Руководство по выбору бесщеточных двигателей для промышленных и сельскохозяйственных дронов

Бесщеточный двигатель для БПЛА следует выбирать с учетом всей силовой установки, а не исходя исключительно из показателя KV или максимальной тяги. Правильный выбор зависит от размера пропеллера, напряжения аккумулятора, тока ESC, взлётной массы, полезной нагрузки, запланированной продолжительности полёта и типа задачи. Для промышленных и сельскохозяйственных дронов лучшим двигателем обычно является тот, который способен поддерживать эффективную тягу при среднем открытии дросселя без перегрева.

Однако это звучит не так впечатляюще, как высокий показатель пикового тягового усиления. На практике именно благодаря этому реальные проекты с использованием БПЛА выдерживают полевые испытания. Именно по этой причине и дроны для опрыскивания, и дроны для картографирования, и платформы для съёмки могут использовать бесщеточные двигатели, но от них не требуется выполнять одну и ту же задачу.

Начинайте с задачи, а не с модели двигателя

Прежде чем выбирать бесщеточный двигатель для БПЛА, сначала определите задачу полета. Будет ли аппарат перевозить жидкий груз, геодезическое оборудование, подвес с камерой, груз для доставки или сенсорный модуль? Кроме того, предполагается ли, что дрон будет выполнять короткие полеты с высокой мощностью или длительные стабильные полеты по маршрутам с умеренной мощностью?

При опрыскивании сельскохозяйственных культур двигатель должен справляться с изменяющейся нагрузкой по мере опустошения бака. В отличие от этого, для дронов, используемых в картографировании и инспектировании, зачастую важнее стабильная тяга и низкий уровень вибрации, чем экстремальная пиковая мощность. В то же время для промышленных платформ, предназначенных для перевозки тяжелых грузов, основными вопросами безопасности являются управление тепловым режимом и запас тяги.

Именно поэтому профессиональная рекомендация по выбору двигателя обычно включает семь параметров: размер пропеллера, напряжение аккумулятора, ток ESC, тип летательного аппарата, расчетная взлетная масса, полезная нагрузка, а также количество двигателей или требования к индивидуальной настройке.

Подберите KV в соответствии с размером пропеллера и напряжением

Показатель KV означает количество оборотов в минуту на вольт при работе без нагрузки. Это не является прямым показателем номинальной мощности. Соответственно, двигатель с более высоким показателем KV вращается быстрее при том же напряжении. Для сравнения: двигатель с более низким показателем KV обычно лучше подходит для работы с пропеллерами большего размера, обеспечивая более высокий крутящий момент и меньшую частоту вращения.

Например, на компактной 10-дюймовой платформе БПЛА можно использовать двигатель с более высоким показателем KV, например 3115 900KV на 6S. Во многих случаях для промышленных платформ размером 13–15 дюймов используются двигатели с показателями 380 кВ, 420 кВ или 600 кВ в зависимости от напряжения и нагрузки. Между тем для кинематографических платформ размером 17 дюймов обычно требуется более низкий показатель KV и более плавная подача крутящего момента.

Главное — это баланс. Если показатель KV слишком высок для большого винта, ток может быстро возрасти, что приведет к нагреву. Если показатель KV слишком низок для данного винта и напряжения, аппарат может работать медленно или неэффективно. Поэтому всегда проверяйте двигатель, винт, ESC и аккумулятор в комплексе.

Перед окончательным выбором двигателя определитесь с платформой напряжения

Самое главное, что напряжение влияет на всю силовую установку. Например, конфигурация 6S широко используется в компактных и средних дронах. Кроме того, конфигурация 8S обеспечивает многим сельскохозяйственным и промышленным дронам больше возможностей для эффективного создания тяги. Наконец, конфигурация 12S позволяет снизить ток для платформ с большой нагрузкой, но при этом требует использования совместимых ESC, аккумуляторов, разъемов и проводки.

Например, модель Pi Thrust 3115 предназначена для компактных платформ с питанием 6S. Модель 5215 обычно используется в качестве двигателя для сельскохозяйственных дронов с питанием 8S. Модели 4320 и 5315 лучше подходят для платформ, которым требуется высокая тяга и более высокое напряжение.

Однако не стоит повышать напряжение только потому, что это выглядит более мощно. Если рама, ESC, пропеллер и аккумуляторная батарея не рассчитаны на такое напряжение, в результате модель может стать тяжелее, дороже и сложнее в обслуживании.

Проверяйте тягу при рабочем режиме дроссельной заслонки, а не только при пиковой тяге

Пиковая тяга — это хорошо, но это не всё. Ведь дрон редко работает на полной мощности на протяжении всей миссии. При эксплуатации в полевых условиях важно, какую тягу двигатель способен поддерживать в нормальном рабочем диапазоне, насколько он нагревается и каков остаётся КПД, когда аппарат несёт полезную нагрузку.

При подборе двигателей Pi Thrust мы учитываем совокупность таких параметров, как тяга, ток, мощность, КПД и температурные характеристики. В некоторых БПЛА с полезной нагрузкой двигатель, который на бумаге кажется меньшим, может оказаться более подходящим, если он работает с меньшим нагревом и более эффективно в реальных условиях зависания.

Перед окончательным выбором, если летательный аппарат все еще находится на стадии проектирования, сначала рассчитайте его полную взлетную массу. Затем разделите необходимую подъемную силу на количество двигателей. После этого предусмотрите достаточный запас на случай воздействия ветра, маневрирования, падения напряжения в аккумуляторах и колебаний полезной нагрузки.

Не игнорируйте ток на выводе ESC и поведение прошивки

Бесщеточный двигатель дрона работает эффективно только в том случае, если ESC способен безопасно его управлять. ESC должен поддерживать напряжение аккумулятора, постоянный ток, пиковый ток и режим управления, требуемые двигателем и пропеллером. Для более тяжёлых БПЛА запас прочности ESC — это не роскошь, а залог надёжности.

Кроме того, важное значение могут иметь совместимость с FOC, поведение при запуске и стабильность при низких оборотах. Например, БПЛА для картографирования может в течение длительного времени работать в режиме постоянной нагрузки. В то же время БПЛА для опрыскивания может сталкиваться с изменяющейся нагрузкой и воздействием внешней температуры. С другой стороны, БПЛА для перевозки тяжелых грузов может потребовать высокого тока во время взлета. Поэтому эти случаи не следует оценивать, опираясь исключительно на технические характеристики двигателя.

Если у вас есть сомнения, укажите в запросе на двигатель планируемую модель ESC и тип прошивки. Этот шаг позволит сэкономить время и предотвратить несоответствие, которое может обнаружиться только после сборки.

Линейка бесщеточных двигателей для БПЛА серии Pi Thrust

Что касается ассортимента продукции, в настоящее время компания Pi Thrust специализируется на бесщеточных двигателях для БПЛА, предназначенных для силовых установок с диапазоном размеров 10–18 дюймов. Эта серия охватывает компактные инспекционные дроны, БПЛА для картографирования, сельскохозяйственные опрыскиватели, платформы для аэросъемки и промышленные летательные аппараты для перевозки тяжелых грузов.

Одно замечание: для серии 5315 перед публикацией окончательных технических характеристик необходимо уточнить окончательную версию KV. В действующих эксплуатационных документах приводятся данные как для 260 кВ, так и для 420 кВ. Поэтому, если для проекта требуется серия 5315, в качестве окончательного критерия выбора следует использовать размер пропеллера, напряжение, целевое значение тяги и протокол испытаний.

Выбор по области применения

Дроны для опрыскивания сельскохозяйственных культур

Сельскохозяйственные дроны требуют высокого крутящего момента, эффективного охлаждения и стабильности полезной нагрузки. Двигатель должен выдерживать изменения веса бака, высокие температуры на открытом воздухе и многократные циклы взлёта. Для многих платформ размером 13–15 дюймов рекомендуется начинать с модели 5215 420KV. Однако для более тяжёлых конфигураций следует сравнить модели 4320 и 5315 после проверки напряжения и размера пропеллера.

Промышленные дроны для инспектирования

При создании инспекционных БПЛА часто уделяется особое внимание стабильности, времени безотказной работы и низкому уровню вибрации. Дроны, предназначенные для обследования линий электропередачи, объектов безопасности и инфраструктуры, могут быть оснащены камерами или датчиками, поэтому двигатель не должен создавать лишних вибраций. В зависимости от размера и полезной нагрузки можно рассмотреть модели 3115, 4312 и 4320.

Дроны для картографирования и геодезических измерений

Для дронов, предназначенных для картографирования, важны стабильная тяга и эффективный крейсерский режим. Продолжительность полёта и плавность управления обычно имеют большее значение, чем экстремальное ускорение. Для компактных картографических платформ модель 3115 подходит для пропеллеров диаметром 10 дюймов. В то же время для более крупных картографических БПЛА модель 4312 является более подходящим выбором для начала.

Кинематографические и аэрофотосъемочные платформы

Для киносъемочных БПЛА важны плавная тяга, низкий уровень вибрации и более длительная автономность при использовании пропеллеров большого размера. Двигатель 5008 300KV разработан для платформ с 17-дюймовыми пропеллерами, где стабильная и эффективная подъемная сила имеет большее значение, чем резкая реакция на нажатие педали газа.

Промышленные БПЛА для перевозки тяжелых грузов

При выборе дронов для перевозки тяжелых грузов следует руководствоваться более консервативными запасами прочности. Двигатель, электронный регулятор скорости (ESC), пропеллер и аккумулятор должны выдерживать высокие нагрузки. Модели Pi Thrust 4320 и 5315 являются основными вариантами, которые следует рассмотреть при выборе промышленных БПЛА с большой грузоподъемностью.

Что проверяет Pi Thrust перед тем, как порекомендовать двигатель

Полезная рекомендация начинается с конструкции аппарата, а не с каталога. Pi Thrust обычно проверяет размер пропеллера, напряжение аккумулятора, ток ESC, количество двигателей, расчетную взлетную массу, полезную нагрузку, расчетное время полета и условия эксплуатации.

Для покупателей из сегмента B2B мы также можем обсудить индивидуальные технические характеристики, лазерную маркировку логотипа, длину кабеля, тип разъема, цвет и упаковку. Кроме того, при размещении проектных заказов мы можем подготовить протоколы испытаний, которые помогут сравнить тяговое усилие, силу тока и КПД перед оптовой закупкой.

Любое серьёзное решение, касающееся двигателя БПЛА, должно подкрепляться данными. В большинстве проектов заказ пробного образца, стендовые испытания или анализ совместимости силовой установки обходятся дешевле, чем перепроектирование дрона после того, как на него уже был установлен неподходящий двигатель.

Рекомендуемый порядок действий при выборе

1. Подтвердите тип воздушного судна, полезную нагрузку и целевую взлетную массу.
2. Выберите размер пропеллера, подходящий для рамы и задачи.
3. Выберите платформу напряжения, например 6S, 8S или 12S.
4. Определите номинальные значения KV двигателя и размер статора для данного винта и напряжения.
5. Проверьте непрерывный ток ESC, пиковый ток и работу прошивки.
6. Проверить тягу, ток, КПД и температуру в рабочем диапазоне регулировки дроссельной заслонки.
7. Перед размещением крупного заказа следует провести испытания образцов, особенно в случае сельскохозяйственных и грузоподъемных БПЛА.

Обратитесь в компанию Pi Thrust за помощью в подборе двигателя

Если вы выбираете бесщеточный двигатель для промышленного или сельскохозяйственного дрона, сообщите размер пропеллера, напряжение аккумулятора, ток ESC, количество двигателей, взлетный вес, полезную нагрузку и сферу применения. После этого компания Pi Thrust сможет порекомендовать подходящую серию двигателей и, при наличии соответствующих заказов, предоставить индивидуальные настройки KV, логотип, кабель, разъем и упаковку.

Наконец, обратитесь в компанию Pi Thrust по адресу info@pithrust.com для получения помощи в подборе двигателей, заказа образцов и реализации проектов по поставкам в сегменте B2B.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Какой бесщеточный двигатель для БПЛА лучше всего подходит для сельскохозяйственных дронов?

Для большинства сельскохозяйственных дронов-опрыскивателей следует начинать с расчета полезной нагрузки, размера пропеллеров и напряжения. Например, Pi Thrust 5215 — мощный вариант для 8S с пропеллерами размером 13–15 дюймов. Однако для более тяжёлых платформ с питанием 12S модели 4320 или 5315 можно включить в шорт-лист после проверки взлётного веса, тока ESC и схемы расположения пропеллеров.

Как выбрать KV для бесщеточного двигателя БПЛА?

Выбирайте показатель KV с учётом размера пропеллера и напряжения. Как правило, двигатели с более высоким показателем KV подходят для меньших пропеллеров и обеспечивают более быструю реакцию. Напротив, двигатели с более низким показателем KV подходят для больших пропеллеров, обеспечивают более высокий крутящий момент и более длительную автономность. Поэтому не следует выбирать показатель KV, ориентируясь исключительно на название модели.

Что лучше выбрать для двигателя промышленного дрона: 6S, 8S или 12S?

Используйте 6S для компактных платформ, 8S — для большинства средних промышленных и сельскохозяйственных БПЛА, а 12S — в тех случаях, когда аппарату требуется более высокая мощность при меньшем токе. В конечном итоге окончательный выбор зависит от номинальных характеристик ESC, конфигурации аккумуляторной батареи, размера пропеллера и полезной нагрузки.

Какую тягу должен развивать каждый двигатель дрона?

Практическим отправным пунктом является обеспечение достаточного запаса тяги, превышающего требования к режиму зависания. Кроме того, БПЛА с большой полезной нагрузкой обычно нуждаются в большем запасе тяги, чем дроны для картографирования. Затем укажите взлетную массу, полезную нагрузку и количество двигателей, чтобы Pi Thrust мог рассчитать более безопасную рекомендацию.

Может ли компания Pi Thrust изготовить бесщеточные двигатели для БПЛА по индивидуальному заказу?

Да. Кроме того, компания Pi Thrust может обеспечить индивидуальные настройки KV, лазерную гравировку логотипа, длину кабеля, тип разъема, цвет и упаковку для заказов, соответствующих установленным требованиям. Перед началом индивидуальной настройки сообщите нам о типе двигателя, напряжении, винте, ESC, количестве и графике доставки.

Какую информацию следует предоставить, прежде чем обращаться за рекомендацией по выбору двигателя?

Для начала сообщите размер пропеллера, напряжение аккумулятора, ток ESC, тип летательного аппарата, расчетную взлетную массу, полезную нагрузку, расчетную продолжительность полета, количество аппаратов и любые требования к индивидуальной настройке. Эти данные помогут избежать ситуаций, когда двигатель перегревается, тратит энергию впустую или не способен безопасно поднять полезную нагрузку.