نحوه محاسبه راهنمای موتور هواپیمای بدون سرنشین گام به گام راهنما

 

در مقالات قبلی خود، بارها اشاره کردیم که موتور، سیستم اصلی تأمین نیروی پهپاد است که تعیین می‌کند آیا پهپاد می‌تواند پرواز کند، در هوا چقدر پایدار است، آیا می‌تواند وزن را حمل کند و چه مدت می‌تواند پرواز کند. شما از قبل می‌دانید که «موتور جریان مستقیم بدون جاروبک (BLDC) چیست»، «موتورهای پهپاد چگونه کار می‌کنند» و «چگونه انواع مختلف موتورهای پهپاد را انتخاب کنیم...»

اکنون زمان آن رسیده است که نگاه دقیق‌تری به یک پارامتر کلیدی دیگر بیندازیم: نیروی رانش.

 

اکنون زمان آن رسیده است که نگاه دقیق‌تری به یک پارامتر کلیدی دیگر بیندازیم: نیروی رانش.

 

نیروی رانش تعیین می‌کند که آیا یک پهپاد می‌تواند بلند شود و در هوا معلق بماند یا خیر، و همچنین تعیین می‌کند که آیا می‌توانید دوربین‌ها، ماژول‌های نقشه‌برداری، بار و سایر تجهیزات ماموریتی را نصب کنید یا خیر.

 

نیروی رانش ناکافی → نمی‌تواند پرواز کند؛ نیروی رانش بیش از حد → انرژی را هدر می‌دهد و استقامت را کاهش می‌دهد.

 

فقط با نیروی رانش مناسب، موتور، پروانه، کنترل‌کننده سرعت الکتریکی و باتری می‌توانند یک سیستم پایدار و کارآمد تشکیل دهند.

 

در بخش بعدی، ایده‌های اصلی ارزیابی نیروی رانش را گام به گام، از تعریف نیروی رانش، محاسبه نیروی موتور، توصیه‌های نسبت نیروی رانش به وزن، تا روش‌های تطبیق ESC، به شما آموزش خواهیم داد.

 

در فیزیک، نیروی رانش نیرویی است که یک جسم را به جلو یا بالا هل می‌دهد و واحد آن معمولاً نیوتن (N) یا گرم (g)/کیلوگرم (kg) است. در صنعت پهپاد، ما اغلب از "گرم" یا "کیلوگرم" برای اندازه‌گیری نیروی رانش موتور استفاده می‌کنیم که مستقیماً نشان می‌دهد چه مقدار وزن می‌تواند "بلند کند".

 

۱. تعریف اولیه نیروی رانش

نیروی رانش = موتور + نیروی رو به بالای ملخ در یک توان ورودی مشخص

به عنوان مثال:

اگر یک موتور 1000 گرم نیروی رانش تولید کند، به این معنی است که می‌تواند وزنی کمتر از 1 کیلوگرم را در شرایط ایستا "بلند کند".

نیروی رانش هر موتور یک کوادکوپتر 1000 گرم و نیروی رانش کل 4000 گرم (4 کیلوگرم) است که از نظر تئوری می‌تواند حداکثر وزن برخاستن 2 کیلوگرم را پشتیبانی کند (نسبت نیروی رانش به وزن 2:1).

این مقدار مستقیماً با "قابلیت برخاستن" و "ظرفیت بار" هواپیما مرتبط است.

 

۲. نیروی رانش استاتیک در مقابل نیروی رانش دینامیک

در کاربردهای عملی، اغلب بین نیروی رانش استاتیک و نیروی رانش دینامیک تمایز قائل می‌شویم:

نوع	تعریف	روش تست
محور استاتیک	رانش تولید شده توسط موتور + پروانه در هوای ثابت	روی سکوی تست Thrust قرار داده شده است
رانش پویا	رانش که موتور + پروانه می تواند در پرواز/حرکت فراهم کند	تونل باد یا اندازه گیری هوایی (پیچیده تر)

مقدار نیروی رانش موتور که اغلب در مورد آن صحبت می‌کنیم، معمولاً به "نیروی رانش استاتیک" اشاره دارد که داده‌های استاندارد آزمایش شده و منتشر شده توسط تولیدکنندگان موتور نیز می‌باشد.

۳. نسبت نیروی رانش به وزن: یک شاخص کلیدی برای انتخاب موتور
نسبت نیروی رانش به وزن = نیروی رانش کل ÷ وزن برخاست، یک شاخص مهم برای ارزیابی عملکرد پرواز است:

پرواز	نسبت رانش به وزن توصیه شده	تصریح کردن
عکاسی هوایی/هواپیمای بدون سرنشین نقشه برداری	2:01	اطمینان از شناور و ثبات بار
عملیات شناسایی صنعتی/ارتفاعات	2.5:1 ~ 3:1	افزونگی را برای مقابله با تغییر در فشار/محیط هوا بهبود بخشید
هواپیمای بدون سرنشین FPV	4:1 ~ 6:1	شتاب سریع و مانورهای شدید به نسبت فشار زیاد به وزن نیاز دارند

به عنوان مثال، برای یک پهپاد عکاسی هوایی با وزن برخاست 1500 گرم، رانش کلی توصیه شده حدود 3000 گرم است، به این معنی که باید راه حلی را انتخاب کنید که هر موتور بتواند حداقل 750 گرم رانش ثابت را ارائه دهد.

 

برای درک مکانیسم تولید رانش حرکتی ، باید یک رابطه بدنی اساسی را درک کنید:

موتور موتور (W)=} ولتاژ (V) × جریان (A)

 

تولید نیروی رانش اساساً به این صورت است که پس از اینکه موتور مقدار مشخصی از توان الکتریکی را مصرف کرد، هوا را از طریق پروانه به سمت پایین شتاب می‌دهد و در نتیجه یک نیروی واکنش به سمت بالا ایجاد می‌کند. هرچه نیروی رانش بیشتر باشد، مصرف برق بیشتر، جریان بیشتر و افزایش دما سریع‌تر خواهد بود.

 

1. تأثیر ولتاژ ، جریان و قدرت در رانش

پارامتر	بیانیه تأثیر
ولتاژ (V)	هرچه ولتاژ بالاتر باشد ، هنگامی که جریان یکسان باشد ، تولید برق بالاتر می رود→ مناسب تر برای سکوهای بزرگ رانش
جریان (الف)	شدت بار فعلی موتور را نشان می دهد . هرچه بار بیشتر باشد ، قدرت بیشتری مصرف می شود و دما افزایش می یابد . باید با ESC کافی مطابقت داشته باشد .
قدرت (W)	هر چه قدرت بیشتر باشد، از نظر تئوری نیروی رانش بیشتر است، اما مراقب باشید که آیا از محدودیت‌های موتور و ESC فراتر می‌رود یا خیر.

 

افزایش نیروی رانش را نمی‌توان صرفاً با افزایش یک پارامتر واحد به دست آورد. برای مثال، افزایش ساده ولتاژ یا جریان ممکن است باعث گرم شدن بیش از حد، سوختن ESC، افت ولتاژ باتری یا حتی از دست دادن کنترل پرواز شود.

 

2. رابطه بین مقدار KV و رانش: با "سرعت بالا" اشتباه گرفته نشود

مقدار KV (RPM/V) نشان دهنده سرعتی است که موتور می‌تواند در حالت بدون بار و با ولتاژ ورودی ۱ ولت به آن برسد. به عنوان مثال، برای یک موتور 1000 کیلوولت، سرعت تئوری 10000 دور در دقیقه در ولتاژ 10 ولت است.

مقدار KV بالا: سرعت بالا، اما گشتاور کم، مناسب برای پروانه‌های کوچک، بارهای سبک و سناریوهای مسابقه‌ای؛

مقدار KV پایین: سرعت کم اما گشتاور بالا، مناسب برای پروانه‌های بزرگ، رانش بزرگ و سکوهای تحمل بار.

تصور غلط: KV بالاتر لزوماً به معنای رانش بیشتر نیست. رانش واقعی به قدرت و راندمانی بستگی دارد که موتور می‌تواند به طور مداوم تحت بار خاصی (پروانه) تولید کند.

 

3. تجزیه و تحلیل مثال: تفاوت های رانش KV های مختلف بر روی یک سکو

دو موتور VSD را به عنوان مثال در نظر بگیرید:

مدل	مقدار kV	دامنه ولتاژ	حداکثر قدرت	حداکثر رانش	کاربرد
2306	2400 کیلو ولت	6S	901W	1683g	دستگاه مسابقه FPV
3115	900 کیلو ولت	6S~8S	1617W	4185g	عکاسی هوایی چند روتور

 

با همان ولتاژ 6S، اگرچه موتور 2306 سرعت بالایی دارد، اما نیروی رانش آن به وضوح کمتر از موتور 3115 است. این بهترین توضیح است که مقدار KV متناسب با نیروی رانش نیست.

 

محاسبه نیروی رانش موتور آنطور که بسیاری از مردم فکر می‌کنند «متافیزیکی» نیست. حتی اگر تجهیزات آزمایش پیچیده‌ای نداشته باشید، تا زمانی که به منطق اولیه، داده‌های مرجع و تخمین‌های معقول تسلط داشته باشید، می‌توانید قضاوت اولیه‌ای در مورد مناسب بودن موتور برای پروژه پهپاد خود داشته باشید.

ما در سه سطح به شما آموزش می‌دهیم:

1. روش تخمین نسبت نیروی رانش به وزن (قابل اجرا در اکثر سناریوهای کاربردی)

این رایج‌ترین و عملی‌ترین مبنا برای انتخاب است:

نیروی رانش کل توصیه شده = وزن برخاست × نسبت نیروی رانش به وزن توصیه شده

نوع پرواز	نسبت رانش به وزن توصیه شده
عکاسی/نقشه برداری هوایی	2:01
محموله/تحقیقات صنعتی	2.5–3:1
مسابقه از طریق	4–6:1

 

مثال:

شما قصد دارید یک پهپاد کوادکوپتر برای عکاسی هوایی مونتاژ کنید. وزن برخاست آن در حالت کاملاً بارگیری شده ۲.۲ کیلوگرم است.

نسبت رانش به وزن توصیه شده ۲:۱ است، بنابراین به رانش کل ≥ ۴.۴ کیلوگرم (۴۴۰۰ گرم) نیاز دارید.

پس حداقل رانش هر موتور باید ۱۱۰۰ گرم باشد.

 

۲. روش مقایسه جدولی (در صورت وجود داده‌های تست سازنده قابل اجرا است)

اگر موتوری با داده‌های تست دقیق مانند سری VSD انتخاب می‌کنید، می‌توانید مستقیماً به حداکثر پارامترهای رانش استاتیک آن مراجعه کرده و آنها را با نیازهای خود مقایسه کنید.

مدل موتور	ولتاژ توصیه شده	حداکثر رانش	حداکثر بار توصیه شده (نسبت فشار به وزن 2: 1)
3115	6S–8S	4185g	کمتر از یا برابر با2.1 کیلوگرم
2808	6S	2910g	کمتر از یا برابر با1.45 کیلوگرم
2306	6S	1683g	کمتر از یا برابر با0.8 کیلوگرم

 

به این ترتیب، می‌توانید به سرعت طیف موتورهایی را که نیازهای بار کل دستگاه را برآورده می‌کنند، فیلتر کنید.

 

۳. روش محاسبه دستی (برای تخمین دقیق یا کاربران DIY)

اگر به پارامترها بسیار حساس هستید یا داده‌های پیشران آماده ندارید، می‌توانید آن را بر اساس رابطه زیر نیز تخمین بزنید:

(1) تخمین روش توان:

پیشران نظری ≈ C × √(توان × قطر پروانه)

که در آن C یک ضریب تجربی است که معمولاً از حدود ۶ تا ۹ متغیر است. هرچه پروانه بزرگتر باشد، راندمان بالاتر است.

مثال: شما حداکثر توان موتور را 1600 وات با یک ملخ 13 اینچی تخمین می زنید.

رانش تخمینی ≈ 7 × √ (1600 × 13) ≈ 7 × √ 20800 ≈ 7 × 144 ≈ 1008 گرم است

این روش برای تخمین تقریبی مناسب است و رانش واقعی همچنان باید بر اساس اندازه گیری های واقعی باشد.

 

پس از تعیین مدل رانش و موتور مورد نیاز، مرحله بعدی بررسی تطبیق سیستم پشتیبانی، به ویژه ESC و باتری است. اگر جریان ESC کافی نباشد و خروجی باتری ناپایدار باشد، سیستم حتی اگر رانش کافی باشد، به طور پایدار کار نخواهد کرد.

 

در اینجا سه ​​اصل اصلی تطبیق وجود دارد:

۱. جریان ESC باید بیشتر از حداکثر جریان موتور باشد.

جریان نامی ESC باید با ضریب ۱.۲ تا ۱.۵ از حداکثر جریان مداوم موتور بیشتر باشد.

توصیه عملی: ESC ای را انتخاب کنید که ۲۰ تا ۵۰ درصد بیشتر از حداکثر جریان موتور باشد.

مثال:

موتور VSD 3115، حداکثر جریان حدود ۵۰ آمپر است.

→ جریان ESC توصیه شده ≥ ۶۰ آمپر

موتور VSD 2306، حداکثر جریان حدود ۳۵ آمپر است.

→ جریان ESC توصیه شده ≥ ۴۵ آمپر

توجه: اگرچه انتخاب ESC خیلی بزرگ ایمن است، اما ممکن است وزن و مصرف برق را نیز افزایش دهد و در نتیجه باعث اتلاف راندمان شود.

 

۲. ولتاژ باتری باید با مقدار KV موتور و محیط استفاده مطابقت داشته باشد.

مقدار KV تعیین می‌کند که از چند باتری S باید استفاده کنید (۱S = ۳.۷ ولت). انتخاب ولتاژ باتری اشتباه منجر به رانش ناکافی یا اضافه بار و فرسودگی خواهد شد.

دامنه kV	شماره باتری توصیه شده	پیشنهادات درخواست
800–1000 کیلو ولت	6S ~ 8S	عکاسی/نقشه برداری هوایی در مقیاس متوسط و بزرگ
1300–1500 کیلو ولت	4S ~ 6S	بستر چند روتور
1800kV و بالاتر	4S ~ 6S	مسابقه FPV ، هواپیماهای سبک

 

مثال:

موتور VSD 4720، 420KV → 6S ~ 8S توصیه می‌شود

موتور VSD 2808، 1500KV → 6S توصیه می‌شود

موتور VSD 2306، 2400KV → 4S یا 6S توصیه می‌شود (بسته به الزامات کار)

 

3. اندازه پروانه بر راندمان رانش و بار سیستم تأثیر می‌گذارد. هرچه اندازه پروانه بزرگتر باشد،

گشتاور و رانش بیشتر می‌شود، اما بار بیشتری بر روی ESC و موتور وارد می‌شود. توصیه می‌شود بر اساس داده‌های آزمایشی ارائه شده توسط سازنده، یک ترکیب منطقی از نوع پروانه انتخاب کنید.

همراه با کیس‌های موتور VSD، به سرعت انتخاب رانش و سیستم پشتیبانی را تکمیل کنید.

در بخش‌های قبلی، تعریف رانش، روش محاسبه، رابطه ولتاژ-جریان و نحوه انتخاب ESC و باتری را توضیح دادیم. اکنون، از داده‌های واقعی موتورهای پهپاد VSD برای نشان دادن یک منطق انتخاب عملی استفاده خواهیم کرد.

در ادامه چند مدل معمول از پیشنهادهای انتخاب تطبیقی، مناسب برای سناریوهای مختلف پرواز، از پهپادهای سبک کراس کانتری گرفته تا مولتی روتورهای بزرگ، ارائه شده است:

مدل موتور	مقدار kV	توصیه های ولتاژ	حداکثر رانش	تیغه های پروانه توصیه شده	جریان توصیه شده ESC	سناریوهای قابل اجرا
2306 موتور هواپیمای بدون سرنشین	1800–2400 کیلو ولت	4S~6S	1683g	5×4.3×3 پروانه سه تیغه	بزرگتر از یا برابر با40A	مسابقه FPV/ هواپیمای بدون سرنشین
2808 موتور هواپیمای بدون سرنشین	1300–1950 کیلو ولت	6S	2910g	{0}} پروانه اینچ	بزرگتر از یا برابر با45A	مسابقه متوسط/ مولتیوتور بار کوچک
موتور هواپیمای بدون سرنشین 2207	1960kv	6S	1702g	پیشران 5 اینچی	بزرگتر از یا برابر با40A	هواپیمای بدون سرنشین
3115 موتور هواپیمای بدون سرنشین	900–1520kv	6S~8S	4185g	13×6.5 پروانه	بزرگتر از یا برابر با60A	عکاسی هوایی/هواپیماهای بدون سرنشین شناسایی
2812 موتور هواپیمای بدون سرنشین	900 کیلو ولت	6S	2710g	{0}} پروانه اینچ	بزرگتر از یا برابر با50A	عکاسی هوایی بار متوسط/سکوی پرواز صنعتی
2807 موتور هواپیمای بدون سرنشین	1350–1750 کیلو ولت	4S~6S	2728g	{0}} پروانه اینچ	بزرگتر از یا برابر با50A	مانور بالا چندتایی / پلت فرم انعطاف پذیر
4720 موتور هواپیمای بدون سرنشین	420kv	6S~8S	7232g	15×7×3 یا 13×9×3	بزرگتر از یا برابر با80~100A	بررسی هوایی متوسط و بزرگ/سکوی تجاری
5315 موتور هواپیمای بدون سرنشین	380 کیلو ولت	6S~12S	9034g	18×5.5 پروانه	بزرگتر از یا برابر با100A	سیستم پهپادهای بارگذاری بار/تحویل درجه صنعتی

 

توجه: مقدار جریان ESC در جدول توصیه می شود ≥ حداکثر جریان موتور × 1.2 ~ 1.5 باشد. اندازه پروانه بر اساس راندمان آزمایش توصیه می‌شود. انتخاب واقعی باید بر اساس بار، زمان پرواز و ساختار بدنه تنظیم دقیق شود.

 

یادآوری نکات انتخاب:

اگر نگران عمر باتری هستید، باید ترکیب KV پایین + ملخ بزرگ را در اولویت قرار دهید.

اگر به دنبال قدرت انفجاری یا پاسخ مسابقه‌ای هستید، انتخاب KV بالا + ملخ کوچک چابک‌تر خواهد بود.

توصیه می‌شود از باتری‌های با نرخ C بالا استفاده کنید تا از تنگناهای جریان که بر عملکرد رانش تأثیر می‌گذارند، جلوگیری شود.

ESC باید جریان کافی داشته باشد تا از سوختن آن به دلیل بار سنگین طولانی مدت جلوگیری شود.

در VSD، ما داده‌های تست کامل و توصیه‌های پشتیبانی را برای هر مدل ارائه داده‌ایم تا به شما در انتخاب سریع سیستم قدرت و کاهش هزینه‌های آزمون و خطا کمک کنیم.

برای دریافت برگه‌های اطلاعات دقیق، منحنی‌های عملکرد رانش یا توصیه‌های سیستم قدرت سفارشی، با تیم ما تماس بگیرید. ما پشتیبانی کامل را برای مشتریان OEM/ODM ارائه می‌دهیم - از مشاوره طراحی تا تولید انبوه. ما پشتیبانی یک مرحله‌ای را از تطبیق راه‌حل تا تولید انبوه برای مشتریان OEM/ODM ارائه می‌دهیم.