دليل اختيار مراوح الطائرات بدون طيار: كيفية مطابقة المراوح مع محركك غير الفرشاتي

قد يكون لديك أفضل محرك في السوق. لكن إذا ركبت عليه المروحة الخاطئة، فستحصل على رياح ساخنة بدلاً من قوة الرفع. لقد رأينا ذلك على منصة الاختبار الخاصة بنا — أ 4315-600 كيلو فولت أمبير 4315-600 كيلو فولت استهلاك تيار يبلغ 45 أمبير مع مروحة قطرها 15 بوصة، في حين أن المحرك صُمم لمروحة قطرها 13 بوصة. وارتفعت درجة حرارة المحرك إلى 140 درجة مئوية في أقل من دقيقتين. اختبار الدخان: فشل.

يُعد اختيار المروحة النصف الآخر من معادلة نظام الطاقة. فاختيار المحرك يحظى بكل الاهتمام، لكن المروحة هي التي تحرك الهواء فعليًّا. وهذا اختيار مراوح الطائرات بدون طيار يغطي هذا الدليل القطر، والمسافة بين الشفرات، وعدد الشفرات، والمواد المستخدمة — باستخدام بيانات اختبار حقيقية مستمدة من مجموعة محركاتنا لتوضيح ما الذي يعمل بشكل جيد وما الذي يتلف.

ماذا تعني هذه الأرقام؟

كل مروحة لها تسمية مثل 13×5 أو 15×5.5. الرقم الأول هو القطر بالبوصة. كلما زاد القطر = زادت كمية الهواء التي يتم تحريكها = زادت قوة الدفع. ولكن هذا يتطلب أيضًا عزم دوران أكبر من المحرك.

الرقم الثاني هو نغمة — المسافة التي من المفترض نظريًا أن تقطعها المروحة في الهواء خلال دورة واحدة. فالمسافة بين الشفرات البالغة 5 بوصات تعني تقدمًا بمقدار 5 بوصات في كل دورة في حالة عدم وجود انزلاق. وكلما زادت المسافة بين الشفرات، زادت السرعة، ولكن زاد استهلاك التيار أيضًا.

يُحسب عدد الشفرات بشكل منفصل. الشفرتان هما الأكثر كفاءة. أما الشفرات الثلاث فهي الإعداد الافتراضي لمعظم الطائرات بدون طيار الحديثة — فهي أكثر سلاسة وأقل ضوضاءً، ولا تقل كفاءتها إلا بنحو 5-10%. أما الشفرات الأربع فهي مخصصة لاستخدامات محددة: منصات الرفع الثقيلة التي تتطلب قطرًا صغيرًا للمروحة.

في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة: إذا أخطأت في هذا، فستصطدم على الفور

تأتي المراوح في أزواج تدور في اتجاه عقارب الساعة (CW) وعكس اتجاه عقارب الساعة (CCW). في المروحية الرباعية، يدور محركان في اتجاه عقارب الساعة، بينما يدور محركان عكس اتجاه عقارب الساعة — وهذا يلغي عزم الدوران الجانبي. إذا قمت بتبديل مروحة واحدة، فإن الطائرة بدون طيار تنقلب عند التجهيز. لقد مررنا جميعًا بهذه التجربة مرة واحدة.

كيف تؤثر المرفقات على محرك سيارتك

هنا تلتقي النظرية مع منصة الاختبار. المروحة تمثل حملًا ديناميكيًا هوائيًا. كلما زاد القطر → زاد الحمل. كلما زاد الميل → زاد الحمل. كلما زاد عدد الشفرات → زاد الحمل. ويستجيب المحرك بسحب المزيد من التيار للحفاظ على عدد الدورات في الدقيقة. (أساسيات الخلية: انظر مقالة ويكيبيديا عن بطاريات LiPo (بالنسبة للجهد الاسمي وسلوك التفريغ.)

يُشير تصنيف KV إلى عدد الدورات في الدقيقة (RPM) دون حمل لكل فولت. فالمحرك ذو تصنيف 900KV الذي يعمل على بطارية 6S (22.2 فولت) يدور بسرعة تبلغ حوالي 20,000 دورة في الدقيقة بدون مروحة. عند تركيب مروحة مقاس 10 بوصات عليه، تنخفض السرعة الفعلية إلى ما بين 15,000 و16,000 دورة في الدقيقة تقريبًا تحت الحمل. ويستهلك المحرك تيارًا أكبر لمواجهة المقاومة.

قاعدة عامة: قيمة KV عالية → مروحة صغيرة. قيمة KV منخفضة → مروحة كبيرة. لماذا؟ المحركات ذات قيمة KV العالية تتميز بعزم دوران منخفض. فإذا زودت بمروحة كبيرة، فإنها تتعطل — حيث تحدث ارتفاعات مفاجئة في التيار، ولا يزداد الدفع، وتتراكم الحرارة بسرعة. أما المحركات ذات قيمة KV المنخفضة، فهي تتميز بعزم دوران مرتفع. ويمكنها تشغيل المراوح الكبيرة بكفاءة عند عدد دورات أقل في الدقيقة.

مثال ملموس من قسمنا:

• 3115-900 كيلوفولت على طراز 6S: مروحة مقاس 10 بوصات. قوة الدفع القصوى 4,600 جرام عند تيار يبلغ حوالي 45 أمبير. إذا ركبت مروحة مقاس 12 بوصة، يقفز التيار إلى ما يزيد عن 55 أمبير مع زيادة في قوة الدفع تبلغ 200 جرام تقريبًا. الأمر لا يستحق العناء.

• 4320-350 ك.ف.ف. على محرك 12S: مروحة مقاس 13×5. قوة الدفع القصوى 9,797g عند تيار يبلغ ~37A. يمكن لهذا المحرك تشغيل مروحة مقاس 15 بوصة، لكن التيار سيرتفع وستتغير النقطة المثلى للكفاءة.

ألياف الكربون مقابل النايلون مقابل الخشب

هناك ثلاث مواد هي السائدة. ولكل منها دورها.

ألياف الكربون هي الخيار الأمثل من حيث الأداء. لا تنثني الشفرات الصلبة تحت الحمل، لذا يظل زاوية الميل ثابتة عبر نطاق عدد الدورات في الدقيقة. وهذا يعني منحنيات دفع يمكن التنبؤ بها — وهو أمر مهم عند تشغيل مستشعر ليدار $20,000. الجانب السلبي: أي اصطدام بالشفرة قد يؤدي إلى خدش المروحة المصنوعة من النايلون، بينما قد يؤدي إلى تحطيم ألياف الكربون.

يُعد النايلون المقوى بالألياف الزجاجية (المعظم من الدعامات "البلاستيكية") الخيار العملي لتصميمات طراز 90%. فهو مرن، ومتين، ورخيص بما يكفي لحمل قطع غيار منه. وبالنسبة لطياري FPV الذين يتعرضون لحادثتين في كل جلسة، فإن هذا هو الخيار الوحيد المعقول.

الدعامات الخشبية هي منتجات متخصصة. يفضلها بعض مشغلي الطائرات ذات الأجنحة الثابتة لتخفيف الاهتزازات، لكنها أثقل من ألياف الكربون وأغلى من النايلون. ونحن لا نحتفظ بها في مخزوننا.

تركيبات محرك PiThrust + المروحة

هذا هو الجدول المرجعي الذي نقدمه للعملاء. وقد تم اختبار كل تركيبة على جهاز الاختبار الخاص بنا في درجة حرارة محيطة تبلغ 25 درجة مئوية.

هناك أمران يلفتان الانتباه في هذا الجدول. أولاً: 5008-300 كيلو فولت 5008-300 كيلو فولت يبلغ كفاءة محرك مزود بمروحة قياس 17 بوصة 8.5 ج/وات. إنه ملك التحمل — مروحية سداسية المراوح مزودة بستة من هذه المحركات الموفرة للطاقة. لمشغلي عمليات رسم الخرائط الذين ينفذون مهامًا تزيد مدتها عن 45 دقيقة، هذا هو المحرك المناسب لكم.

ثانياً: الـ 4312-380 ك.ف.ف. يُحقق المحرك 12S المزود بمروحة 13×5 أداءً يفوق كل المحركات الأخرى في المجموعة من حيث قوة الدفع الخام — 13 كجم لكل محرك. وهذا يعني قوة رفع تبلغ 78 كجم في طائرة سداسية المروحيات. وللتوضيح، يزن طراز DJI Agras T50 محملًا بالكامل حوالي 52 كجم عند الإقلاع.

اختيار الأدوات المناسبة لمهمتك

تختلف متطلبات المهام باختلاف نوع المروحة المطلوب.

رسم الخرائط والمسح

أنت تريد التحمل. قطر كبير، وخطوة معتدلة، وألياف كربونية. الـ 5008-300 كيلو فولت 5008-300 كيلو فولت مع مراوح مقاس 17 بوصة هو الخيار الأمثل. دوران بطيء، وتدفق هواء كبير، واستهلاك ضئيل للبطارية. إذا كانت حمولتك أثقل (أجهزة استشعار متعددة الأطياف، وكاميرات مزدوجة)، فانتقل إلى 4315-600 كيلو فولت أمبير 4315-600 كيلو فولت على 13×5.

الرش الزراعي

أنت تبحث عن قوة الدفع والموثوقية. الـ 5315-420 كيلوفولت تبلغ قوة الدفع لكل محرك 8.3 كجم عند استخدام مراوح قطرها 15 بوصة. وفي حالة المروحية ذات الثماني مراوح، يبلغ إجمالي قوة الدفع 66 كجم — وهو ما يكفي لحمل خزان رش سعة 25 لترًا بالإضافة إلى هيكل الطائرة. ويُعد استخدام المراوح المصنوعة من النايلون خيارًا منطقيًّا في هذه الحالة، لأن الطائرات بدون طيار الزراعية تطير على ارتفاع منخفض وتتعرض لخطر التصادم بشكل أكبر.

الطيران الحر والسباق باستخدام تقنية FPV

أنت تريد استجابة سريعة. قطر صغير، خطوة أعلى، مادة نايلون (لأنك ستصطدم). المروحة ذات الثلاث شفرات مقاس 5 بوصات المثبتة على محرك بقوة 2306-2400 كيلو فولت هي الإعداد الكلاسيكي لمروحة 5 بوصات في طيران الفريستايل. لا تنتج PiThrust محركات بحجم 2306، لكن منتجاتنا 3115-900 كيلوفولت تُعد المروحة مقاس 10 بوصات خيارًا شائعًا في تصميمات طائرات FPV طويلة المدى بطول 7 بوصات — حيث يطير الطيارون فوق سفوح الجبال لمدة تزيد عن 15 دقيقة.

الشحن الثقيل والبضائع

أنت تريد قوة دفع خام مع كفاءة مقبولة. 4320-350 ك.ف.ف. على مراوح مقاس 13×5 أو 15×5. يجب أن تكون مصنوعة من ألياف الكربون — ففي مستويات القوة هذه، تتشوه المراوح المصنوعة من النايلون تحت الحمل وتفقد قوتها الدافعة.

خمسة أخطاء نراها باستمرار

هذه المعلومات مستمدة من رسائل البريد الإلكتروني الواردة من العملاء ومطالبات الضمان. تعلم من أخطاء الآخرين.

1. اختيار مروحة ذات حجم أكبر من اللازم. "سأقوم فقط بتركيب مروحة أكبر للحصول على دفع أكبر." لا — فسوف تستهلك تيارًا أكبر مما تستطيع لفات المحرك تحمله. استخدم نطاق المراوح الموصى به من قبل الشركة المصنعة. فقد تم تحديده لسبب ما.

2. استخدام أنواع مختلفة من الدعامات في نفس الطائرة. كان لدينا عميل استخدم ثلاث مراوح من ألياف الكربون ومروحة واحدة من النايلون في طائرة رباعية المراوح. انحنت المروحة المصنوعة من النايلون عند زيادة السرعة، وأصبح الدفع غير متماثل، فانقلبت الطائرة بحدة إلى اليمين واصطدمت بشجرة. يجب أن تكون المراوح الأربع متطابقة — من نفس العلامة التجارية، ونفس الطراز، ومن نفس الدفعة إن أمكن.

3. تجاهل اتجاه الدوران. لا يمكن استبدال المروحة التي تدور في اتجاه عقارب الساعة (CW) بتلك التي تدور عكس اتجاه عقارب الساعة (CCW). فالحافة الأمامية لكل منهما مختلفة الشكل. فإذا ركبت مروحة تدور في اتجاه عقارب الساعة على محرك يدور عكس اتجاه عقارب الساعة، فستظل تنتج قوة دفع — لكن بشكل سيئ وغير فعال، وربما مصحوبة باهتزازات كافية لتفكيك البراغي.

4. شراء الدعامات الأرخص المصنوعة من "ألياف الكربون". ألياف الكربون الحقيقية تُنسج وتُركب في طبقات. أما الملحقات الرخيصة التي "تبدو وكأنها من الكربون" فغالبًا ما تكون مصنوعة من النايلون ومزودة بملصق بنمط ألياف الكربون. فهي تبدو وكأنها ألياف كربون حقيقية، لكن أداءها يشبه الورق المقوى المبلل. فإذا بدا السعر مغريًا للغاية، فهذا يعني أنه كذلك بالفعل.

5. عدم موازنة الدعائم. حتى المراوح الجيدة تأتي غير متوازنة قليلاً. فالمروحة غير المتوازنة عند 8,000 دورة في الدقيقة تولد اهتزازات تنتقل عبر محامل المحرك، ثم إلى الذراع، لتصل في النهاية إلى وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) في وحدة التحكم في الطيران. خصص 10 دقائق لاستخدام جهاز موازنة المراوح. وستشكرك أجهزة الجيروسكوب الخاصة بك على ذلك.

الأسئلة الشائعة حول اختيار مراوح الطائرات بدون طيار

هل يمكنني استخدام مروحة ذات شفرتين بدلاً من مروحة ذات ثلاث شفرات؟

نعم. ستحصل على كفاءة تبلغ حوالي 5-10%، لكنك ستفقد بعض السلاسة. بالنسبة للطائرات بدون طيار المستخدمة في رسم الخرائط والتي تطير بشكل مستقل بسرعة ثابتة، فإن هذه المقايضة تستحق العناء. أما بالنسبة للطيران بالرؤية المباشرة (FPV)، فالتزم باستخدام المروحة ثلاثية الشفرات.

ماذا يحدث إذا كانت المروحة أكبر من أن يتحملها المحرك؟

يستهلك المحرك تيارًا زائدًا في محاولة تدويره. ترتفع درجة حرارة اللفات إلى ما يتجاوز درجة الحرارة المحددة لها. يتلف العازل. يحدث قصر في الدائرة الكهربائية للمحرك. إما أن تهبط — أو لا تهبط.

هل العلامة التجارية للمروحة مهمة حقًا؟

نعم. لقد قمنا باختبار مراوح من ماركات HQProp وGemfan وT-Motor على نفس المحرك — بنفس الحجم ونفس الزاوية ونفس المادة. وتعد الاختلافات في قوة الدفع التي تتراوح بين 5 و8% بين العلامات التجارية أمرًا طبيعيًا. كما تختلف الكفاءة أيضًا. اختر علامة تجارية عالية الجودة والتزم بها في جميع مركباتك.

كيف أعرف ما إذا كانت دعاماتي غير متوازنة؟

أبقِ الطائرة بدون طيار في وضع التحليق الثابت. إذا لاحظت اهتزازًا في الأذرع أو سمعت صوت طنين يتغير مع تغيير سرعة المحرك، فهذا يعني وجود خلل في التوازن. تبلغ تكلفة جهاز موازنة المراوح $15، وتُعوِّض تكلفته من خلال إطالة عمر المحامل.

هل ينبغي عليّ استخدام دعامات قابلة للطي؟

بالنسبة للطائرات ذات الأجنحة الثابتة والطائرات ذات الإقلاع والهبوط العمودي (VTOL)، نعم — فهي تقلل من مقاومة الهواء أثناء الطيران إلى الأمام. أما بالنسبة للطائرات متعددة المراوح، فهذا ينطبق فقط إذا كنت بحاجة إلى تخزين موفر للمساحة. فالأجنحة القابلة للطي تضيف نقطة ضعف (المفصلة) وتكون كفاءتها أقل قليلاً من الأجنحة الصلبة.

خلاصة القول

المراوح ليست مجرد عنصر ثانوي. فهي تشكل نصف نظام الطاقة الخاص بك. فاختيار المروحة المناسبة للمحرك المناسب والجهد الكهربائي المناسب هو ما يميز طائرة بدون طيار تستمر في الطيران لمدة 45 دقيقة عن أخرى تهبط ساخنة بعد 20 دقيقة فقط.

ننشر بيانات الاختبارات التي أجريناها لأننا نريد أن يتخذ العملاء قرارات مستنيرة. إذا كنت غير متأكد من المروحة التي يجب استخدامها في تصميمك، فأرسل لنا رسالة عبر البريد الإلكتروني تتضمن وزن هيكل الطائرة والحمولة المستهدفة. وسنقدم لك توصية محددة — وليس مجرد اقتراح عام.

احصل على ملحقات تتناسب مع سيارتك

هل تحتاج إلى ملحقات متوافقة مع محركات PiThrust؟ تواصل معنا على info@pithrust.com أو عبر WhatsApp على الرقم +86-198-7242-8734. لدينا مخزون من المراوح المصنوعة من ألياف الكربون بجميع الأحجام المذكورة أعلاه. اطلع على مجموعتنا الكاملة من المحركات على pithrust.com.