Детальний аналіз обмежень

1. Напруга (В) і КВ двигуна

Це є найбільш прямим і критичним обмеженням.

Номінальна потужність двигуна KV: позначає збільшення швидкості холостого ходу-на кожне збільшення напруги на 1 В. Наприклад, двигун потужністю 1000 кВ, що працює при напрузі 12 В, досягне швидкості холостого ходу приблизно 1000 × 12=12000 об/хв.

Напруга батареї: зазвичай позначається значеннями «S» (1S=3.7V, 2S=7.4V тощо)

Відносини:

Фактична швидкість двигуна ≈ Напруга акумулятора × значення KV двигуна

Високовольтний двигун + високовольтний акумулятор:Ця комбінація призводить до надзвичайно високих швидкостей двигуна та значних потреб у струмі, які легко перевищують межі розряду як акумулятора, так і ESC, що призводить до перегоряння.

Двигун з низьким КВ + акумулятор з низькою напругою: ця комбінація дає недостатню швидкість двигуна, не створюючи достатньої тяги. Дрон може не злетіти або демонструвати погану маневреність

.

Правила відповідності:

Виробники двигунів зазвичай вказують рекомендований діапазон напруги. Наприклад, двигун із позначкою «Підходить для 4-6S» має бути з’єднаний з акумуляторами від 4S (14,8 В) до 6S (22,2 В). Для еквівалентних вимог до потужності комбінація з високою-напругою та низьким-КВ зазвичай працює ефективніше, ніж установка з низькою{10}}напругою та високим КВ, оскільки споживає менші струми, зменшуючи втрати проводки та виділення тепла.

2. Розрядна ємність батареї (C-рейтинг)ПРОТИСистемний поточний попит

Це стосується компромісу-між-"вибуховою здатністю" електропоїзда та безпекою експлуатації.

Максимальний струм системи: піковий струм, який споживає одна комбінація двигуна/пропелера на повному газі. Загальний струм=Струм одного двигуна × Кількість двигунів.

Максимальний безперервний струм розряду=Ємність акумулятора (Ah) × Швидкість розряду (C). Наприклад, акумулятор ємністю 5000 мА/год (5 А/год) 30C має максимальний безперервний струм розряду 5 × 30=150A.

Обмеження:

Максимальний струм розряду акумулятора Більший або дорівнює сумарному максимальному струму всіх двигунів

Якщо номінальний рівень C-батареї недостатній: коли дрону потрібна велика тяга (наприклад, швидкий набір висоти, -швидкісний політ), батарея не може забезпечити достатній струм, що спричиняє різке падіння вихідної напруги (відоме як «падіння напруги»). Це призводить до:

Недостатня потужність, що призводить до погіршення льотних характеристик.

Перезавантаження контролера польоту або втрата контролю, що потенційно може спричинити аварію.

Здуття, пошкодження або навіть займання батареї через надмірний розряд.

Батареї з надто високим C-інтенсивністю: хоч і забезпечують більший запас безпеки, вони зазвичай мають більшу вагу та вищу вартість. Необхідно знайти баланс між цими факторами.

3. Ємність/вага батареїПРОТИТривалість польоту/ефективність

Це означає постійний компроміс-щодо витривалості.

Щільність енергії: більша ємність акумулятора зберігає більше енергії, теоретично збільшуючи тривалість польоту.

Компроміс-ваги: ​​батареї-вищої ємності незмінно важчі.

Відношення обмежень:

Час польоту ∝ Ємність акумулятора / (Загальна потужність системи + збільшення потужності за рахунок додаткової ваги)

Це є прикладом зменшення віддачі:

Ви встановлюєте батарею на 50% більшу ємність.

Цей акумулятор також на 50% важчий.

Щоб компенсувати цю додаткову вагу, двигун повинен споживати більше енергії для підтримки польоту.

Зрештою, збільшення часу польоту не досягає 50% і може навіть зменшитися через надмірну вагу батареї.

Тому, вибираючи ємність батареї, слід враховувати вплив її ваги на співвідношення-тяги-до-ваги літака та ефективність двигуна. Оптимальне рішення полягає в пошуку найкращого балансу між щільністю енергії та вагою.

4. Платформа ефективності

ККД двигуна залежить від частоти обертання та навантаження. Він має «максимальний діапазон ефективності».

Функція батареї: для забезпечення належної напруги, що дозволяє двигуну працювати точно в межах максимального діапазону ефективності під час звичайних застосувань дросельної заслінки (наприклад, зависання, круїз).

Обмеження: неправильний вибір напруги батареї може спричинити низьку ефективність двигунів під час зависання, перетворюючи значну кількість електричної енергії на тепло, а не на тягу, таким чином різко скорочуючи тривалість польоту.

II. Практичні компромісні-приклади

FPV гоночні дрони:

Мета: максимальне співвідношення -тяги до-ваги та маневреність.

Вибір: зазвичай використовують двигуни з високою-KV (наприклад, 2000KV+) у поєднанні з батареями 4S або 6S високої-C, середньої{6}}ємності (наприклад, 1300-1800mAh). Жертвує витривалістю заради вибухової сили.

Дрони для аерофотозйомки:

Мета: збільшена витривалість і стабільність польоту.

Вибір: зазвичай використовують двигуни з низьким-KV (наприклад, кілька сотень KV) у поєднанні з високо-напругою (6S), високо-ємними (наприклад, 5000mAh+) акумуляторами з високою щільністю енергії. Цей підхід до високої-напруги та низького-струму підвищує загальну ефективність, тим самим подовжуючи тривалість польоту.

Дрони легкого/початкового-рівня:

Мета: контроль витрат і спрощення роботи.

Вибір: використовуйте батареї низької-напруги (2S-3S) у поєднанні з відповідними двигунами середньої- та високої KV. Вимоги системи до потужності та струму є відносно низькими, тому вимоги до батареї та ESC менш суворі.

Взаємозалежність між батареями та двигунами безпілотних літальних апаратів засадничо становить проблему спільного проектування між енергетичною системою та силовою установкою.