Обзор двигателя Pi Thrust 3115-900KV: компактная тяга для дронов 6S, предназначенных для картографирования и обследования

Не каждому промышленному дрону требуется статор диаметром 43 мм. Двигатель Pi Thrust 3115-900KV разработан с учетом конкретных требований: обеспечение максимальной производительности в компактном и легком двигателе, который подходит для узкой геометрии кронштейнов, не уступая при этом по качеству сборки. С Максимальная тяга 4 600 г Благодаря статору размером 31×15 мм и 10-дюймовому винту при напряжении 6S этот двигатель достигает оптимального соотношения характеристик, недоступного для более крупных моделей — он достаточно лёгкий, чтобы не перегружать планер, и достаточно мощный, чтобы перевозить реальные полезные нагрузки в реальных миссиях. Мы протестировали его на компактных квадрокоптерах для картографирования, платформах для осмотра коридоров и БПЛА для обеспечения безопасности. Вот что именно мы обнаружили.

Что на самом деле означает обозначение статора 3115

Это число определяет геометрию. Диаметр статора — 31 мм позволяет сохранить компактность вращающейся массы — меньшая инерция, более быстрая реакция на нажатие педали газа и меньшие габариты на руле. При этом Высота статора 15 мм обеспечивает достаточную глубину намотки для создания значимого крутящего момента, не перенося при этом двигатель в тот же весовой класс, что и более крупные промышленные агрегаты.

На практике такая комбинация обеспечивает двигатель с номинальной мощностью примерно 180 г — примерно на 35% легче, чем модель 4312-380KV. В конструкции с четырьмя двигателями это позволяет сэкономить более 400 г только на двигателях. Для компактных конструкций, где каждый грамм имеет решающее значение для баланса между весом батареи и полезной нагрузкой, этот запас имеет непосредственное значение.

Почему двигатель на 900 кВ и 10-дюймовый пропеллер — идеальное сочетание для 6S

При заряде 6S (номинальное напряжение 22,2 В) двигатель с постоянным током 900 кВ вращается со скоростью примерно 19 980 об/мин без нагрузки. При использовании пропеллера из углеродного волокна размером 10×4,5 дюйма рабочий диапазон в загруженном состоянии снижается до 14 000–17 000 об/мин в зависимости от положения дроссельной заслонки — именно в этом диапазоне 10-дюймовый пропеллер работает с максимальной аэродинамической эффективностью. Если перейти на двигатель с более высоким показателем KV с тем же пропеллером, лопасти будут работать с превышением допустимой скорости; если перейти на двигатель с более низким показателем KV, то потеряется отзывчивость при высокой частоте вращения, которая обеспечивает маневренность компактных платформ в ограниченном пространстве. Показатель 900 кВ не является произвольным — именно в этом диапазоне физические параметры идеально согласуются для данной комбинации статора и пропеллера.

Данные по тяге и КПД — статические испытания 6S, пропеллер из углеродного волокна размером 10×4,5 дюйма

Мы провели испытания двигателя 3115-900KV на стенде для измерения статической тяги с пропеллером из углеродного волокна размером 10×4,5 дюйма при напряжении 6S (22,2 В). Положение дроссельной заслонки изменялось от 10% до 100% с шагом 10%, с 30-секундным периодом стабилизации на каждом шаге. Результаты приведены ниже:

Что цифры говорят о планировании миссий

Пик эффективности приходится на диапазон открытия дроссельной заслонки 30–40% — 3,63–3,86 г/Вт — именно в этом режиме хорошо загруженная компактная платформа движется во время обследования сетки или плановой проверки коридора. И это не случайно: это отражает то, как обмотка оптимизирована для устойчивой мощности при среднем открытии дросселя, а не для спринтерских характеристик. На практике это означает, что ваша батарея 10Ah 6S проходит большее расстояние на одной зарядке, чем вы получили бы от двигателя, настроенного на пиковую тягу при полном открытии дросселя.

При положении дроссельной заслонки 70% двигатель развивает тягу 3 450 г при мощности 1 288 Вт — это оптимальная точка устойчивой работы для миссий в условиях сильного ветра или с критически важной полезной нагрузкой, когда требуется запас мощности без перегрева двигателя.

Лучшие области применения модели 3115-900KV

Компактные картографические квадрокоптеры (максимальный взлетный вес менее 15 кг)

Платформа с четырьмя двигателями, работающая на двигателях 3115-900 кВ, генерирует Общая статическая тяга — 18 400 г. При соотношении тяги к весу 2:1 это определяет безопасный максимальный взлетный вес (MTOW) примерно в 9,2 кг — этого достаточно для корпуса аппарата, аккумулятора 10 А·ч 6S и компактной RGB- или мультиспектральной камеры. Примечательно, что операторы, создающие квадрокоптеры для картографирования с MTOW менее 10 кг, часто предпочитают именно эту конфигурацию, поскольку более лёгкие двигатели увеличивают время полёта при той же ёмкости аккумулятора. Мы видели, как такая конфигурация достигает Выносливость в течение 28–34 минут с аккумуляторной батареей 10 А·ч (6S) на планере весом 4,8 кг.

Платформы для осмотра коридоров и инфраструктуры

Компактный диаметр модели 3115 играет важную роль при работе в ограниченных пространствах. При осмотре линий электропередач, обследовании нижней части мостов и проверке внутренних помещений большое преимущество дает двигатель, диаметр пропеллера которого не превышает геометрически допустимые пределы. Аналогичным образом, более быстрая реакция дроссельной заслонки, обусловленная меньшей вращающейся массой, обеспечивает более точное удержание положения в условиях порывистого ветра — полетный контроллер имеет большее влияние на планер, когда двигатели реагируют быстро. Одна из инспекционных команд, с которой мы сотрудничаем, использует шесть двигателей 3115 на гексакоптере и специально отмечает отзывчивость двигателя как причину, по которой они сохранили эту конфигурацию, вместо перехода на четырехдвигательную схему с моделью 4312.

БПЛА для обеспечения безопасности и видеонаблюдения

При разработке платформ безопасности приоритет отдается времени нахождения в воздухе, низкой акустической заметности и надежной непрерывной работе, а не просто грузоподъемности. Двигатель 3115-900KV при настройке дросселя 40–50% демонстрирует относительно тихую работу по сравнению с двигателями с высоким KV, работающими с меньшими пропеллерами на более высоких оборотах. Кроме того, стабильный КПД на крейсерской скорости означает более длительное время нахождения в воздухе на одной зарядке аккумулятора — это важно, когда необходимо удерживать орбиту наблюдения в фиксированной точке в течение 20–25 минут без возвращения на базу.

Сопряжение ESC и пропеллера

Поскольку пиковый ток достигает 90,3 А, вам потребуется ESC с номинальным током непрерывной работы 80 А или выше и запасом по пиковому току. Использование ESC с недостаточными характеристиками на столь маневренной платформе создает риск снижения надежности, который проявляется именно при нагрузке, а не во время стендовых испытаний.

При выборе пропеллера, 10×4,5 дюйма, углеродное волокно — это проверенная конфигурация. Вариант с шагом 10×5,0 увеличивает пиковую тягу примерно на 4–6% за счет более высокого потребления тока на крейсерском режиме. Мы не рекомендуем превышать 10,5 дюймов — при 900 кВ на 6S скорость на конце лопасти начинает приближаться к пределу эффективности после 10,5 дюймов, а обмотка двигателя не оптимизирована для такого профиля нагрузки. См. нашу полное руководство по выбору двигателей для определения размеров пропеллеров во всем диапазоне Pi Thrust.

3115-900 кВ против 4315-600 кВ: какой компактный двигатель выбрать?

Это две компактные модели Pi Thrust, и разница между ними заключается не только в размере статора.

Выберите модель 3115 если ваша платформа работает на 6S, геометрия кронштейнов ограничивает диаметр пропеллеров до 10 дюймов или вы создаете систему, в которой вес двигателя напрямую влияет на время полёта. С другой стороны, выберите модель 4315 Если вам нужна большая грузоподъёмность, используйте батарею 8S и выберите геометрию кронштейнов, подходящую для 13-дюймовых пропеллеров. Ознакомьтесь с Полное сравнение 7 двигателей чтобы увидеть полное сравнение всех моделей линейки Pi Thrust.

Качество сборки: чем этот двигатель отличается от двигателей 3115 потребительского класса

Модель 3115-900KV имеет такое же обозначение статора, как и бытовые FPV-двигатели, однако её внутренние технические характеристики существенно отличаются. В частности, долговечность при эксплуатации в промышленных условиях определяется тремя компонентами.

Японские подшипники NSK

Подшипники неизвестных производителей начинают давать люфт после 80–100 часов работы на высоких оборотах — это медленное изнашивание, которое приводит к появлению вибрации ещё до полного выхода из строя. Эта вибрация напрямую передаётся на подвес камеры или блок датчиков, ухудшая качество изображения даже во время миссий, когда двигатель ещё "работает". Мы используем подшипники NSK, поскольку они сохраняют допуски более 200 летных часов при нормальных условиях эксплуатации. В профессиональных условиях это имеет большее значение, чем разница в первоначальной стоимости.

Дуговые магниты N52H

N52H — это стандартный неодимовый магнит высшего класса с термостойкостью класса H, рассчитанный на рабочую температуру до 120 °C. Дугообразные магниты занимают большую часть магнитного контура, чем их блочные аналоги, что увеличивает плотность магнитного потока и крутящий момент на ампер. Кроме того, мы закупаем магниты из той же цепочки поставок, что и для двигателей электромобилей, а не на общем рынке магнитов, где качество магнитов варьируется от партии к партии.

220 °C — проволока для намотки

Стандартная обмоточная проволока рассчитана на температуру 155 °C. Наша проволока рассчитана на 220 °C — тот же класс, что и в промышленных серво- и тяговых двигателях. Речь идет о тепловом запасе, который позволяет сохранить изоляцию обмотки в исправном состоянии после более чем 200 циклов полёта в условиях высокой температуры окружающей среды, а не допускает её постепенного износа уже после 50 циклов. Для платформы, эксплуатируемой в течение всего летнего сезона в условиях Южной Азии или Ближнего Востока, этот запас не является чисто теоретическим.

Часто задаваемые вопросы

Что означает обозначение 3115-900 кВ?

3115 — это характеристики статора: диаметр 31 мм, высота 15 мм. 900 кВ означает, что двигатель развивает 900 оборотов в минуту на каждый приложенный вольт — при напряжении 6S (номинальное напряжение 22,2 В) это составляет примерно 19 980 оборотов в минуту без нагрузки. KV — это не номинальная мощность; это константа скорости, определяющая подбор пропеллера. См. нашу Полное руководство по номинальным значениям KV подробное объяснение.

Можно ли запустить модель 3115-900KV на 8S?

Мы не рекомендуем этого. При напряжении 8S (номинальное напряжение 29,6 В) частота вращения без нагрузки приближается к 26 640 об/мин — это значительно выходит за пределы диапазона аэродинамической эффективности 10-дюймового винта и значительно превышает номинальные рабочие параметры двигателя. Работа в режиме 8S с пропеллером меньшего размера (7–8 дюймов) технически возможна, но полностью лишает смысла конструкцию модели 3115. Для платформ 8S 4315-600KV — это правильный выбор.

Какой максимальный взлетный вес (MTOW) может развивать квадрокоптер с четырьмя двигателями модели 3115-900KV?

Четыре двигателя развивают суммарную статическую тягу 18 400 g. При стандартном для отрасли коэффициенте безопасности «тяга к массе» 2:1 это обеспечивает безопасный максимальный взлетный вес (MTOW) примерно 9,2 кг. На практике типичная компактная конфигурация дрона для съемки имеет следующие параметры: корпус — 2,5 кг + аккумулятор — 1,8 кг + камера/авионика — 1,2 кг = 5,5 кг эксплуатационной массы, что оставляет 3,7 кг дополнительной грузоподъемности до достижения предела 2:1.

Совместим ли 3115-900KV с ArduPilot и PX4?

Да. Двигатель представляет собой стандартную трехфазную бесщеточную конструкцию — совместимость определяется комплектом полетного контроллера, а не самим двигателем. Любая система ArduPilot или PX4 в сочетании с ESC, рассчитанным на 6S (с непрерывным током 80 А и более), позволяет использовать двигатель 3115-900KV без каких-либо изменений в настройках. Поддерживаются все стандартные протоколы: PWM, DSHOT300, DSHOT600 и CAN-шина.

Как модель 3115 сравнивается с моделью 4312-380KV при проведении инспекционных работ?

Двигатель 4312-380KV развивает пиковую тягу, превышающую пиковую тягу предыдущей модели более чем в два раза (13 000 g против 4 600 g), и подходит для более тяжёлых платформ с 13-дюймовыми пропеллерами при 8–12S. Однако меньший диаметр и более быстрый отклик на управление дросселем у модели 3115-900KV дают ей преимущество при осмотре в ограниченном пространстве — в замкнутых конструкциях, при обследовании коридоров и при работе с инфраструктурой на близком расстоянии, где больший диаметр винта модели 4312 становится ограничивающим фактором. Правильный выбор зависит от геометрии вашей платформы и веса полезной нагрузки. Ознакомьтесь с Обзор модели 4312-380KV для получения подробной схемы устройства большого двигателя.

Может ли компания Pi Thrust настроить значение KV или конфигурацию обмотки для модели 3115?

Да — возможна индивидуальная настройка обмотки KV, длины вала, типа разъема, а также лазерная гравировка логотипа. Для индивидуальных технических характеристик действуют минимальные объемы заказа. Свяжитесь с нами напрямую и сообщите свои требования к напряжению, пропеллеру и тяге, и мы подтвердим, что можно реализовать в течение 7 дней, необходимых для изготовления прототипа.

Выберите модель 3115 для вашей сборки

Двигатель 3115-900KV — идеальный выбор для компактных платформ с батареями 6S, где геометрия кронштейнов, вес двигателя и отзывчивость дросселя имеют не меньшее значение, чем чистая тяга. Не уверены, подходит ли он для вашего летательного аппарата? Сообщите нам целевой максимальный взлётный вес (MTOW), конфигурацию аккумулятора и профиль миссии — мы подберём для вас оптимальную комбинацию двигателя и пропеллера ещё до оформления заказа.

Свяжитесь с нами

• Электронная почта: info@pithrust.com
• WhatsApp: +86-198-7242-8734
• Веб-сайт: pithrust.com

См. также наш руководство по выбору двигателя для дрона для применения структурированного подхода к подбору двигателя, пропеллера и напряжения для всех семи моделей Pi Thrust.