تحليل مفصل للقيود

1. الجهد (V) وتصنيف المحرك KV

وهذا يمثل القيد الأكثر مباشرة وخطورة.

تصنيف المحرك KV: يشير إلى الزيادة في سرعة عدم التحميل-كل زيادة بمقدار 1 فولت في الجهد. على سبيل المثال، محرك 1000 كيلو فولت يعمل بجهد 12 فولت سيحقق سرعة تباطؤ تبلغ حوالي 1000 × 12=12000 دورة في الدقيقة.

جهد البطارية: يُشار إليه عادةً بالقيم "S" (1S=3.7V، 2S=7.4V، وما إلى ذلك)

علاقة:

سرعة المحرك الفعلية ≈ جهد البطارية × قيمة المحرك KV

محرك KV عالي + بطارية عالية الجهد:يؤدي هذا المزيج إلى سرعات محرك عالية للغاية ومتطلبات تيار كبيرة، مما يتجاوز بسهولة حدود التفريغ لكل من البطارية وESC، مما يؤدي إلى الاحتراق.

محرك منخفض KV + بطارية منخفضة الجهد: ينتج عن هذا المزيج سرعة محرك غير كافية، ويفشل في توليد قوة دفع كافية. قد تكون الطائرة بدون طيار غير قادرة على الإقلاع أو تظهر عليها قدرة ضعيفة على المناورة

.

إرشادات المطابقة:

عادةً ما تحدد الشركات المصنعة للمحركات نطاق الجهد الموصى به. على سبيل المثال، يجب إقران المحرك الذي يحمل علامة "مناسب لـ 4-6S" ببطاريات تتراوح من 4S (14.8 فولت) إلى 6S (22.2 فولت). بالنسبة لمتطلبات الطاقة المكافئة، تعمل مجموعة الجهد العالي-والمنخفضة-كيلو فولت بشكل أكثر كفاءة بشكل عام من مجموعة الجهد-المنخفضة والجهد العالي كيلوفولت، لأنها تسحب تيارات أقل، مما يقلل من فقد الأسلاك وتوليد الحرارة.

2. سعة تفريغ البطارية (تصنيف C-)مقابل.الطلب الحالي للنظام

يتعلق هذا بالمفاضلة-بين "قدرة الاندفاع" لقطار الطاقة- والسلامة التشغيلية.

الحد الأقصى لتيار النظام: ذروة التيار التي يتم سحبها بواسطة مجموعة محرك/مروحة واحدة عند دواسة الوقود الكاملة. إجمالي التيار=تيار محرك واحد × عدد المحركات.

الحد الأقصى لتيار التفريغ المستمر=سعة البطارية (Ah) × معدل التفريغ (C). على سبيل المثال، تتمتع بطارية 5000 مللي أمبير (5 أمبير) 30C بأقصى تيار تفريغ مستمر يبلغ 5 × 30=150A.

القيد:

الحد الأقصى لتيار التفريغ للبطارية أكبر من أو يساوي إجمالي الحد الأقصى للتيار لجميع المحركات

إذا كان تصنيف البطارية C- غير كافٍ: عندما تتطلب الطائرة بدون طيار قوة دفع عالية (على سبيل المثال، الصعود السريع، الطيران بسرعة عالية-)، لا يمكن للبطارية توفير تيار كافٍ، مما يتسبب في انخفاض جهد الخرج بشكل حاد (المعروف باسم "انخفاض الجهد"). وينتج عن ذلك:

عدم كفاية الطاقة، مما يؤدي إلى تدهور أداء الطيران.

إعادة تشغيل وحدة التحكم في الطيران أو فقدان التحكم، مما قد يؤدي إلى حدوث عطل.

تورم البطارية أو تلفها أو حتى نشوب حريق بسبب التفريغ الزائد.

البطاريات ذات معدل C-المرتفع بشكل مفرط: على الرغم من أنها توفر هوامش أمان أكبر، إلا أنها عادةً ما تتطلب وزنًا أثقل وتكلفة أعلى. ويجب تحقيق التوازن بين هذه العوامل.

3. سعة/وزن البطاريةمقابلمدة الرحلة/الكفاءة

وهذا يمثل مقايضة دائمة- فيما يتعلق بالقدرة على التحمل.

كثافة الطاقة: تعمل سعة البطارية الأكبر على تخزين المزيد من الطاقة، مما يؤدي نظريًا إلى إطالة مدة الرحلة.

مقايضة الوزن-إيقاف: البطاريات ذات السعة العالية-تكون دائمًا أثقل.

علاقة القيد:

زمن الرحلة ∝ سعة البطارية / (إجمالي طاقة النظام + زيادة الطاقة بسبب الوزن الإضافي)

وهذا مثال على تناقص العائدات:

قمت بتركيب بطارية بسعة أكبر بنسبة 50%.

هذه البطارية أيضًا أثقل بنسبة 50٪.

للتعويض عن هذا الوزن الزائد، يجب أن يستهلك المحرك المزيد من الطاقة للحفاظ على الطيران.

في النهاية، فإن الزيادة في زمن الرحلة أقل بكثير من 50%، وربما تنخفض بسبب الوزن الزائد للبطارية.

لذلك، عند تحديد سعة البطارية، يجب مراعاة تأثير وزنها على نسبة دفع الطائرة-إلى-الوزن وكفاءة المحرك. الحل الأمثل يكمن في إيجاد أفضل توازن بين كثافة الطاقة والوزن.

4. منصة الكفاءة

تختلف كفاءة المحرك باختلاف سرعات وأحمال الدوران. إنها تمتلك "نطاق الكفاءة الأقصى".

وظيفة البطارية: لتوفير جهد مناسب يمكّن المحرك من العمل بدقة ضمن نطاق كفاءته القصوى أثناء تطبيقات الخانق الشائعة (على سبيل المثال، التحليق والانطلاق).

القيود: قد يؤدي الاختيار غير المناسب لجهد البطارية إلى تشغيل المحركات بكفاءة منخفضة أثناء التحليق، مما يحول الطاقة الكهربائية الكبيرة إلى حرارة بدلاً من الدفع، مما يقلل بشكل كبير من مدة الرحلة.

ثانيا. أمثلة عملية على التجارة-خارج السوق

طائرات بدون طيار سباق FPV:

الهدف: نسبة الدفع القصوى-إلى-الوزن والقدرة على المناورة.

التحديد: يتم عادةً استخدام محركات -KV عالية (على سبيل المثال، 2000KV+) مقترنة ببطاريات -C عالية، ومتوسطة- (على سبيل المثال، 1300-1800 مللي أمبير في الساعة) بطاريات 4S أو 6S. التضحيات بالقدرة على التحمل من أجل القوة الانفجارية.

طائرات التصوير الجوي بدون طيار:

الهدف: التحمل الموسعة واستقرار الطيران.

الاختيار: يتم عادةً استخدام محركات -KV منخفضة (على سبيل المثال، عدة مئات من KV) مقترنة ببطاريات ذات جهد -عالي (6S)، وبطاريات-عالية السعة (على سبيل المثال، 5000 مللي أمبير+) تتميز بكثافة طاقة عالية. يعمل هذا الجهد-العالي والتيار المنخفض-على تحسين الكفاءة الإجمالية، وبالتالي إطالة مدة الرحلة.

طائرات بدون طيار خفيفة الوزن/للدخول-المستوى:

الهدف: التحكم في التكاليف والتشغيل المبسط.

التحديد: استخدم بطاريات -جهد منخفض (2S-3S) مقترنة بمحركات KV متوسطة الحجم -إلى عالية. تعد طاقة النظام ومتطلباته الحالية منخفضة نسبيًا، مما يضع متطلبات أقل صرامة على البطارية وESC.

تشكل العلاقة المترابطة بين بطاريات الطائرات بدون طيار والمحركات بشكل أساسي تحديًا تصميميًا تعاونيًا بين نظام الطاقة ونظام الدفع.