كيفية حساب الدافع المحرك الطائرات بدون طيار خطوة بخطوة

 

في مقالاتنا السابقة ، ذكرنا مرارًا وتكرارًا أن المحرك هو نظام الطاقة الأساسي للطائرات بدون طيار ، والذي يحدد ما إذا كانت الطائرة بدون طيار يمكن أن تطير ، ومدى استقرارها في الهواء ، وما إذا كان يمكن أن تحمل الوزن ، والمدة التي يمكن أن تطير فيها .ما هو محرك DC بدون فرش (BLDC), كيف تعمل محركات الطائرات بدون طيار، وكيفية اختيار أنواع مختلفة من محركات الطائرات بدون طيار ...

 

الآن، حان الوقت لإلقاء نظرة فاحصة على معيار رئيسي آخر: الدفع.

 

يحدد الدفع قدرة الطائرة المسيرة على الإقلاع والتحليق، كما يحدد إمكانية تركيب الكاميرات، ووحدات رسم الخرائط، وتحميل البضائع، وغيرها من معدات المهمة.

 

الدفع غير الكافي ← لا يمكنها الطيران؛ والدفع الزائد ← يهدر الطاقة ويقلل من قدرتها على التحمل.

 

فقط مع الدفع المناسب، يمكن للمحرك، والمروحة، ووحدة التحكم الكهربائية في السرعة، والبطارية تكوين نظام مستقر وفعال.

 

في القسم التالي، سوف نعلمك الأفكار الأساسية لتقييم الدفع خطوة بخطوة، من تعريف الدفع، وحساب قوة المحرك، وتوصيات نسبة الدفع إلى الوزن، إلى طرق مطابقة ESC.

 

في الفيزياء، الدفع هو القوة التي تدفع جسمًا للأمام أو للأعلى، ووحدته عادةً نيوتن (N) أو غرام (g)/كيلوغرام (kg). في صناعة الطائرات بدون طيار، غالبًا ما نستخدم "غرام" أو "كيلوغرام" لقياس دفع المحرك، والذي يعكس مباشرةً مقدار الوزن الذي يمكنه رفعه.

 

1. التعريف الأساسي للدفع

الدفع = قوة المحرك + المروحة للأعلى عند طاقة دخل معينة

على سبيل المثال:
إذا أنتج محرك قوة دفع قدرها 1000 غرام، فهذا يعني أنه يستطيع رفع وزن أقل من 1 كيلوغرام في ظروف ثابتة.

قوة دفع كل محرك في طائرة رباعية المراوح هي 1000 غرام، ويبلغ إجمالي الدفع 4000 غرام (4 كجم)، مما يسمح نظريًا بتحمل أقصى وزن إقلاع يبلغ 2 كجم (نسبة الدفع إلى الوزن 2:1).
ترتبط هذه القيمة بشكل مباشر بقدرة الطائرة على الإقلاع وسعة الحمولة.

 

2. الثقل الثابت مقابل الدفع الديناميكي

في التطبيقات العملية ، غالبًا ما نميز بين التوجه الثابت والتوجه الديناميكي:

يكتب	تعريف	طريقة الاختبار
قوة دفع ثابت	التوجه الناتج عن المحرك + المروحة في الهواء الثابت	وضعت على منصة اختبار الدفع
دفع ديناميكي	الدفع الذي يمكن أن يوفره محرك + مروحة في الرحلة/الحركة	نفق الرياح أو القياس الجوي (أكثر تعقيدًا)

تشير قيمة دفع المحرك التي نتحدث عنها عادةً عادة إلى "الدفع الثابت" ، والتي هي أيضًا البيانات القياسية التي تم اختبارها ونشرها من قبل الشركات المصنعة للمحركات .

 

3. نسبة الدفع إلى الوزن: مؤشر مفتاح لاختيار محرك

يعد نسبة الدفع إلى الوزن=إجمالي قوة الإقلاع ، مؤشرًا مهمًا لتقييم أداء الرحلة:

استخدام الطيران	أوصى نسبة الدفع إلى الوزن	يوضح
التصوير الجوي/رسم الخرائط الطائرات بدون طيار	2:01	ضمان تحوم واستقرار الحمل
الاستطلاع الصناعي/عمليات المرتفعات	2.5:1 ~ 3:1	تحسين التكرار للتعامل مع التغيرات في ضغط الهواء/البيئة
سباق FPV بدون طيار	4:1 ~ 6:1	يتطلب التسارع السريع والمناورات المكثفة نسبة عالية من الوزن إلى الوزن

على سبيل المثال ، بالنسبة لطائرة بدون طيار للتصوير الجوي مع وزن الإقلاع 1500 جرام ، فإن التوجه الكلي الموصى به هو حوالي 3000 جم ، مما يعني أنك بحاجة إلى اختيار حل حيث يمكن لكل محرك أن يوفر ما لا يقل عن 750 جرام من الدفع الثابت .

 

لفهم آلية توليد دفع المحرك ، يجب أن تفهم العلاقة البدنية الأساسية:

قوة المحرك (W)=Voltage (V) × التيار (أ)

 

إن توليد الاتجاه هو في الأساس أنه بعد أن يستهلك المحرك كمية معينة من الطاقة الكهربائية ، فإنه يسرع الهواء إلى أسفل من خلال المروحة ، وبالتالي توليد قوة تفاعل تصاعدي . كلما زادت التوجه ، كلما زاد استهلاك الطاقة ، زادت التيار ، وأسرع ارتفاع درجة الحرارة .

 

1. تأثير الجهد والتيار والقوة على الدفع

المعلمة	بيان التأثير
الجهد (V)	كلما ارتفع الجهد ، كلما ارتفع إنتاج الطاقة عندما يكون التيار هو نفسه→ أكثر ملاءمة لمنصات الدفع الكبيرة
الحالي (أ)	يشير إلى كثافة الحمل الحالية للمحرك . كلما زاد الحمل ، زادت الطاقة التي يستهلكها ، وكلما زاد ارتفاع درجة الحرارة . ، يجب مطابقة ESC .
السلطة (ث)	كلما زادت القوة ، كلما زادت التوجه من الناحية النظرية ، ولكن كن حذرًا سواء كان يتجاوز حدود المحرك و ESC .

 

لا يمكن تحقيق تحسين الدفع عن طريق زيادة معلمة واحدة . على سبيل المثال ، قد يؤدي ببساطة زيادة الجهد أو التيار إلى ارتفاع درجة الحرارة أو حرق ESC أو انخفاض الجهد البطارية أو حتى فقدان التحكم في الطيران .

 

2. العلاقة بين قيمة KV والدفع: لا تخلط بين "السرعة العالية"

تشير قيمة KV (RPM/V) إلى السرعة التي يمكن أن يصل إليها المحرك في حالة عدم التحميل وجهد الدخل 1 فولت. على سبيل المثال، بالنسبة لمحرك 1000 كيلو فولت، تبلغ السرعة النظرية 10,000 دورة في الدقيقة عند جهد 10 فولت.

 

قيمة KV عالية: سرعة عالية وعزم دوران منخفض، مناسبة للمراوح الصغيرة والأحمال الخفيفة وسيناريوهات السباق.

 

قيمة KV منخفضة: سرعة منخفضة وعزم دوران مرتفع، مناسبة للمراوح الكبيرة والدفع الكبير والمنصات الحاملة للأحمال.

مفهوم خاطئ: لا يعني ارتفاع KV بالضرورة دفعًا أكبر. يعتمد الدفع الحقيقي على الطاقة والكفاءة التي يمكن للمحرك إنتاجها باستمرار تحت حمل معين (المروحة).

 

3. تحليل مثال: اختلافات الدفع في KVs مختلفة على نفس النظام الأساسي

خذ اثنين من محركات VSD كمثال:

نموذج	قيمة kV	نطاق الجهد	أقصى قوة	أقصى دفع	طلب
2306	2400 كيلو فولت	6S	901W	1683g	آلة سباق FPV
3115	900 كيلو فولت	6S~8S	1617W	4185g	التصوير الجوي متعدد الدوران

 

مع نفس الجهد 6s ، على الرغم من أن 2306 لديه سرعة عالية ، فإن دفعه أقل من تلك الموجودة في3115. هذا هو أفضل تفسير بأن قيمة KV لا تتناسب مع الدفع .

 

إن حساب دفع المحرك ليس "ميتافيزيقيًا" كما يعتقد الكثير من الناس . حتى لو لم يكن لديك معدات اختبار متطورة ، طالما أنك تتقن المنطق الأساسي والبيانات المرجعية والتقديرات المعقولة ، يمكنك إصدار حكم أولي على ما إذا كان المحرك مناسبًا لمشروع الطائرات بدون طيار .

 

نعلمك على ثلاثة مستويات:

1. طريقة تقدير نسبة الدفع إلى الوزن (تنطبق على معظم سيناريوهات التطبيق)

هذا هو الأساس الأكثر شيوعًا وعمليًا للاختيار:

إجمالي الاتجاه الموصى به=وزن الإقلاع × نسبة الدفع إلى الوزن الموصى بها

نوع الرحلة	أوصى نسبة الدفع إلى الوزن
التصوير الجوي/رسم الخرائط	2:01
الشحن/التحقيق الصناعي	2.5–3:1
السباق من خلال	4–6:1

 

مثال:

ستقوم بتجميع طائرة رباعية المراوح بدون طيار للتصوير الجوي. وزن إقلاعها عند تحميلها بالكامل هو 2.2 كجم.

نسبة الدفع إلى الوزن الموصى بها هي 2:1، لذا فأنت بحاجة إلى قوة دفع إجمالية ≥ 4.4 كجم (4400 جم).

عندها، يجب أن يكون الحد الأدنى لقوة الدفع لكل محرك: 1100 جم.

 

2. طريقة مقارنة الجدول (قابلة للتطبيق عندما تكون هناك بيانات اختبار الشركة المصنعة)

إذا اخترت محركًا يحتوي على بيانات اختبار مفصلة ، مثل سلسلة VSD ، يمكنك الرجوع مباشرة إلى أقصى معلمات الدفع الثابتة ومقارنتها باحتياجاتك .

نموذج المحرك	الجهد الموصى به	أقصى دفع	الحد الأقصى الموصى به للحمل (نسبة الدفع إلى الوزن 2: 1)
3115	6S–8S	4185g	أقل من أو يساوي2.1 كجم
2808	6S	2910g	أقل من أو يساوي1.45 كجم
2306	6S	1683g	أقل من أو يساوي0.8 كجم

 

وبهذه الطريقة ، يمكنك تصفية نطاق المحركات التي تلبي متطلبات التحميل الخاصة بالجهاز بأكمله .

 

3. طريقة حساب يدوي (لتقدير مفصل أو مستخدمين DIY)

إذا كنتَ شديد الحساسية للمعلمات، أو لم تكن لديك بيانات جاهزة للدفع، يمكنك أيضًا تقديره بناءً على العلاقة التالية:

(1) تقدير طريقة القدرة:

الدفع النظري ≈ C × √(القدرة × قطر المروحة)

حيث C هو معامل تجريبي، يتراوح عادةً بين 6 و9 تقريبًا. كلما كبرت المروحة، زادت الكفاءة.

 

مثال: قدّرتَ أقصى قدرة محرك بـ 1600 واط باستخدام مروحة قطرها 13 بوصة.

الدفع المُقدّر هو ≈ 7 × √(1600 × 13) ≈ 7 × √20800 ≈ 7 × 144 ≈ 1008 جم

 

هذه الطريقة مناسبة للتقدير التقريبي، ويجب أن يستند الدفع الفعلي إلى القياسات الفعلية.

 

بمجرد تحديد التوجه المطلوب ونموذج المحرك ، فإن الخطوة التالية هي النظر في مطابقة النظام الداعم ، وخاصة ESC والبطارية . إذا كان تيار ESC غير كافٍ ولم يكن إخراج البطارية غير مستقر ، فلن يعمل النظام بشكل ثابت حتى إذا كان التوجه كافياً.

 

فيما يلي ثلاثة مبادئ مطابقة أساسية:

1. يجب أن يكون تيار ESC أكبر من الحد الأقصى لتيار المحرك

يجب أن يتجاوز تصنيف ESC الحالي الحد الأقصى لمحرك التيار المستمر بعامل من 1.2 إلى 1.5

 

نصيحة عملية: اختر ESC التي هي 20-50 ٪ أعلى من الحد الأقصى لمحرك التيار

 

مثال:

VSD 3115 محرك ، الحد الأقصى للتيار حوالي 50A

→ الموصى بها ESC تيار أكبر من أو يساوي 60A

 

VSD 2306 محرك ، الحد الأقصى للتيار حوالي 35A

→ الموصى بها ESC تيار أكبر من أو يساوي 45A

 

ملاحظة: على الرغم من أن اختيار ESC كبير جدًا أمر آمن ، إلا أنه قد يزيد من استهلاك الوزن والطاقة ، مما يؤدي إلى نفايات الكفاءة .

 

2. يجب أن يتطابق جهد البطارية مع قيمة KV المحرك وبيئة الاستخدام

تحدد قيمة KV عدد بطاريات S التي يجب عليك استخدامها (1S=3.7 v) . سيؤدي اختيار الجهد الخاطئ للبطارية إلى عدم كفاية الدفع أو الحمل الزائد والحرقة .

نطاق KV	رقم البطارية الموصى به	اقتراحات التطبيق
800–1000kV	6S ~ 8S	التصوير الجوي المتوسط والمتوسط/المسح
1300–1500 كيلو فولت	4S ~ 6S	منصة متعددة الدورات
1800 كيلو فولت وما فوق	4S ~ 6S	سباق FPV ، طائرة خفيفة

 

مثال:

VSD 4720 Motor ، 420kV → 6S ~ 8S الموصى بها

VSD 2808 Motor ، 1500kV → 6S الموصى بها

VSD 2306 Motor ، 2400kV → 4S أو 6S الموصى بها (اعتمادًا على متطلبات المهمة)

 

يؤثر حجم المروحة 3.

كلما زاد حجم المروحة ، زاد عزم الدوران والدفع ، ولكن كلما زاد العبء على ESC والمحرك . ، يوصى باختيار مجموعة معقولة نوع المروحة استنادًا إلى بيانات الاختبار المقدمة من الشركة المصنعة .

 

إلى جانب حالات محرك VSD ، أكمل بسرعة اختيار نظام الدفع ودعم

في الأقسام السابقة ، أوضحنا تعريف الدفع ، وطريقة الحساب ، وعلاقة الجهد الكهربائي ، وكيفية تحديد ESC والبطارية . الآن ، سنستخدم البيانات الحقيقية لمحركات VSD Drone لتظهر لك منطق اختيار عملي .

 

فيما يلي بعض النماذج النموذجية لمطابقة اقتراحات اختيار ، مناسبة لسيناريوهات الطيران المختلفة من الطائرات بدون طيار عبر البلاد إلى المتجولين الكبار:

نموذج المحرك	قيمة kV	توصيات الجهد	أقصى دفع	شفرات المروحة الموصى بها	الموصى به ESC الحالي	السيناريوهات المعمول بها
2306 محرك الطائرات بدون طيار	1800–2400 كيلو فولت	4S~6S	1683g	5×4.3×3 مروحة ثلاثة شفرة	أكبر من أو يساوي40A	FPV Racing/ Drone
2808 محرك الطائرات بدون طيار	1300–1950kV	6S	2910g	7-9 بوصة المروحة	أكبر من أو يساوي45A	السباق المتوسط/ الحمل الصغير متعدد الحمل
2207 محرك الطائرات بدون طيار	1960kv	6S	1702g	المروحة 5 بوصة	أكبر من أو يساوي40A	سباق الطائرة
3115 محرك الطائرات بدون طيار	900–1520kV	6S~8S	4185g	13×6.5 المروحة	أكبر من أو يساوي60A	التصوير الجوي/الطائرات بدون طيار الاستطلاع
2812 محرك الطائرات بدون طيار	900 كيلو فولت	6S	2710g	10-12 بوصة المروحة	أكبر من أو يساوي50A	الحمل المتوسط التصوير الجوي/منصة الطيران الصناعي
2807 محرك الطائرات بدون طيار	1350–1750kV	4S~6S	2728g	6-8 بوصة المروحة	أكبر من أو يساوي50A	منصة عالية المناورة متعددة / منصة مرنة
4720 محرك الطائرات بدون طيار	420kV	6S~8S	7232g	15×7×3 أو 13×9×3	أكبر من أو يساوي80~100A	المسح الجوي المتوسط والكبير/المنصة التجارية
5315 محرك الطائرات بدون طيار	380 كيلوفولت	6S~12S	9034g	18×5.5 المروحة	أكبر من أو يساوي100A	منصة الحمولة الصناعية النافعة الطائرات بدون طيار

 

ملاحظة: يُنصح أن تكون القيمة الحالية ESC في الجدول أكبر من أو تساوي الحد الأقصى لمحرك تيار × 1 . 2 ~ 1.5. يوصى بحجم المروحة بناءً على كفاءة الاختبار . يجب أن يتم ضبط الاختيار الفعلي على أساس التحميل ، ووقت الرحلة وهيكل الجسم.

 

تذكير نصائح الاختيار:

 

إذا كنت قلقًا بشأن عمر البطارية ، فيجب أن تعطي الأولوية لمجموعة المروحة الكبيرة المنخفضة KV + ؛

 

إذا كنت تبحث عن قوة متفجرة أو استجابة للسباق ، فإن اختيار المروحة الصغيرة عالية KV + سيكون أكثر مرونة ؛

 

يوصى باستخدام بطاريات عالية المعدل لتجنب الاختناقات الحالية التي تؤثر على أداء الدفع .

 

يحتاج ESC إلى امتلاك ما يكفي من التيار لمنعه من الاحتراق بسبب الحمل الثقيل على المدى الطويل .

 

في VSD ، قدمنا بيانات اختبار كاملة وتوصيات داعمة لكل نموذج لمساعدتك بسرعة في إكمال اختيار نظام الطاقة وتقليل تكاليف التجربة والخطأ .

 

للحصول على أوراق بيانات مفصلة ، منحنيات أداء الدفع ، أو توصيات نظام الطاقة المخصصة ، لا تتردد في الاتصال بفريقنا . نحن نقدم دعمًا كاملاً لعملاء OEM/ODM من التصميم إلى الإنتاج الضخم . نحن نقدم دعمًا واحدًا من الحلول لمطابقة الإنتاج الضخم لعملاء OEM/ODM .