ngân sách khối lượng cho phép một động cơ nặng hơn, U15XL KV38 ghi 81.2 kg lực đẩy ở 4408 g, với dòng đỉnh 180 A, dòng điện không tải 3.5 A ở 10 V và cuộn dây 17 mΩ - điện trở thấp nhất được ghi trong nhóm này, ngang bằng với U15 II - điều khiến nó trở thành chiếc có dữ liệu điện đầy đủ nhất ở khoảng giữa của dải khối lượng.

Ở nơi lực đẩy đã ghi cao nhất trên mỗi động cơ là thứ thiết kế cần, U15XXL KV29 ghi 101.4 kg ở 5130 g trên cùng bus 24 S và cùng stator 36N42P, với dòng đỉnh 210 A và điện trở cuộn dây 20 mΩ. Điều mà cả ba dữ liệu đều không mang là một định mức công suất liên tục, vô thời hạn. Những thứ thay thế gần nhất có được là con số công suất 180 s trên U15 II và các con số dòng đỉnh trên hai chiếc kia, và đó là những phát biểu về cửa sổ làm việc chứ không phải định mức liên tục - một khác biệt đáng giữ lại khi một buổi đánh giá thiết kế hỏi rằng một quá trình leo cao có thể được duy trì bao lâu.

Điều gì thay đổi khi máy bay mang theo một người

Không có gì về cấu tạo của những động cơ này phân biệt chúng với bất kỳ động cơ rôto ngoài lớn nào khác trong nhóm. Thứ thay đổi là hình dạng của yêu cầu, và trong Hệ thống động lực máy bay có người lái yêu cầu quyết định cột nào của dữ liệu trở thành ràng buộc.

Hư hỏng phải còn sống sót được, chứ không chỉ là khó xảy ra

Một khung bay không người lái có thể được thiết kế sao cho một hư hỏng hệ động lực kết thúc nhiệm vụ, và ở quy mô đó sự đánh đổi thường là chấp nhận được. Một khung bay có người lái thì không thể: hệ động lực phải có khả năng mất ít nhất một đơn vị mà vẫn giữ được máy bay trên không, điều này chuyển con số hữu ích từ lực đẩy mỗi động cơ sang lực đẩy mỗi động cơ khi đã bỏ đi chiếc tệ nhất. Trên một bố trí bốn động cơ còn lại ba phần tư lực đẩy đã lắp; trên một bố trí sáu động cơ, còn năm phần sáu. Phép tính rất đơn giản, và đó là lý do một động cơ trông có vẻ quá cỡ so với một điểm bay treo danh nghĩa thường lại được định cỡ đúng theo trường hợp hư hỏng.

Đọc đối chiếu với nhóm này, một khung bay bốn động cơ dựng trên các động cơ U15XXL KV29 sẽ còn ba đơn vị sau một hư hỏng đơn lẻ, giữ được khoảng 304 kg trong số 406 kg mà cả bốn chiếc ghi cùng nhau - cả hai con số đều suy ra từ 101.4 kg đã ghi trên mỗi động cơ. Phép tính tương tự trên U15 II KV80 để lại 110 kg trong số 146 kg mà bốn chiếc ghi được. Không con số nào trong hai con số đó quyết định việc một khung bay có bay được trên ba động cơ hay không; điều đó phụ thuộc vào thiết kế, và thiết kế thuộc về đơn vị tích hợp chứ không thuộc về động cơ. Điều mà những con số cho thấy là động cơ nào mua được biên dự phòng lớn hơn cho khối lượng mà nó thêm vào, và ở nơi một thiết kế nằm sát biên dự phòng của nó, khác biệt đó chính là toàn bộ lập luận lựa chọn.

Điểm làm việc duy trì quan trọng hơn mức đỉnh

Một trạng thái bay treo trong máy bay có người lái không phải là một quá độ, và một quá trình leo cao tuần hành cũng vậy. Ở nơi hồ sơ nhiệm vụ không người lái dành thời gian cho những đoạn vượt ngắn trên một mức trung bình thoải mái, hồ sơ có người lái có xu hướng giữ một phần lớn công suất khả dụng trong nhiều phút liền - điều này đặt hành vi nhiệt chứ không phải công suất đỉnh vào trung tâm của quyết định. Các con số đỉnh vẫn quan trọng, nhưng cho một mục đích khác: chúng định cỡ bó dây, đầu nối và ESC, vì thứ mà một dây dẫn cảm nhận là dòng điện chứ không phải công suất.

Những cột nói về vận hành duy trì lại là những cột dễ vắng mặt nhất. Dữ liệu của U15 II KV80 mang 8580 W cho một cửa sổ 180 s, đó là một phát biểu về chế độ làm việc chứ không phải một định mức, và hai dữ liệu kia đều không mang một con số công suất nào. Trên hai chiếc đó, thông tin điện sẵn có là một giá trị dòng đỉnh - 180 A trên U15XL KV38 và 210 A trên U15XXL KV29 - cùng với dòng điện không tải đo ở 10 V. Thế là đủ để định cỡ một bó dây và so sánh các cuộn dây; chưa đủ để tuyên bố một điểm làm việc liên tục, và coi nó như thể đủ chính là cách phổ biến nhất khiến một ước lượng hệ động lực có người lái đi sai.

Khối lượng ở đầu cánh quạt bị tính hai lần

Khối lượng động cơ trên một máy bay không chỉ được nâng lên, nó còn được gia tốc. Trên một cánh hoặc một cánh tay, khối lượng quay và không quay ở đầu ngoài làm tăng quán tính mà khung bay phải thắng trong chúc ngóc và lăn nghiêng, điều này thể hiện ở đáp ứng điều khiển và chất lượng bay chứ không phải ở thâm hụt lực đẩy. Hiệu ứng này được cảm nhận liên tục, trong khi lực đẩy mua bằng khối lượng đó chỉ được dùng ở đỉnh của phạm vi làm việc.

Độ trải rộng trong nhóm này đủ lớn để có ý nghĩa. Bốn động cơ U15 II KV80 tổng cộng 7.0 kg, bốn chiếc U15XL KV38 tổng cộng 17.6 kg và bốn chiếc U15XXL KV29 tổng cộng 20.5 kg - tất cả đều suy ra từ khối lượng đã ghi. Khoảng cách giữa bộ bốn động cơ nhẹ nhất và nặng nhất do đó là 13.6 kg khung bay, một con số thực trên một nền tảng hai chỗ nhẹ chứ không phải một sai số làm tròn. Đây cũng là lý do chiếc nhẹ nhất ở đây không tự động là điểm khởi đầu đúng: nó ghi lực đẩy ít nhất trong ba chiếc, và một thiết kế cần lực đẩy thì không thể mua lại được bằng cách cắt bớt khối lượng ở bất kỳ chỗ nào khác.

Dữ liệu đã ghi là một đầu vào thiết kế, không phải một bản tóm tắt

Trong một dự án không người lái, một cột thông số bị thiếu là một bất tiện có thể giải quyết bằng thử nghiệm. Trong một dự án có người lái, đó là một việc còn để ngỏ trong một buổi đánh giá thiết kế, vì những con số dùng để khép lại một buổi đánh giá phải đến từ một phép thử được ghi chép chứ không phải từ một phép suy luận. Điều đó thay đổi cách đọc một dữ liệu còn thiếu một cột: không phải như một khoảng trống cần lấp bằng một giá trị có vẻ hợp lý vay mượn từ một động cơ tương tự, mà như một câu hỏi cần đặt cho nhà sản xuất trước khi chọn linh kiện.

Áp dụng vào đây, dữ liệu của U15 II KV80 ghi chép công suất và kích thước, với dòng đỉnh và dòng không tải nằm trong bảng dữ liệu của nhà sản xuất; dữ liệu của U15XL KV38 và U15XXL KV29 ghi chép dòng đỉnh và dòng không tải, điện trở, trục và dây dẫn, với con số công suất nằm trong bảng dữ liệu của nhà sản xuất. Mỗi chiếc trong ba chiếc do đó mang những cột mà một kiểu tích hợp này cần và để ngỏ một cột cho kiểu khác, và phản hồi trung thực là gọi tên khoảng trống chứ không che lấp nó. Đáng lưu ý rằng cách đặt tên của chính nhà sản xuất cho hai trong số những đơn vị này chỉ thẳng vào vận hành có người lái, nên một buổi đánh giá thiết kế có thể đọc cách đặt tên đó cùng với các con số lực đẩy và dòng điện đã ghi.

Những con số quyết định lựa chọn

Sáu nhóm giá trị mang gần như toàn bộ quyết định trong công việc hệ thống động lực máy bay có người lái. Ba trong số đó được công bố cho cả ba động cơ và ba thì không, điều đáng xác lập trước khi một danh sách rút gọn được lập ra.

Khả năng nâng khi bỏ đi một động cơ

Đây là bộ lọc loại bỏ các phương án chứ không xếp hạng chúng, và nó hoạt động theo hướng ngược lại với một phép so sánh lực đẩy thông thường. Một động cơ bị loại ở đây vì một lý do không liên quan gì đến định mức của chính nó: lực đẩy mà những chiếc cùng nhóm có thể tạo ra sau hư hỏng của nó là không đủ, nên câu hỏi luôn được đặt cho cả nhóm chứ không cho từng chiếc riêng lẻ. Trong nhóm này, lực đẩy tối đa đã ghi chạy từ 36.5 kg đến 101.4 kg, và con số ba phần tư mà một bố trí bốn động cơ sẽ giữ được chạy từ 110 kg đến 304 kg - tất cả đều suy ra từ các giá trị đã ghi trên mỗi động cơ.

Hai lưu ý đi kèm phép tính đó. Thứ nhất, lực đẩy tối đa được ToBMS ghi như một con số duy nhất lấy từ dữ liệu thử của nhà sản xuất, mô tả một cánh quạt ở một mức ga và một điện áp; đó là một mức trần chứ không phải một điểm làm việc. Thứ hai, không chiếc nào trong ba chiếc ghi một giá trị lực đẩy định mức cho bay treo, nên một biên dự phòng tính từ con số tối đa là biên dự phòng so với một mức trần, và biên dự phòng bay treo thực tế nhỏ hơn đúng bằng khoảng cách phân tách hai con số đó. Ở nơi một thiết kế nằm sát lằn ranh, khoảng cách đó đáng được khép lại từ dữ liệu thử của nhà sản xuất trước khi bố trí khung bay được cố định.

Dữ liệu nói gì về vận hành liên tục

Con số duy trì duy nhất trong nhóm này là 8580 W trong 180 s của U15 II KV80. Đọc như một phát biểu về chế độ làm việc, nó nói rằng chiếc này đã giữ công suất đó trong ba phút trên bàn thử, một dấu hiệu hữu ích về năng lực nhiệt chứ không phải một định nghĩa về mức có thể giữ vô thời hạn. Có một phép kiểm tra suy ra: nếu 8580 W được rút ở đỉnh của cửa sổ 12-24S, thì một bộ pin 24 S ở khoảng 88.8 V danh nghĩa - quy ước chuẩn 3.7 V mỗi cell chứ không phải một thông số động cơ - hàm ý khoảng 97 A theo ước lượng của chúng tôi, một con số suy ra từ các giá trị đã ghi chứ không phải một định mức của nhà sản xuất. Điều đó nói nhiều về cách phép thử được tiến hành hơn là về giới hạn của động cơ.

Hai động cơ kia không công bố con số công suất nào, nên hành vi duy trì của chúng phải được suy ra từ các cột dòng điện và điện trở. Phép suy luận đó là chính đáng và nó có giới hạn: tổn thất đồng tỷ lệ với bình phương dòng điện, nên những con số dưới đây hữu ích để so sánh và vô dụng như một định mức. Điều chúng xác lập là chiếc nào trong hai động cơ nặng hơn chạy mát hơn ở mức đỉnh của chính nó, và đó là một thứ công bằng để so sánh giữa hai dữ liệu cùng loại.

Bus, dòng điện và bó dây phía sau chúng

Điện áp bus do bộ pin đặt ra, và trong nhóm này nó quyết định phần lớn danh sách ứng viên. U15 II KV80 chấp nhận 12-24S, cửa sổ rộng nhất được ghi trong ba chiếc và là cửa sổ duy nhất bao được một bộ pin điện áp thấp hơn; U15XL KV38 và U15XXL KV29 đều ghi 24 S. Một cửa sổ rộng hơn không tự động tốt hơn - nó nghĩa là cùng động cơ đó có thể chạy trên một bộ pin nhẹ nhàng hơn, điều hữu ích khi một khung bay phải phục vụ cả một chương trình thử nghiệm và một chương trình bay mà không đổi động cơ.

Dòng điện là chỗ hai chiếc nặng hơn tách khỏi chiếc nhẹ nhất. U15XL KV38 ghi 180 A đỉnh và U15XXL KV29 ghi 210 A đỉnh, trong khi U15 II KV80 không công bố con số dòng đỉnh nào, nên không có phép so sánh cùng loại trên cả ba chiếc. Trên quy ước 24 S khoảng 88.8 V danh nghĩa, dòng đỉnh 210 A trên U15XXL hàm ý khoảng 18.6 kW tại thời điểm đó và dòng đỉnh 180 A trên U15XL khoảng 16 kW theo ước lượng của chúng tôi - cả hai đều là con số suy ra từ các giá trị đã ghi chứ không phải định mức của nhà sản xuất, và cả hai chủ yếu hữu ích để định cỡ. Cũng những con số đó đặt tiết diện đồng trong dây dẫn, định mức đầu nối và dòng liên tục của ESC, và trên một máy bay có người lái thì ba hạng mục đó thường được chọn với ít biên dự phòng hơn chính động cơ.

Điện trở cuộn dây và nhiệt đi đâu

Điện trở là cột nối dòng điện với nhiệt độ. Ở một dòng điện cho trước, nó ấn định tổn thất đồng, và tổn thất đồng là nhiệt sinh ra bên trong một động cơ vốn đã dựa vào luồng gió để làm mát. Hai trong ba dữ liệu công bố nó: 17 mΩ trên cả U15 II KV80 và U15XL KV38, và 20 mΩ trên U15XXL KV29. Giữ ở các dòng đỉnh đã ghi tương ứng, cuộn dây 17 mΩ của U15XL KV38 tiêu tán khoảng 551 W và cuộn dây 20 mΩ của U15XXL KV29 khoảng 882 W - cả hai đều là ước lượng của chúng tôi từ các giá trị đã ghi và chưa hiệu chỉnh theo nhiệt độ, và cả hai đều là con số ở thời điểm đỉnh chứ không phải một con số ổn định, vì một quá trình leo cao duy trì rút dòng ít hơn mức đỉnh rất nhiều.

Phép so sánh này có tính chỉ dẫn chính vì nó không nghiêng về động cơ lớn hơn ở mọi trục. U15XXL KV29 có điện trở cao hơn và dòng đỉnh cao hơn, nên nó sinh nhiều nhiệt hơn ở mức đỉnh so với U15XL KV38; đổi lại nó ghi 101.4 kg lực đẩy so với 81.2 kg. Lựa chọn giữa hai chiếc trên một khung bay có người lái do đó là một câu hỏi về hồ sơ làm việc - đoạn công suất cao kéo dài bao lâu, và có bao nhiêu luồng gió trong lúc đó - chứ không phải một câu hỏi về việc động cơ nào tốt hơn. U15 II KV80 hoàn toàn không thể được đặt trên trục này, vì dòng đỉnh của nó không được ghi; cuộn dây 17 mΩ của nó là mức thấp nhất ở đây, điều nhất quán với một stator nhỏ hơn mang ít vòng dây hơn.

Hình học rôto và cánh quạt mà nó có thể quay

Cả ba dữ liệu dùng chung cùng một cấu hình stator 36N42P, điều chung cho toàn bộ nhóm và hữu ích cho việc chọn: nó nghĩa là những khác biệt giữa chúng nằm ở cuộn dây, nam châm, chiều dày lá thép và khối lượng chứ không ở kiến trúc rãnh-cực. Điều đó loại bỏ một biến khỏi phép so sánh và để lại việc ghép cặp cánh quạt như câu hỏi hình học còn lại.

KV là giá trị quyết định một chiếc có thể quay cánh quạt nào ở một tốc độ hữu ích. Ba giá trị ở đây - 80, 38 và 29 - không phải một bảng xếp hạng độ mạnh; chúng là ba câu trả lời cho câu hỏi tốc độ rôto nên rơi vào đâu với một bus cho trước. Một chiếc 29 KV trên bus 24 S quay một cánh quạt lớn hơn nhiều ở tốc độ thấp hơn so với một chiếc 80 KV, đó là lý do hai chiếc không thể thay thế cho nhau ngay cả khi khung bay có thể lắp được cả hai về mặt vật lý. Ở nơi một thiết kế đang phóng to hay thu nhỏ một khung bay hiện có, việc ghép KV và đĩa cánh quạt với nhau là thứ giữ được điểm làm việc, và chỉ thay đổi cỡ động cơ là thứ phá vỡ nó.

Trục, đế lắp và giao diện dây dẫn

Các cột cơ khí quyết định một động cơ có thể được lắp hay không, và trên một máy bay có người lái chúng còn quyết định mức độ dễ bảo dưỡng. Kích thước bao gần nhau trong cả nhóm nhưng không đồng nhất: U15 II KV80 đo Ø147.5 × 55 mm, trong khi U15XL KV38 và U15XXL KV29 đều đo Ø151.5 mm và khác nhau về chiều dài ở mức lần lượt 96 mm và 106 mm. Chiều dài 55 mm của chiếc nhẹ nhất chỉ hơn một nửa chiều dài của chiếc lớn nhất, và đó là nguồn gốc phần lớn lợi thế khối lượng 3.39 kg của nó so với U15XXL KV29.

Đường kính trục chia nhóm theo một cách quan trọng hơn vẻ ngoài: U15 II KV80 ghi trục 20 mm trong khi hai chiếc kia ghi 25 mm, điều này thay đổi bộ chuyển cánh quạt, phương pháp giữ và tải mà một mayơ có thể mang. U15XL KV38 và U15XXL KV29 đều công bố chiều dài dây dẫn 200 mm, đủ để vươn tới một ESC gắn xa đầu cánh tay và giữ đoạn dòng cao ngắn; U15 II KV80 thay vào đó ghi chiều dài cáp 100 mm, phù hợp với một ESC gần hơn nhưng không phải cùng một phép đo trên cùng một cơ sở, nên hai giá trị này không nên được so sánh như thể chúng giống nhau. Ở nơi một giá trị không được ghi, giả định nên được kiểm tra đối chiếu với chính linh kiện chứ không phải với một mẫu cùng nhóm.

So sánh ba động cơ T-Motor U15

Bảng dưới đây tập hợp ba chiếc theo thứ tự khối lượng tăng dần. Mọi giá trị đều đúng như công bố trong từng dữ liệu sản phẩm ToBMS, và các khoảng trống được đánh dấu chứ không được điền vào.

Cả ba động cơ đều được ghi trong nhóm Động cơ UAV trên ToBMS và được T-Motor công bố. Lực đẩy được lưu bằng gam trong mỗi dữ liệu và được hiển thị ở đây sau khi đổi sang kilôgam; các giá trị lực đẩy, khối lượng và dòng điện là như đã ghi, và mọi tỷ lệ hay tổng số được nêu ở nơi khác trong bài này đều suy ra từ chúng và được nhận diện là giá trị suy ra tại chỗ xuất hiện. Một ô trong bảng được đánh dấu chứ không được điền: không có dòng đỉnh nào được ghi cho U15 II KV80. Hai con số nữa nằm ngoài bảng vì hoàn toàn không có cột đó - con số công suất của cả U15XL KV38 và U15XXL KV29 nằm trong bảng dữ liệu của nhà sản xuất - nên cả nhóm không có cột điện nào được điền đầy cho cả ba chiếc.

Quy luật đầu tiên mà bảng cho thấy là lực đẩy và khối lượng tăng gần như chính xác cùng nhau, và việc tăng quy mô đó không thưởng cho kích cỡ. Ba chiếc trải rộng khoảng 2.9 lần về khối lượng từ 1740 g đến 5130 g, và khoảng 2.8 lần về lực đẩy đã ghi từ 36.5 kg đến 101.4 kg - cả hai đều suy ra. Lực đẩy trên mỗi đơn vị khối lượng động cơ cho ra khoảng 21.0; 18.4 và 19.8 lần cho U15 II KV80, U15XL KV38 và U15XXL KV29 - tất cả đều suy ra theo cùng một cách. Do đó chiếc nhẹ nhất có tỷ lệ đã ghi cao nhất trong ba chiếc và chiếc giữa có tỷ lệ thấp nhất, điều đáng nói thẳng ra vì nó trái với kỳ vọng rằng động cơ lớn nhất là cách hiệu quả nhất để mua lực đẩy.

Quy luật thứ hai nằm ở cột bị thiếu. Chiếc có lực đẩy đã ghi cao nhất không công bố con số công suất nào, và chiếc có cửa sổ bus rộng nhất không công bố dòng đỉnh - nên về phía điện, mỗi dữ liệu được điền đầy đúng ở chỗ dữ liệu kia không có. Một thiết kế cần cả một con số công suất liên tục và một con số dòng đỉnh cho cùng một động cơ sẽ không tìm thấy cả hai trong nhóm này, và phản hồi thích hợp là mang câu hỏi tới nhà sản xuất chứ không nội suy giữa các dữ liệu.

Quy luật thứ ba liên quan đến bus. Hai chiếc nằm trên một bus 24 S cố định và một chiếc bao được 12-24S, và cấu hình stator dùng chung trên cả ba nghĩa là khác biệt này hoàn toàn nằm ở cuộn dây chứ không ở phần từ tính. Đó là điều hữu ích cần biết khi một thiết kế thay đổi bộ pin: trên hai chiếc 24 S, bộ pin là một phần của thông số, trong khi trên U15 II KV80 một bộ pin điện áp thấp hơn nằm trong cửa sổ đã ghi và chỉ cần ghép lại cánh quạt.

Đọc mỗi động cơ đối chiếu với một nhiệm vụ có người lái

Các con số đã ghi chỉ trở thành một quyết định khi được đọc đối chiếu với việc máy bay làm gì. Mỗi chiếc trong ba chiếc dưới đây phù hợp với một kiểu khung bay khác nhau, và không chiếc nào phù hợp với cả ba kiểu.

U15 II KV80 - chiếc nhẹ nhất và bus rộng nhất

U15 II KV80 ghi 1740 g, 36.5 kg lực đẩy tối đa, cuộn dây 80 KV, stator 36N42P, điện trở 17 mΩ, trục 20 mm, chiều dài cáp 100 mm và cửa sổ 12-24S, với 8580 W được ghi trong một cửa sổ 180 s. Đây là chiếc duy nhất ở đây công bố một con số công suất và là chiếc duy nhất có cửa sổ bus bao được một số cell thấp hơn, và ở 1740 g nó chưa bằng một nửa khối lượng của mỗi chiếc kia - chiều dài thân 55 mm so với 96 mm và 106 mm là phần lớn lời giải thích.

Điều mà tổ hợp đó hướng tới là một thiết kế nơi khối lượng và tính linh hoạt của bộ pin có trọng lượng lớn hơn lực đẩy đỉnh trên mỗi động cơ. Một bố trí bốn động cơ trên chiếc này tổng cộng 7.0 kg động cơ so với 17.6 kg và 20.5 kg cho cùng bố trí trên hai chiếc kia - suy ra từ khối lượng đã ghi - và khoảng chênh 13.6 kg giữa hai thái cực có thể dành cho kết cấu, pin hoặc tải trọng. Trên một khung bay nhẹ có đủ số động cơ để hấp thụ một hư hỏng đơn lẻ, đó là một lợi ích rõ ràng.

Cái giá phải trả là lực đẩy trên mỗi đơn vị và hồ sơ tài liệu điện. 36.5 kg của nó chỉ hơn một phần ba so với 101.4 kg của U15XXL KV29, nên một bố trí bốn động cơ trên các động cơ U15 II KV80 giữ được khoảng 110 kg sau một hư hỏng đơn lẻ so với khoảng 304 kg trên các chiếc lớn hơn - cả hai đều suy ra. Và vì không có dòng đỉnh nào được ghi, cả việc định cỡ bó dây lẫn phép so sánh tổn thất đồng đều không thể khép lại chỉ từ dữ liệu, điều mà trong một dự án có người lái là một việc cần xử lý chứ không phải một chú thích.

U15XL KV38 - điểm khối lượng giữa với hồ sơ điện đầy đủ nhất

U15XL KV38 ghi 4408 g, 81.2 kg lực đẩy tối đa, cuộn dây 38 KV trên cùng stator 36N42P, điện trở 17 mΩ, dòng đỉnh 180 A, dòng điện không tải 3.5 A ở 10 V, trục 25 mm, chiều dài dây dẫn 200 mm và bus 24 S cố định. Đây là chiếc duy nhất trong ba chiếc có hồ sơ điện mang cả một con số dòng đỉnh và một con số điện trở cùng với một phép đo dòng không tải, điều khiến nó trở thành chiếc có thể được đặt trên một trục nhiệt mà không cần quay lại nhà sản xuất.

Vị trí của nó trong nhóm là lý do nó thường là câu trả lời tầm trung chứ không phải một thỏa hiệp. Nó chia sẻ mức điện trở đã ghi thấp nhất trong ba chiếc với U15 II KV80, nên ở một dòng điện cho trước nó sinh ít tổn thất đồng hơn so với U15XXL KV29 lớn hơn - khoảng 551 W ở mức đỉnh 180 A của chính nó so với khoảng 882 W ở mức đỉnh 210 A của chiếc kia, cả hai đều suy ra - trong khi ghi 81.2 kg lực đẩy, tức hơn gấp đôi con số của chiếc nhẹ nhất. Một bố trí bốn động cơ trên những chiếc này giữ được khoảng 244 kg sau một hư hỏng đơn lẻ, giá trị suy ra, và tổng cộng 17.6 kg động cơ.

Ràng buộc của nó là bus. Ở mức 24 S cố định, không có lựa chọn nào được ghi để chạy một bộ pin nhẹ nhàng hơn mà không rời khỏi cửa sổ, nên một khung bay muốn bắt đầu thử bay với số cell thấp hơn phải đổi động cơ hoặc đổi kế hoạch bộ pin. Mặt khác, dây dẫn 200 mm và trục 25 mm là bộ giao diện hào phóng hơn trong hai bộ giao diện được ghi ở đây và phù hợp với một cách lắp đặt nơi ESC nằm phía trong cánh tay.

U15XXL KV29 - lực đẩy đã ghi cao nhất trong ba chiếc

U15XXL KV29 ghi 5130 g, 101.4 kg lực đẩy tối đa, cuộn dây 29 KV trên stator 36N42P, điện trở 20 mΩ, dòng đỉnh 210 A, dòng điện không tải 3.3 A ở 10 V, Ø151.5 × 106 mm, trục 25 mm, dây dẫn 200 mm và bus 24 S cố định. Đây là chiếc nặng nhất và có lực đẩy cao nhất trong nhóm, và nhà sản xuất đặt tên nó trực tiếp cho máy bay có người lái cũng như không người lái - một cách đặt tên mà các con số lực đẩy và dòng điện đã ghi ủng hộ, với con số công suất duy trì nằm trong bảng dữ liệu của nhà sản xuất.

Đọc như một bộ, đây là chiếc mua biên dự phòng. Một bố trí bốn động cơ giữ được khoảng 304 kg sau một hư hỏng đơn lẻ trên các con số đã ghi, giá trị suy ra, và một bố trí sáu động cơ giữ được năm phần sáu của 608 kg. Đổi lại, bốn chiếc trong số đó thêm 20.5 kg khối lượng động cơ, và ở dòng đỉnh mỗi chiếc sinh khoảng 882 W tổn thất đồng trong một khối 5130 g - ước lượng của chúng tôi từ các giá trị đã ghi, chưa hiệu chỉnh theo nhiệt độ - con số mà trong một quá trình leo cao duy trì quyết định xem đường làm mát có đủ hay không. Cuộn dây 20 mΩ là điện trở cao nhất được ghi ở đây, và vì tổn thất đồng tỷ lệ với bình phương dòng điện, việc cùng một chiếc có cả dòng điện cao nhất lẫn điện trở cao nhất chính là thứ đặt thiết kế nhiệt vào trung tâm của một cách lắp đặt dựng trên nó.

Dòng điện không tải 3.3 A ở 10 V, thấp hơn một chút so với 3.5 A của U15XL KV38, nhất quán với một cuộn dây KV thấp hơn rút ít dòng hơn để tự quay, và đây là tín hiệu so sánh duy nhất sẵn có giữa hai chiếc ở phía không tải. Riêng nó thì không đủ để rút ra kết luận về hiệu suất trên toàn dải làm việc, và không nên được dùng như vậy.

Những nơi các hệ thống này được dùng

Cùng ba động cơ đó xuất hiện trong những khung bay có ràng buộc khác nhau đủ để lập luận lựa chọn thay đổi hình dạng giữa chúng, đó là lý do nền tảng quan trọng không kém gì dữ liệu trong động lực máy bay có người lái.

Nền tảng eVTOL cá nhân và hai chỗ nhẹ

Đây là những thiết kế nơi trường hợp hư hỏng dẫn dắt mọi thứ, vì hệ động lực thường là hệ thống duy nhất có thể giữ máy bay trên không. Một bố trí phân tán với sáu hoặc tám động cơ là phổ biến, chính vì nó biến một hư hỏng đơn lẻ thành mất lực đẩy một phần thay vì mất toàn bộ, và sở thích bố trí đó là thứ khiến một động cơ lực đẩy thấp hơn, khối lượng thấp hơn trở nên khả thi so với một phương án lực đẩy cao hơn. Các dữ liệu liên quan ở đây là những dữ liệu công bố đủ thông tin điện để định cỡ một bó dây - nghiêng về U15XL KV38 và U15XXL KV29 - và ở nơi thiết kế vẫn đang lặp lại về điện áp bộ pin, cửa sổ 12-24S của U15 II KV80 là tính linh hoạt duy nhất được ghi trong nhóm. Nhóm Drone VTOL bao quát cùng sự thỏa hiệp giữa nâng và hành trình từ phía không người lái, nơi bộ ràng buộc khác đi.

Dù lượn có động cơ và xe ba bánh paramotor

Lớp khung bay này là thứ gần nhất trong nhóm với một cỗ máy bay được dựng quanh một đơn vị động lực duy nhất, và cũng là nơi khối lượng thể hiện trực tiếp nhất. Một xe ba bánh paramotor mang một hoặc hai động cơ trên một kết cấu có ngân sách khối lượng chặt và một cánh quạt lớn, quay chậm, điều hướng tới một chiếc KV thấp và nhẹ chứ không tới lực đẩy tối đa. Dải 29 đến 80 KV trong cả nhóm không phải toàn bộ câu chuyện ở đây - phép so sánh có ý nghĩa là đối chiếu với 38 và 29 KV của hai chiếc kia - nhưng với 1740 g và cửa sổ bus rộng, U15 II KV80 phù hợp với một khung bay nơi bộ pin được chọn cho thời gian bay chứ không cho điện áp. Sự đánh đổi, trên một cách lắp đặt một động cơ, là không có đơn vị thứ hai để hấp thụ một hư hỏng, và một thiết kế ở vị trí đó đang đưa ra một kiểu quyết định hoàn toàn khác.

Khung bay chở hàng chuyển sang vai trò có người lái

Một số nền tảng đa cánh lớn được phát triển trước hết cho vận tải hàng rồi sau đó được cải biến để chở một người, và bộ động lực thường là phần được giữ nguyên không đổi. Trong trường hợp đó, cách đọc hữu ích các dữ liệu này là phép tính trường hợp hư hỏng chứ không phải lực đẩy danh nghĩa: một bố trí đã được định cỡ trên các động cơ U15XXL KV29 quanh một tải trọng hàng giữ được khoảng ba phần tư lực đẩy đã lắp sau một hư hỏng, giá trị suy ra, đó là biên dự phòng mà phương án có người lái sẽ được đánh giá dựa vào, chứ không phải một năng lực đã được chứng minh. Đây cũng là bối cảnh mà con số công suất liên tục bị thiếu gây tổn hại nhiều nhất, vì hồ sơ làm việc có người lái dài hơn hồ sơ chở hàng và biên nhiệt vốn đủ cho một chặng hàng ngắn có thể không đủ cho một chặng có người lái dài hơn. Ứng dụng Drone hạng nặng nhóm cùng những động cơ đó theo hạng tải trọng chứ không theo trường hợp hư hỏng, và hai góc nhìn này đáng được đọc cùng nhau.

Nơi cùng những động cơ đó không còn là câu trả lời

Có một ranh giới trong nhóm này và ranh giới đó đáng được gọi tên. Khoảnh khắc một thiết kế chuyển từ giữ độ cao sang bay hết một quãng đường một cách hiệu quả - từ bay treo sang hành trình - toàn bộ bảng xếp hạng ở trên ngừng áp dụng, vì điểm làm việc dịch chuyển tới vùng mà một cuộn dây KV thấp, một điện trở cuộn dây thấp và một cánh quạt lớn quay chậm thắng về thời gian bay chứ không về lực đẩy. Đó là một bài toán lựa chọn khác, được tập hợp dưới UAV thời gian bay dài chứ không phải ở đây. Tương tự, một khung bay mà bộ động lực của nó được kỳ vọng giữ một con số công suất duy trì như một đầu vào chứng nhận chứ không phải một mục tiêu hiệu năng đang đặt ra một câu hỏi mà không dữ liệu nào trong ba dữ liệu này trả lời được, và câu trả lời phải đến từ tài liệu thử của nhà sản xuất.

Danh sách kiểm tra khi chọn

Ba phép kiểm tra bao quát phần lớn mặt bằng, và chúng hoạt động tốt hơn theo thứ tự này vì mỗi phép thu hẹp phạm vi cho phép tiếp theo.

Chế độ làm việc trước tiên

Cố định việc máy bay được yêu cầu làm gì trước khi so sánh động cơ: các đoạn công suất cao kéo dài bao lâu, bố trí có giữ được độ cao khi bay treo hay chỉ khi bay tới, và điện áp bộ pin đã được quyết định hay chưa. Trên một khung bay có người lái, ba câu trả lời đó thường loại bỏ nhiều ứng viên hơn bất kỳ cột thông số nào, vì chúng quyết định liệu một con số duy trì có cần thiết hay không và liệu một dòng đỉnh đã ghi có đủ hay không.

Dự phòng thứ hai

Quyết định khung bay mang bao nhiêu đơn vị động lực và tính lực đẩy giữ lại cho trường hợp hư hỏng đơn lẻ tệ nhất, dùng con số đã ghi trên mỗi động cơ và đánh dấu nó là giá trị suy ra. So sánh con số giữ lại đó với tổng khối lượng cất cánh kèm biên dự phòng cho thẩm quyền điều khiển chứ không chỉ cho lực nâng, và nhớ rằng lực đẩy đã ghi là một mức trần từ một giá trị trên bàn thử chứ không phải một định mức bay treo - không chiếc nào trong ba dữ liệu ở đây công bố một giá trị định mức cho bay treo, nên biên dự phòng làm việc nhỏ hơn biên dự phòng so với mức trần đúng bằng khoảng cách đó.

Giao diện và các câu hỏi còn ngỏ cuối cùng

Chỉ khi chế độ làm việc và dự phòng đã được cố định thì các cột cơ khí và điện mới quyết định giữa những phương án còn lại. Kiểm tra đường kính trục, kiểu lắp, chiều dài dây dẫn và dây cáp đối chiếu với vị trí ESC sẽ nằm, định cỡ bó dây theo dòng đỉnh đã ghi chứ không theo con số công suất, và ghi lại những cột mà dữ liệu không mang để chúng có thể được khép lại từ dữ liệu thử của nhà sản xuất trước khi chốt linh kiện.

1. Cố định hồ sơ làm việc và điện áp bộ pin trước tiên, và coi một thiết kế chưa quyết định cả hai là chưa sẵn sàng để lập danh sách động cơ rút gọn.
2. Tính lực đẩy giữ lại cho trường hợp hư hỏng đơn lẻ tệ nhất trên con số đã ghi của mỗi động cơ, và đánh dấu kết quả là giá trị suy ra.
3. So sánh lực đẩy giữ lại với tổng khối lượng cất cánh kèm biên dự phòng cho thẩm quyền điều khiển, nhớ rằng lực đẩy tối đa đã ghi là một mức trần chứ không phải một định mức bay treo.
4. Kiểm tra xem dữ liệu có mang một con số công suất duy trì hay không, và không coi một giá trị dòng đỉnh là thứ thay thế cho nó.
5. Định cỡ dây dẫn, đầu nối và ESC theo dòng đỉnh đã ghi, và kiểm tra tổn thất đồng ở dòng điện đó đối chiếu với đường làm mát sẵn có.
6. Ưu tiên một cửa sổ bus bao được các bộ pin thực sự sẵn có khi thiết kế vẫn đang lặp lại, và coi một số cell cố định là một thông số để thiết kế xoay quanh nó.
7. Kiểm tra đường kính trục, kiểu lắp và chiều dài dây dẫn đối chiếu với vị trí ESC, và không so sánh chiều dài cáp với chiều dài dây dẫn như thể chúng là cùng một phép đo.
8. Ghi lại mọi cột mà dữ liệu sản phẩm để trống, để tài liệu thử của nhà sản xuất có thể khép chúng lại trước khi chốt lựa chọn.

Các câu hỏi thường gặp

Tài nguyên chính thức

Cả ba động cơ đều được T-Motor công bố, và các trang của chính nhà sản xuất mang dữ liệu thử cùng tài liệu mà các dữ liệu ToBMS không sao chép lại: U15 II KV80, U15XL KV38 và U15XXL KV29, cùng dải rộng hơn tại cửa hàng chính thức của T-Motor. Ở nơi một dữ liệu ToBMS im lặng - dòng đỉnh và dòng không tải của U15 II KV80, các con số công suất của U15XL KV38 và U15XXL KV29, và bất kỳ giá trị lực đẩy định mức cho bay treo nào trên cả ba - những trang đó hoặc bản dữ liệu tương ứng là nơi khoảng trống phải được khép lại.

Bước tiếp theo

Đọc đến đây tạo ra một danh sách rút gọn chứ chưa phải một quyết định, và ba công cụ biến danh sách đó thành một quyết định: mọi động cơ ở đây đều nằm trong nhóm Động cơ UAV, có thể thu hẹp các phương án theo KV, khối lượng và bus trong Lựa chọn, và có thể đặt hai hoặc ba chiếc cạnh nhau trong So sánh sản phẩm. Khía cạnh ứng dụng của cùng quyết định đó được tập hợp trên trang Hệ thống động lực máy bay có người lái, nơi nhóm các kết quả đã ghi theo nền tảng chứ không theo thông số.

Hai hướng dẫn hiện có mở rộng sang hai bên từ đây. hướng dẫn chọn động cơ drone hạng nặng bao quát hai trong ba động cơ này từ phía hạng tải trọng, nơi ngân sách lực đẩy là ý tưởng tổ chức chứ không phải trường hợp hư hỏng, và là đối trọng với góc nhìn có người lái ở đây. hướng dẫn chọn động cơ UAV đặt những chiếc này trong dải T-Motor rộng hơn nơi các câu hỏi thay đổi hình dạng hoàn toàn, và hướng dẫn đầy đủ về động cơ BLDC đặt mọi nhóm vào một khung chung cho những ai bắt đầu từ công nghệ chứ không từ một khung bay.

Bản tóm gọn: cố định hồ sơ làm việc và bộ pin trước khi so sánh động cơ, tính lực đẩy giữ lại cho trường hợp hư hỏng đơn lẻ tệ nhất thay vì lực đẩy danh nghĩa, rồi chọn giữa những gì còn lại dựa trên khối lượng và hồ sơ tài liệu điện. Trên nhóm này, trình tự đó thường dừng ở U15 II KV80 khi khối lượng và tính linh hoạt của bộ pin chiếm ưu thế, ở U15XL KV38 khi hồ sơ điện phải đầy đủ và bus đã là 24 S, và ở U15XXL KV29 ở bất cứ đâu lực đẩy đã ghi cao nhất trên mỗi động cơ là thứ khung bay thực sự cần.