Come calcolare la guida passo passo della spinta del motore dei droni

 

Nei nostri articoli precedenti, abbiamo ripetutamente affermato che il motore è il sistema di alimentazione principale del drone, che determina se il drone può volare, quanto è stabile in aria, se può trasportare peso e per quanto tempo può volare.Sapete già cos'è un motore brushless DC (BLDC), come funzionano i motori dei droni, E come scegliere diversi tipi di motori per droni...

 

Ora, è il momento di esaminare più da vicino un altro parametro chiave: la spinta.

 

La spinta determina se un drone può decollare e librarsi in volo, e determina anche se è possibile montare telecamere, moduli di mappatura, caricare merci e altre attrezzature di missione.

 

Una spinta insufficiente → non può volare; una spinta eccessiva → spreca energia e riduce l'autonomia.

 

Solo con una spinta adeguata, motore, elica, regolatore di velocità elettrico e batteria possono formare un sistema stabile ed efficiente.

 

Nella sezione seguente, vi insegneremo passo dopo passo i concetti fondamentali della valutazione della spinta, dalla definizione di spinta, al calcolo della potenza del motore, alle raccomandazioni sul rapporto spinta/peso, fino ai metodi di abbinamento ESC.

 

In fisica, la spinta è la forza che spinge un oggetto in avanti o verso l'alto, e la sua unità è generalmente Newton (N) o Gram (G)/Kilogram (kg) . nell'industria dei droni, usiamo più spesso "grammi" o "chilogrammi"

 

1. Definizione di base di spinta

Spinta=Motor + Elonder Upward Force a una determinata potenza di input

 

Per esempio:

Se un motore produce 1000 g di spinta, significa che può "sollevare" un peso inferiore a 1 kg in condizioni statiche .

 

La spinta di ciascun motore di un quadricottero è di 1000 g e la spinta totale è di 4000 g (4 kg), che può teoricamente supportare un peso massimo di decollo di 2 kg (rapporto spinta-weight di 2: 1) .

Questo valore è direttamente correlato alla "capacità di decollo" dell'aeromobile e alla "capacità di carico" .

 

2. spinta statica vs spinta dinamica

In applicazioni pratiche, spesso distinguiamo tra spinta statica e spinta dinamica:

tipo	Definizione	Metodo di prova
Spinta statica	La spinta generata dal motore + elica in aria fissa	Posizionato sulla piattaforma di test di spinta
Spinta dinamica	La spinta che l'elica motory + può fornire in volo/movimento	Tunnel del vento o misurazione aerea (più complessa)

Il valore della spinta del motore di cui parliamo spesso si riferisce alla "spinta statica", che è anche i dati standard testati e pubblicati dai produttori di motori .

 

3. Rapporto spinta-weight: un indicatore chiave per la selezione di un motore

Rapporto spinta-weight=Spinta totale ÷ Peso di decollo, è un indicatore importante per la valutazione delle prestazioni del volo:

Uso di volo	Rapporto di spinta a peso consigliato	illustrare
Drone di fotografia/mappatura aerea	2:01	Garantire la pausa e la stabilità del carico
Operazioni di ricognizione industriale/Highland	2.5:1 ~ 3:1	Migliorare la ridondanza per far fronte ai cambiamenti nella pressione dell'aria/ambiente
Droni FPV da corsa	4:1 ~ 6:1	Accelerazione rapida e manovre intense richiedono un rapporto di spinta-peso elevato

Ad esempio, per un drone fotografico aereo con un peso di decollo di 1500 g, la spinta totale consigliata è di circa 3000 g, il che significa che è necessario scegliere una soluzione in cui ciascun motore può fornire almeno 750 g di spinta statica .

 

Per comprendere il meccanismo della generazione di spinta motoria, è necessario comprendere una relazione fisica di base:

Motor Power (W)=Voltage (V) × Current (A)

 

La generazione di spinta avviene essenzialmente quando il motore, dopo aver consumato una certa quantità di energia elettrica, accelera l'aria verso il basso attraverso l'elica, generando così una forza di reazione verso l'alto. Maggiore è la spinta, maggiore è il consumo di energia, maggiore è la corrente e più rapido è l'aumento di temperatura.

 

1. L'influenza della tensione, della corrente e della potenza alla spinta

parametro	Dichiarazione di impatto
Tensione (V)	Maggiore è la tensione, maggiore è l'uscita di potenza quando la corrente è la stessa→ Più adatto per grandi piattaforme di spinta
Corrente (a)	Indica l'intensità di carico corrente del motore . maggiore è il carico, maggiore è la potenza che consuma e maggiore è il aumento della temperatura . deve essere abbinato a sufficiente ESC .
Potenza (W)	Maggiore è il potere, maggiore è la spinta in teoria, ma fai attenzione se supera i limiti del motore ed ESC .

 

Il miglioramento della spinta non può essere ottenuto semplicemente aumentando un singolo parametro ., ad esempio, semplicemente aumentare la tensione o la corrente può causare il surriscaldamento, la combustione di ESC, la caduta di tensione della batteria o persino la perdita del controllo del volo .

 

2. La relazione tra valore KV e spinta: non essere confuso da "alta velocità"

Il valore kv (rpm/v) indica la velocità che il motore può raggiungere quando il motore è in una condizione a non carico e la tensione di input è 1v . per esempio, per un motore 1 000 kv, la velocità teorica è 10.000 rpm a 10V tensione .

 

Valore KV elevato: alta velocità, ma bassa coppia, adatta a piccole eliche, carichi leggeri e scenari di corsa;

 

Valore KV basso: bassa velocità ma coppia alta, adatto per grandi eliche, grandi piattaforme di spinta e carico .

Eventception: un KV più alto non significa necessariamente una maggiore spinta . La vera spinta dipende dalla potenza e dall'efficienza che il motore può continuamente emergere sotto un determinato carico (elica) .

 

3. Esempio di analisi: differenze di spinta di KV diversi sulla stessa piattaforma

Prendi due motori VSD come esempio:

modello	Valore KV	Gamma di tensione	Potenza massima	Spinta massima	applicazione
2306	2400kv	6S	901W	1683g	FPV Racing Machine
3115	900kv	6S~8S	1617W	4185g	Fotografia aerea multi-rotore

 

Con la stessa tensione di 6

 

Calcolare la spinta di un motore non è così "metafisico" come molti pensano. Anche se non si dispone di apparecchiature di prova sofisticate, purché si padroneggino la logica di base, i dati di riferimento e le stime ragionevoli, è possibile formulare un giudizio preliminare sull'idoneità di un motore al progetto del drone.

 

Ti insegniamo a tre livelli:

1. metodo di stima del rapporto sph-a-peso (applicabile alla maggior parte degli scenari di applicazione)

Questa è la base più comune e pratica per la selezione:

Spinta totale consigliata=Peso di decollo × Rapporto di spinta a peso consigliato

Tipo di volo	Rapporto di spinta a peso consigliato
Fotografia/mappatura aerea	2:01
Indagine di carico/industriale	2.5–3:1
Correre attraverso	4–6:1

 

esempio:

Stai per assemblare un drone Quadcopter per la fotografia aerea . il suo peso di decollo quando completamente caricato è 2 . 2 kg.

Il rapporto di spinta a peso consigliato è 2: 1, quindi è necessario una spinta totale maggiore o uguale a 4 . 4kg (4400G).

Quindi la spinta minima di ciascun motore dovrebbe essere: 1100G .

 

2. Metodo di confronto della tabella (applicabile quando ci sono dati di test del produttore)

Se si sceglie un motore con dati di test dettagliati, come la serie VSD, puoi fare riferimento direttamente ai suoi parametri di spinta statica massima e confrontarli con le tue esigenze .

Modello motore	Tensione consigliata	Spinta massima	Carico massimo consigliato (rapporto spinta a peso 2: 1)
3115	6S–8S	4185g	Meno o uguale a2.1 kg
2808	6S	2910g	Meno o uguale a1.45 kg
2306	6S	1683g	Meno o uguale a0,8 kg

 

In questo modo, puoi filtrare rapidamente l'intervallo di motori che soddisfano i requisiti di carico dell'intera macchina .

 

3. metodo di calcolo manuale (per stima dettagliata o utenti fai -da -te)

Se sei molto sensibile ai parametri o non hai dati di spinta pronti, puoi anche stimarlo in base alla seguente relazione:

(1) Stima del metodo di potenza:

Spinta teorica ≈ c × √ (potenza × diametro dell'elica)

Dove c è un coefficiente empirico, di solito compreso da circa 6 a 9. maggiore è l'elica, maggiore è l'efficienza .

 

Esempio: stimare che la potenza del motore massima sia 1600 W con un'elica 13- pollici .

La spinta stimata è ≈ 7 × √ (1600 × 13) ≈ 7 × √20800 ≈ 7 × 144 ≈ 1008 g

 

Questo metodo è adatto alla stima approssimativa e la spinta effettiva deve ancora basarsi su misurazioni effettive .

 

Una volta determinati la spinta e il modello di motore richiesti, il passo successivo è considerare l'abbinamento del sistema di supporto, in particolare dell'ESC e della batteria. Se la corrente dell'ESC è insufficiente e l'uscita della batteria è instabile, il sistema non funzionerà in modo stabile anche se la spinta è sufficiente.

 

Ecco tre principi di corrispondenza principale:

1. ESC la corrente deve essere maggiore della corrente del motore massima

La valutazione della corrente ESC dovrebbe superare la corrente continua massima del motore di un fattore da 1,2 a 1,5

 

Consigli pratici: scegli un ESC che è 20-50% superiore alla corrente massima del motore

 

esempio:

Motore VSD 3115, la corrente massima è di circa 50a

→ Corrente ESC consigliata maggiore o uguale a 60A

 

Motore VSD 2306, la corrente massima è di circa 35a

→ Corrente ESC consigliata maggiore o uguale a 45A

 

Nota: sebbene la scelta di un ES troppo grande sia sicuro, può anche aumentare il peso e il consumo di energia, con conseguenti rifiuti di efficienza .

 

2. La tensione della batteria dovrebbe corrispondere al valore del motore KV e all'ambiente di utilizzo

Il valore KV determina quante batterie S dovresti usare (1S=3.7 V) . Scegliere la tensione della batteria errata comporterà una spinta o un sovraccarico e un burnout insufficienti .

Gamma KV	Numero della batteria consigliato	Suggerimenti dell'applicazione
800–1000kv	6S ~ 8S	Fotografia/rilevamento aereo di media e su larga scala
1300–1500kv	4S ~ 6S	Piattaforma multi-rotore
1800kv e sopra	4S ~ 6S	Racing FPV, aerei leggeri

 

esempio:

Motore VSD 4720, 420KV → 6s ~ 8s consigliato

Motore VSD 2808, 1500KV → 6s consigliato

Motore VSD 2306, 2400KV → 4s o 6s consigliati (a seconda dei requisiti dell'attività)

 

3. dimensione dell'elica influisce sull'efficienza di spinta e il carico del sistema

Maggiore è la dimensione dell'elica, maggiore è la coppia e la spinta, ma maggiore è il carico sull'ESC e sul motore . si consiglia di scegliere una combinazione di tipo di elica ragionevole in base ai dati di test forniti dal produttore .

 

In combinazione con i casi di motori VSD, completare rapidamente la selezione del sistema di spinta e di supporto

Nelle sezioni precedenti, abbiamo spiegato la definizione di spinta, metodo di calcolo, relazione di tensione e come selezionare ESC e batteria . Ora, useremo i dati reali dei motori dei droni VSD per mostrarti una logica di selezione pratica .

 

Di seguito sono riportati alcuni modelli tipici di suggerimenti di selezione corrispondenti, adatti a diversi scenari di volo dai droni di fondo leggeri ai grandi multi-rotori:

Modello motore	Valore KV	Raccomandazioni di tensione	Spinta massima	Blades di elica consigliati	Corrente di ESC consigliata	Scenari applicabili
2306 Motore di droni	1800–2400kv	4S~6S	1683g	5×4.3×3 elica a tre pale	Maggiore o uguale a40A	FPV Racing/ Drone
2808 Motore di droni	1300–1950kv	6S	2910g	7-9 e proponente	Maggiore o uguale a45A	Racing medio/ piccolo carico multirotore
2207 Motore di droni	1960kv	6S	1702g	Elice da 5 pollici	Maggiore o uguale a40A	Droni da corsa
3115 Motore di droni	900–1520KV	6S~8S	4185g	13×6.5 Pelice	Maggiore o uguale a60A	Droni di fotografia/ricognizione aerea
2812 Motore di droni	900kv	6S	2710g	10-12 e proponente	Maggiore o uguale a50A	Fotografia aerea a media carico/piattaforma di volo industriale
2807 Motore di droni	1350–1750kv	4S~6S	2728g	6-8 e proponente	Maggiore o uguale a50A	Piattaforma multirotore / flessibile ad alta manovrabilità
4720 Motore di droni	420KV	6S~8S	7232g	15×7×3 o 13×9×3	Maggiore o uguale a80~100A	Piattaforma di indagine aerea media e grande
5315 Motore di droni	380KV	6S~12S	9034g	18×5.5 elica	Maggiore o uguale a100A	Piattaforma di droni/consegna del carico utile di grado industriale

 

Nota: il valore della corrente ESC nella tabella si consiglia di essere maggiore o uguale alla corrente del motore massima × 1 . 2 ~ 1.5. La dimensione dell'elica è consigliata in base all'efficienza del test . La selezione effettiva dovrebbe essere perfetta in base al carico, al tempo di volo e alla struttura del corpo.

 

Promemoria di suggerimenti di selezione:

 

Se sei preoccupato per la durata della batteria, dovresti dare la priorità alla combinazione bassa KV + grande elica;

 

Se stai cercando un potere esplosivo o una risposta alle corse, la scelta dell'elica KV + alta sarà più agile;

 

Si consiglia di utilizzare batterie ad alti tassi C per evitare le attuali colli di bottiglia che influenzano le prestazioni di spinta .

 

L'ESC deve avere abbastanza corrente per impedirgli di bruciare a causa del carico pesante a lungo termine .

 

In VSD, abbiamo fornito dati di test completi e consigli di supporto per ciascun modello per aiutarti a completare rapidamente la selezione del sistema di alimentazione e ridurre i costi di prova ed errore .

 

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