Як обчислити двигун двигуна поетапно поетапно

 

У наших попередніх статтях ми неодноразово згадували, що двигун - це основна система живлення безпілотника, яка визначає, чи може безпілотник літати, наскільки він стабільний у повітрі, чи може він переносити вагу і як довго він може літати. Ви вже знаєтеЩо таке безщасливий двигун постійного струму (BLDC), Як працюють дронові двигуниіЯк вибрати різні типи дронних двигунів ...

 

Тепер настав час уважніше подивитися на інший ключовий параметр: поштовх.

 

Thrut визначає, чи може безпілотник зняти та навести курсор, а також визначає, чи можете ви встановити камери, відображення модулів, завантажувати вантаж та інше обладнання для місії.

 

Недостатня тяга → не може літати; Занадто багато тяги → витрачає енергію і скорочує витривалість.

Тільки при відповідній тязі може двигун, гвинт, електричний контролер швидкості та акумулятор утворювати стабільну та ефективну систему.

 

У наступному розділі ми навчимо вас основним ідеям оцінки тяги поетапно, від визначення тяги, розрахунку потужності двигуна, рекомендацій співвідношення ваги до ваги до методів відповідності ESC.

 

У фізиці тяга - це сила, яка штовхає предмет вперед або вгору, а його одиниця, як правило, Ньютон (n) або грам (g)/кілограм (кг). У галузі безпілотників ми частіше використовуємо "грам" або "кілограми" для вимірювання тяги двигуна, що безпосередньо відображає, скільки ваги він може "підняти".

 

1. Основне визначення тяги

Thrult=двигун + пропелера вгору при певній вхідній потужності

 

Наприклад:

Якщо двигун виробляє 1000 г тяги, це означає, що він може "підняти" вагу менше 1 кг в статичних умовах.

 

Потяг кожного двигуна квадрокоптера становить 1000 г, а загальна тяга-4000 г (4 кг), що теоретично може підтримувати максимальну вагу зльоту 2 кг (співвідношення тяги до ваги 2: 1).

Це значення безпосередньо пов'язане з "можливою зльотом літака" та "вантажопідйомністю".

 

2. Статична тяга проти динамічної тяги

У практичних застосуванні ми часто розрізняємо статичну тягу та динамічну тягу:

тип	Визначення	Метод випробування
Статична тяга	Тяга, створена двигуном + гвинт у нерухомому повітрі	Розміщується на тестовому платформі Trust
Динамічна тяга	Тяга, яку мотор + гвинт може забезпечити в польоті/руху	Вітрові тунель або повітряне вимірювання (складніше)

Значення моторного тяги, про яке ми часто говоримо, як правило, відноситься до "статичної тяги", яка також є стандартними даними, випробуваними та опублікованими виробниками двигуна.

 

3. Коефіцієнт тяги до ваги: ключовий індикатор для вибору двигуна

Коефіцієнт тяги до ваги=Загальна тяга ÷ Вага зльоту-важливий показник для оцінки продуктивності польоту:

Використання польоту	Рекомендоване співвідношення тяги до ваги	ілюструє
Повітряна фотографія/картографування безпілотника	2:01	Забезпечити наведення та стабільність навантаження
Промислові розвідки/високогір'я	2.5:1 ~ 3:1	Поліпшити надмірність, щоб впоратися зі змінами тиску/навколишнього середовища повітря
Гоночний безпілотник FPV	4:1 ~ 6:1	Швидке прискорення та інтенсивні маневри потребують високого співвідношення тяги до ваги

Наприклад, для безпілотника з повітряної фотографії з ваги зліт 1500 г, рекомендована загальна тяга становить близько 3000 г, а це означає, що вам потрібно вибрати рішення, де кожен двигун може забезпечити щонайменше 750 г статичної тяги.

 

Щоб зрозуміти механізм покоління рухової тяги, ви повинні розуміти основні фізичні стосунки:

Потужність двигуна (w)=напруга (v) × струм (a)

 

По суті, що генерація тяги полягає в тому, що після того, як двигун споживає певну кількість електроенергії, він прискорює повітря вниз через гвинт, тим самим генеруючи силу реакції вгору. Чим більша тяга, тим вище споживання електроенергії, тим більший струм і тим швидше підвищення температури.

 

1. Вплив напруги, струму та потужності на тягу

параметр	Заява про вплив
Напруга (v)	Чим вище напруга, тим вище потужність, коли струм однаковий→ Більш придатні для великих платформ тяги
Струм (a)	Позначає інтенсивність навантаження струму двигуна. Чим більше навантаження, тим більше потужності він споживає і тим вище підвищення температури. Його потрібно відповідати достатнім ESC.
Влада (w)	Чим більша потужність, тим більша тяга в теорії, але будьте обережні, чи перевищує вона межі двигуна та ESC.

 

Посилення тяги неможливо досягти, просто збільшивши один параметр. Наприклад, просто збільшення напруги або струму може спричинити перегрів, спалювання ESC, падіння напруги акумулятора або навіть втрата контролю польоту.

 

2. Зв'язок між значенням KV та тягою: не плутайте "високу швидкість"

Значення KV (RPM/V) вказує на швидкість, до якої двигун може досягти, коли двигун знаходиться в умовах без навантаження, а вхідна напруга-1В. Наприклад, для двигуна 1 000 KV теоретична швидкість становить 10 000 об / хв при 10 В напрузі.

 

Високе значення КВ: висока швидкість, але низький крутний момент, підходить для малих гвинтів, світлих навантажень та сценаріїв гонок;

 

Низьке значення КВ: низька швидкість, але високий крутний момент, підходить для великих гвинтів, великих платформ, що несуть в собі.

Помилкове уявлення: Вищий КВ не обов'язково означає більшу тягу. Справжня тяга залежить від потужності та ефективності, які двигун може постійно виводити під певним навантаженням (гвинт).

 

3. Приклад аналізу: відмінності до різних КВ на одній платформі

Візьміть два двигуни VSD як приклад:

модель	Значення КВ	Діапазон напруги	Максимальна потужність	Максимальна тяга	застосування
2306	2400 кВ	6S	901W	1683g	Racing Machine FPV
3115	900 кВ	6S~8S	1617W	4185g	Мульти-роторна повітряна фотографія

 

З тією ж напругою 6S, хоча 2306 має високу швидкість, його тяга, очевидно, нижча, ніж у 3115. Це найкраще пояснення, що значення KV не пропорційне тязі.

 

Обчислення рухової тяги не є такою "метафізичною", як багато людей думають. Навіть якщо у вас немає складного тестувального обладнання, доки ви освоїте основну логіку, довідкові дані та розумні оцінки, ви можете зробити попереднє судження щодо того, чи підходить двигун для вашого проекту безпілотників.

 

Ми навчаємо вас на трьох рівнях:

1. Метод оцінки співвідношення тяги до ваги (застосовується до більшості сценаріїв додатків)

Це найпоширеніша і практична основа для відбору:

Рекомендована загальна тяга=Вага зльоту × Рекомендована співвідношення тяги до ваги

Тип польоту	Рекомендоване співвідношення тяги до ваги
Повітряна фотографія/картографування	2:01
Вантажі/промислові розслідування	2.5–3:1
Перегони через	4–6:1

 

Приклад:

Ви збираєтеся зібрати квадрокоптерний безпілотник для повітряної фотографії. Його вага зльоту при повному завантаженні становить 2,2 кг.

Рекомендоване співвідношення тяги до ваги становить 2: 1, тому вам потрібна загальна тяга більше або дорівнює 4,4 кг (4400 г).

Тоді мінімальна тяга кожного двигуна повинна бути: 1100г.

 

2. Метод порівняння таблиці (застосовується, коли є дані випробувань виробника)

Якщо ви вибрали двигун з детальними даними тестів, такими як серія VSD, ви можете безпосередньо посилатися на його максимальні параметри статичної тяги та порівняти їх з вашими потребами.

Моторна модель	Рекомендована напруга	Максимальна тяга	Рекомендоване максимальне навантаження (співвідношення тяги до ваги 2: 1)
3115	6S–8S	4185g	Менше або дорівнює2,1 кг
2808	6S	2910g	Менше або дорівнює1,45 кг
2306	6S	1683g	Менше або дорівнює0. 8 кг

 

Таким чином ви можете швидко відфільтрувати діапазон двигунів, які відповідають вимогам навантаження всієї машини.

 

3. Метод розрахунку вручну (для детальної оцінки або користувачів самостійно)

Якщо ви дуже чутливі до параметрів або не маєте готових даних про тягу, ви також можете оцінити їх на основі наступних відносин:

(1) Оцінка методу живлення:

Теоретична тяга ≈ c × √ (потужність × діаметр гвинта)

Там, де С - емпіричний коефіцієнт, як правило, від 6 до 9. Чим більший гвинт, тим вище ефективність.

 

Приклад: Ви оцінюєте максимальну потужність двигуна на 1600 Вт за допомогою гвинта 13- дюйма.

Орієнтовна тяга становить ≈ 7 × √ (1600 × 13) ≈ 7 × √20800 ≈ 7 × 144 ≈ 1008 гг

 

Цей метод підходить для приблизної оцінки, і фактична тяга все ще повинна базуватися на фактичних вимірах.

 

Після того, як ви визначили необхідну модель тяги та двигуна, наступним кроком є врахування відповідності опорної системи, особливо ESC та акумулятора. Якщо струм ESC недостатній і вихід акумулятора нестабільний, система не буде працювати стабільно, навіть якщо тяга буде достатньою.

 

Ось три основні принципи відповідності:

1. Струм ESC повинен бути більшим, ніж максимальний струм двигуна

Рейтинг струму ESC повинен перевищувати максимальний безперервний струм двигуна в коефіцієнт від 1,2 до 1,5

 

Практична порада: Виберіть ESC, який 20-50% вище, ніж максимальний струм двигуна

 

Приклад:

Двигун VSD 3115, максимальний струм становить близько 50a

→ Рекомендований струм ESC більше або дорівнює 60А

 

Двигун VSD 2306, максимальний струм становить близько 35А

→ Рекомендований струм ESC більше або дорівнює 45А

 

Примітка. Хоча вибір занадто великого ESC є безпечним, він також може збільшити вагу та енергоспоживання, що призводить до ефективності відходів.

 

2. Напруга акумулятора повинна відповідати значенням двигуна KV та середовищем використання

Значення KV визначає, скільки S батарей слід використовувати (1s=3. 7V). Вибір неправильної напруги акумулятора призведе до недостатньої тяги або перевантаження та вигорання.

Діапазон KV	Рекомендований номер акумулятора	Пропозиції щодо застосування
800–1000 кВ	6S ~ 8S	Середня та масштабна повітряна фотографія/опитування
1300–1500 кВ	4S ~ 6S	Мульти-роторна платформа
1800 кВ і вище	4S ~ 6S	FPV Racing, легкі літаки

 

Приклад:

VSD 4720 двигун, 420 кВ → 6S ~ 8s Рекомендовано

VSD 2808 Двигун, 1500 кВ → 6S Рекомендовано

VSD 2306 Двигун, 2400 кВ → 4S або 6S рекомендується (залежно від вимог завдання)

 

3. Розмір гвинта впливає на ефективність тяги та навантаження на систему

Чим більший розмір гвинта, тим більший крутний момент і тяга, але тим більший тягар на ESC та мотор. Рекомендується вибрати обґрунтовану комбінацію типу гвинта на основі тестових даних, наданих виробником.

 

У поєднанні з двигунами VSD швидко завершіть вибір тяги та допоміжної системи

У попередніх розділах ми пояснили визначення тяги, метод розрахунку, взаємозв'язок напруги та способу вибору ESC та акумулятора. Тепер ми будемо використовувати реальні дані VSD Drone Motors, щоб показати вам практичну логіку вибору.

 

Нижче наведено деякі типові моделі відповідних пропозицій щодо вибору, придатні для різних сценаріїв польоту від легких крос-дронів до великих мульти-роторів:

Моторна модель	Значення КВ	Рекомендації напруги	Максимальна тяга	Рекомендовані лопаті гвинта	Рекомендовано ESC Current	Застосовувані сценарії
2306 Дроновий двигун	1800–2400 кВ	4S~6S	1683g	5×4.3×3 пропелер три лезу	Більше або дорівнює40A	FPV перегони/ дрон
2808 дроновий двигун	1300–1950 кВ	6S	2910g	7-9 дюймовий гвинт	Більше або дорівнює45A	Середні гонки/ малі навантаження багаторітор
2207 мотор безпілотників	1960 кВ	6S	1702g	5 -дюймовий гвинт	Більше або дорівнює40A	Гоночний безпілотник
3115 мотор безпілотників	900–1520 кВ	6S~8S	4185g	13×6.5 гвинт	Більше або дорівнює60A	Повітряна фотографія/розвідувальні безпілотники
2812 дроновий двигун	900 кВ	6S	2710g	10-12 дюймовий гвинт	Більше або дорівнює50A	Середня навантаження повітряна фотографія/промислова польотна платформа
2807 мотор безпілотників	1350–1750 кВ	4S~6S	2728g	6-8 дюймовий гвинт	Більше або дорівнює50A	Висока маневреність багаторічна / гнучка платформа
4720 мотор безпілотників	420 кВ	6S~8S	7232g	15×7×3 або 13×9×3	Більше або дорівнює80~100A	Середня та велика повітряна обстеження/комерційна платформа
5315 дроновий двигун	380 кВ	6S~12S	9034g	18×5,5 гвинта	Більше або дорівнює100A	Платформа безпілотника промислового класу/платформа доставки

 

Примітка: Значення струму ESC в таблиці рекомендується бути більшим або дорівнює максимальному струму двигуна × 1,2 ~ 1,5. Розмір гвинта рекомендується на основі ефективності тесту. Фактичний вибір повинен бути тонко налаштований на основі навантаження, часу польоту та структури тіла.

 

Поради щодо вибору:

 

Якщо ви стурбовані терміном роботи акумулятора, вам слід надати пріоритет низькій комбінації KV + великої гвинта;

 

Якщо ви шукаєте вибухову силу або гоночну реакцію, вибір високого KV + невеликого гвинта буде більш спритним;

 

Рекомендується використовувати батареї з високою ставкою С, щоб уникнути поточних вузьких місць, що впливають на продуктивність тяги.

 

ESC повинен мати достатню кількість струму, щоб запобігти його спаленню через довгострокове велике навантаження.

 

У VSD ми надали повні дані тестування та допоміжні рекомендації для кожної моделі, які допоможуть вам швидко завершити вибір електроенергії та зменшити витрати на випробування та помилки.

 

Для детальних таблиць даних, кривих продуктивності тяги або спеціальних рекомендацій живлення систем не соромтеся звертатися до нашої команди. Ми пропонуємо повну підтримку клієнтів OEM/ODM з консультацій з дизайну для масового виробництва. Ми надаємо підтримку єдиної зупинки від відповідності рішення до масового виробництва для клієнтів OEM/ODM.