Jak obliczyć ciąg po kroku Przewodnik po kroku

 

W naszych poprzednich artykułach wielokrotnie wspominaliśmy, że silnik jest podstawowym systemem zasilania drona, który określa, czy dron może latać, jak stabilny jest w powietrzu, czy może przenosić wagę i jak długo może latać . już znaszJaki jest bezszczotkowy silnik DC (BLDC), Jak działają silniki dronów, I Jak wybrać różne typy silników dronów ...

 

Teraz czas przyjrzeć się bliżej kolejnemu kluczowemu parametrowi: ciągowi.

 

Ciąg decyduje o tym, czy dron może wystartować i zawisnąć w powietrzu, a także o tym, czy można zamontować kamery, moduły mapujące, załadować ładunek i inny sprzęt do misji.

 

Niewystarczający ciąg → nie można latać; zbyt duży ciąg → marnuje energię i skraca czas lotu.

 

Tylko przy odpowiednim ciągu silnik, śmigło, elektryczny regulator prędkości i akumulator mogą stworzyć stabilny i wydajny system.

 

W poniższej sekcji przedstawimy krok po kroku podstawowe koncepcje oceny ciągu, począwszy od definicji ciągu, obliczenia mocy silnika, zaleceń dotyczących stosunku ciągu do masy, aż po metody dopasowania ESC.

 

W fizyce ciąg to siła, która popycha obiekt do przodu lub w górę, a jej jednostką jest zazwyczaj niuton (N) lub gram (g)/kilogram (kg). W branży dronów częściej używamy „gramów" lub „kilogramów" do pomiaru ciągu silnika, który bezpośrednio odzwierciedla, ile ciężaru może on „unieść".

 

1. Podstawowa definicja ciągu

Ciąg = Silnik + siła śmigła skierowana w górę przy określonej mocy wejściowej

 

Na przykład:

Jeśli silnik wytwarza ciąg 1000 g, oznacza to, że może „unieść" ciężar mniejszy niż 1 kg w warunkach statycznych.

 

Ciąg każdego silnika quadrocoptera wynosi 1000 g, a całkowity ciąg wynosi 4000 g (4 kg), co teoretycznie pozwala na podniesienie maksymalnej masy startowej 2 kg (stosunek ciągu do masy 2:1).

Wartość ta jest bezpośrednio związana ze zdolnością startową i ładownością samolotu.

 

2. statyczny pchód vs dynamiczny

W praktycznych zastosowaniach często rozróżniamy statyczny ciągu od ciągu dynamicznego:

typ	Definicja	Metoda testowa
Statyczny pchnięcie	Pęd generowany przez silnik + śmigło w nieruchomym powietrzu	Umieszczone na platformie testowej ciągu
Dynamiczny ciąg	Pchnięcie, jakie silnik + śmigło może zapewnić w locie/ruch	Pomiar w tunelu aerodynamicznym (bardziej złożony)

Wartość ciągu silnika, o której często rozmawiamy, zwykle odnosi się do „statycznego ciągu", który jest również standardowymi testowanymi i opublikowanymi przez producentów silników .

 

3. Współczynnik pędzla do masy: kluczowy wskaźnik wyboru silnika

Współczynnik pęd do masy=Całkowita waga startowa ÷ jest ważnym wskaźnikiem oceny wydajności lotu:

Używanie lotu	Zalecany stosunek pęd do masy	zilustrować
Fotografia lotnicza/dron mapowania	2:01	Zapewnić unoszenie i stabilność ładowania
Operacje rozpoznawcze/wyżynne przemysłowe	2.5:1 ~ 3:1	Poprawić redundancję, aby poradzić sobie ze zmianami ciśnienia powietrza/środowiska
Dron wyścigowy FPV	4:1 ~ 6:1	Szybkie przyspieszenie i intensywne manewry wymagają wysokiego stosunku pęd do masy

Na przykład, w przypadku drona fotografii lotniczej o masie startowej 1500 g, zalecany ciąg całkowity wynosi około 3000 g, co oznacza, że musisz wybrać rozwiązanie, w którym każdy silnik może zapewnić co najmniej 750 g statycznego ciągu .

 

Aby zrozumieć mechanizm generowania ciągu ruchu, musisz zrozumieć podstawowy związek fizyczny:

Motor (w)=napięcie (v) × prąd (a)

 

Generowanie ciągu polega zasadniczo na tym, że po zużyciu określonej ilości energii elektrycznej silnik przyspiesza powietrze w dół przez śmigło, generując w ten sposób siłę reakcji skierowaną w górę. Im większy ciąg, tym większe zużycie energii, większy prąd i szybszy wzrost temperatury.

 

1. Wpływ napięcia, prądu i mocy na pchnięcie

parametr	Oświadczenie o wpływie
Napięcie (v)	Im wyższe napięcie, tym wyższa moc wyjściowa, gdy prąd jest taki sam→ bardziej odpowiednie dla dużych platform ciągu
Bieżący (a)	Wskazuje bieżącą intensywność obciążenia silnika ., im większy obciążenie, tym większa moc zużywa i im wyższa wzrost temperatury . należy dopasować do wystarczającej ESC .
Moc (w)	Im większa moc, tym większy ciąg teoretycznie, ale uważaj, czy przekracza granice silnika i ESC .

 

Nie można osiągnąć ulepszenia ciągu, po prostu zwiększając pojedynczy parametr ., na przykład po prostu zwiększenie napięcia lub prądu może powodować przegrzanie, spalanie, spadek napięcia akumulatora, a nawet utrata kontroli lotu .

 

2. Związek między wartością KV a pchnięciem: Nie daj się mylić przez „dużą prędkość"

Wartość KV (obr./min/V) wskazuje prędkość, jaką silnik może osiągnąć w stanie bez obciążenia, przy napięciu wejściowym 1 V. Na przykład, dla silnika 1000 kV, teoretyczna prędkość wynosi 10 000 obr./min przy napięciu 10 V.

 

Wysoka wartość KV: duży prędkość, ale niski moment obrotowy, odpowiedni dla małych śmigieł, lekkich obciążeń i scenariuszy wyścigowych;

 

Niska wartość KV: Niska prędkość, ale wysoki moment obrotowy, odpowiednie dla dużych śmigieł, dużych platform zawierających pęd i obciążenie .

Błędne przekonanie: Wyższy kv niekoniecznie oznacza większy ciąg . Rzeczywisty ciąg zależy od mocy i wydajności, jaką silnik może stale wysyłać pod pewnym obciążeniem (śmigła) .

 

3. Analiza przykładowa: Różnice w oparciu różnych KVS na tej samej platformie

Weźmy na przykład dwa silniki VSD:

model	Wartość KV	Zakres napięcia	Maksymalna moc	Maksymalny ciąg	aplikacja
2306	2400 kV	6S	901W	1683g	Maszyna wyścigowa FPV
3115	900KV	6S~8S	1617W	4185g	Multi-Rotor Aerial Photography

 

Przy tym samym napięciu 6S, chociaż 2306 ma dużą prędkość, jego pchnięcie jest oczywiście niższe niż 3115. To jest najlepsze wyjaśnienie, że wartość KV nie jest proporcjonalna do pchnięcia .

 

Obliczanie ciągu silnika nie jest tak „metafizyczne", jak wielu ludzi myśli. Nawet jeśli nie dysponujesz zaawansowanym sprzętem testowym, o ile opanujesz podstawy logiki, dane referencyjne i rozsądne szacunki, możesz wstępnie ocenić, czy silnik nadaje się do Twojego projektu drona.

 

Uczymy Cię na trzech poziomach:

1. Metoda szacowania wskaźnika pędzla do ważności (mającą zastosowanie do większości scenariuszy aplikacji)

Jest to najczęstsza i praktyczna podstawa do wyboru:

Zalecany całkowity ciąg=Waga startowa × Zalecany stosunek pęd do masy

Typ lotu	Zalecany stosunek pęd do masy
Fotografia lotnicza/mapowanie	2:01
Dochodzenie ładunkowe/przemysłowe	2.5–3:1
Ściganie się	4–6:1

 

przykład:

Zamierzasz zgromadzić drona quadcoptera do fotografii lotniczej ., jego masa startowa, gdy jest całkowicie załadowana, wynosi 2 . 2 kg.

Zalecany stosunek pęd do masy wynosi 2: 1, więc potrzebujesz całkowitego ciągu większego lub równego 4 . 4 kg (4400 g).

Wtedy minimalny ciąg każdego silnika powinien wynosić: 1100G .

 

2. Metoda porównania tabeli (obowiązująca, gdy są dane testowe producenta)

Jeśli wybierzesz silnik ze szczegółowymi danymi testowymi, takimi jak seria VSD, możesz bezpośrednio odwołać się do jego maksymalnych parametrów statycznych i porównać je z potrzebami .

Model silnika	Zalecane napięcie	Maksymalny ciąg	Zalecane maksymalne obciążenie (stosunek pęd do masy 2: 1)
3115	6S–8S	4185g	Mniej niż lub równy2,1 kg
2808	6S	2910g	Mniej niż lub równy1,45 kg
2306	6S	1683g	Mniej niż lub równy0,8 kg

 

W ten sposób możesz szybko odfiltrować zakres silników, które spełniają wymagania obciążenia całego urządzenia .

 

3. Metoda obliczeń ręcznych (dla szczegółowych oszacowania lub użytkowników DIY)

Jeśli jesteś bardzo wrażliwy na parametry lub nie masz gotowych danych, możesz je również oszacować na podstawie następującej relacji:

(1) Oszacowanie metody mocy:

Pęd teoretyczny ≈ C × √ (moc × średnica śmigła)

Gdzie C jest współczynnikiem empirycznym, zwykle od około 6 do 9., im większy śmigło, tym wyższa wydajność .

 

Przykład: Oszacujesz maksymalną moc silnika na 1600 W z 13- Cal Cal .

Szacowany ciąg wynosi ≈ 7 × √ (1600 × 13) ≈ 7 × √20800 ≈ 7 × 144 ≈ 1008G

 

Ta metoda jest odpowiednia do przybliżonego oszacowania, a faktyczny pęd nadal musi być oparty na rzeczywistych pomiarach .

 

Po ustaleniu wymaganego ciągu i modelu silnika, kolejnym krokiem jest rozważenie dopasowania układu wspomagającego, zwłaszcza regulatora ESC i akumulatora. Jeśli prąd regulatora ESC jest niewystarczający, a moc wyjściowa akumulatora niestabilna, układ nie będzie działał stabilnie, nawet przy wystarczającym ciągu.

 

Oto trzy podstawowe zasady dopasowywania:

1. prąd ESC musi być większy niż maksymalny prąd silnika

Ocena prądu ESC powinna przekraczać maksymalny prąd ciągły silnika o współczynnik 1,2 do 1,5

 

Praktyczna porada: Wybierz ESC, który jest 20-50% wyższy niż maksymalny prąd silnika

 

przykład:

Silnik VSD 3115, maksymalny prąd ma około 50A

→ Zalecany prąd ESC większy lub równy 60A

 

Silnik VSD 2306, maksymalny prąd ma około 35A

→ Zalecany prąd ESC większy lub równy 45A

 

Uwaga: Chociaż wybór ESC, który jest zbyt duży, jest bezpieczny, może również zwiększyć wagę i zużycie energii, co powoduje, że odpady wydajności .

 

2. Napięcie akumulatora powinno być zgodne z wartością KV silnika i środowiska użytkowania

Wartość KV określa, ile akumulatorów s należy użyć (1s=3.7 v) . Wybór niewłaściwego napięcia baterii spowoduje niewystarczające pchnięcie lub przeciążenie i wypalenie .

Zakres KV	Zalecany numer baterii	Sugestie dotyczące aplikacji
800–1000kV	6S ~ 8S	Średnia i na dużą skalę fotografia lotnicza/badania
1300–1500kV	4S ~ 6S	Platforma wielozadruczowa
1800 kV i powyżej	4S ~ 6S	Wyścigi FPV, lekkie samoloty

 

przykład:

Silnik VSD 4720, 420KV → 6S ~ 8s

Silnik VSD 2808, zalecany 1500 kV → 6s

Silnik VSD 2306, 2400 kV → 4s lub 6s (w zależności od wymagań zadania)

 

3. Rozmiar śmigła wpływa na wydajność ciągu i obciążenie systemu

Im większy rozmiar śmigła, tym większy moment obrotowy i ciąg, ale jednocześnie większe obciążenie regulatora i silnika. Zaleca się wybór odpowiedniej kombinacji śmigieł w oparciu o dane testowe dostarczone przez producenta.

 

W połączeniu z obudowami silników VSD, można szybko dokonać wyboru ciągu i układu podtrzymującego.

W poprzednich sekcjach wyjaśniliśmy definicję ciągu, metodę obliczeń, zależność napięcie-prąd oraz sposób doboru regulatora i akumulatora. Teraz, wykorzystując rzeczywiste dane silników VSD do dronów, zaprezentujemy praktyczną logikę doboru.

 

Poniżej znajdują się kilka typowych modeli dopasowanych sugestii dotyczących selekcji, odpowiednich do różnych scenariuszy lotu, od lekkich dronów biegowych po duże multi-rotory:

Model silnika	Wartość KV	Zalecenia dotyczące napięcia	Maksymalny ciąg	Zalecane ostrza śmigła	Zalecany prąd ESC	Obowiązujące scenariusze
2306 Silnik dronów	1800–2400 kV	4S~6S	1683g	5×4.3×3 TRZY TRZECI śmigło	Większy lub równy40A	FPV wyścigi/ dron
2808 Silnik dronów	1300–1950KV	6S	2910g	7-9 cal	Większy lub równy45A	MultiRotor Średni wyścig/ mały obciążenie
2207 silnik dronów	1960KV	6S	1702g	5 -calowy śmigło	Większy lub równy40A	Dron wyścigowy
3115 Silnik dronów	900–1520kV	6S~8S	4185g	13×6.5 śmigło	Większy lub równy60A	Fotografia lotnicza/drony rozpoznawcze
2812 Silnik dronów	900KV	6S	2710g	10-12 cal	Większy lub równy50A	Średnie obciążenie fotografia lotnicza/Platforma lotnicza przemysłowa
2807 Silnik dronów	1350–1750KV	4S~6S	2728g	6-8 cal	Większy lub równy50A	Multirotor / elastyczna platforma manewrowania
4720 silnik dronów	420 kV	6S~8S	7232g	15×7×3 lub 13×9×3	Większy lub równy80~100A	Średnie i duże ankieta anteny/platforma komercyjna
5315 silnik dronów	380 kV	6S~12S	9034g	18×5.5 śmigło	Większy lub równy100A	Dron/platforma dostawy dronu/dostawy klasy przemysłowej

 

Uwaga: Wartość bieżąca ESC w tabeli jest zalecana jako większa lub równa maksymalnego prądu silnika × 1 . 2 ~ 1.5. Rozmiar śmigła jest zalecany na podstawie wydajności testowej . Rzeczywisty wybór powinien być dopracowany na podstawie obciążenia, czasu lotu i struktury ciała.

 

Wskazówki dotyczące wyboru Przypomnienie:

 

Jeśli martwisz się o żywotność baterii, powinieneś nadać priorytet kombinacji Low KV + Large śmigła;

 

Jeśli szukasz mocy wybuchowej lub reakcji wyścigowej, wybór wysokiego KV + małego śmigła będzie bardziej zwinna;

 

Zaleca się stosowanie akumulatorów o wysokiej temperaturze C, aby uniknąć obecnych wąskich gardeł wpływających na wydajność ciągu .

 

ESC musi mieć wystarczającą ilość prądu, aby zapobiec wypalaniu się z powodu długoterminowego ciężkiego obciążenia .

 

W VSD dostarczyliśmy kompletne dane testowe i uzupełniające zalecenia dla każdego modelu, aby pomóc Ci szybko ukończyć wybór systemu zasilania i zmniejszyć koszty prób i błędów .

 

Aby uzyskać szczegółowe arkusze danych, krzywe wydajności pchania lub zalecenia dotyczące niestandardowego systemu zasilania, skontaktuj się z naszym zespołem . Oferujemy pełną obsługę klientów OEM/ODM-od konsultacji projektowej w zakresie produkcji masowej .