כיצד לחשב דחף מנוע של רחפן, מדריך שלב אחר שלב

 

במאמרים הקודמים שלנו, ציינו שוב ושוב כי המנוע הוא מערכת הכוח הליבה של המל"ט, שקובעת אם המזל"ט יכול לעוף, עד כמה הוא יציב באוויר, בין אם הוא יכול לשאת משקל, וכמה זמן הוא יכול לעוף. אתה כבר יודעמהו מנוע DC ללא מברשות (BLDC), איך מנועי מזל"ט עובדים, וכיצד לבחור סוגים שונים של מנועי מזל"ט ...

 

עכשיו הגיע הזמן לבחון מקרוב את פרמטר המפתח נוסף: דחף .

 

דחף קובע אם מזל"ט יכול להמריא ולרחף, וגם קובע אם אתה יכול להרכיב מצלמות, מיפוי מודולים, טעינת מטען וציוד משימה אחר .

 

לא מספיק דחף → לא יכול לעוף; יותר מדי דחף → מבזבז אנרגיה ומקצר סיבולת .

רק עם דחף מתאים ניתן למנוע, המדחף, בקר המהירות החשמלית והסוללה ליצור מערכת יציבה ויעילה .

 

בחלק הבא, נלמד אותך את רעיונות הליבה של הערכת דחף שלב אחר שלב, מההגדרה של דחף, חישוב כוח מוטורי, המלצות יחס דחף למשקל, כדי שיטות תואמות ESC .

 

בפיזיקה, דחף הוא הכוח שדוחף עצם קדימה או כלפי מעלה, והיחידה שלו היא בדרך כלל ניוטון (N) או גרם (g)/קילוגרם (kg). בתעשיית הרחפנים, אנו משתמשים לעתים קרובות יותר ב"גרם" או "קילוגרם" כדי למדוד את דחף המנוע, המשקף ישירות כמה משקל הוא יכול "להרים".

 

1. הגדרה בסיסית של דחף

דחף = מנוע + כוח מדחף כלפי מעלה בהספק קלט מסוים

לדוגמה:

אם מנוע מייצר 1000 גרם של דחף, פירוש הדבר שהוא יכול "להרים" משקל של פחות מ-1 ק"ג בתנאים סטטיים.

הדחף של כל מנוע של רחפן הוא 1000 גרם, והדחף הכולל הוא 4000 גרם (4 ק"ג), שיכול תיאורטית לתמוך במשקל המראה מרבי של 2 ק"ג (יחס דחף למשקל של 2:1).

ערך זה קשור ישירות ל"יכולת ההמראה" ול"קיבולת העומס" של המטוס.

 

2. דחף סטטי לעומת דחף דינמי

ביישומים מעשיים אנו מבחינים לעתים קרובות בין דחף סטטי לדחף דינאמי:

סוּג	הַגדָרָה	שיטת מבחן
דחף סטטי	הדחף שנוצר על ידי המנוע + מדחף באוויר דומם	מונח על פלטפורמת מבחן הדחף
דחף דינמי	הדחף שהמנוע + מדחף יכול לספק בטיסה/בתנועה	מנהרת רוח או מדידת אוויר (מורכבת יותר)

ערך דחף המנוע שאנו מדברים עליו לרוב מתייחס בדרך כלל ל"דחף הסטטי ", שהוא גם הנתונים הסטנדרטיים שנבדקו ומפורסמים על ידי יצרני המנוע .

 

3. יחס דחף למשקל: מחוון מקשים לבחירת מנוע

יחס דחף למשקל=דחף סה"כ משקל ההמראה, הוא אינדיקטור חשוב להערכת ביצועי טיסה:

שימוש בטיסה	יחס דחף למשקל מומלץ	לְהַדגִים
צילום אווירי/מיפוי מזל"ט	2:01	להבטיח ריחוף ויציבות עומס
פעולות סיור תעשייתי/היילנד	2.5:1 ~ 3:1	שפר את יתירות כדי להתמודד עם שינויים בלחץ האוויר/הסביבה
מירוץ FPV מזל"ט	4:1 ~ 6:1	תאוצה מהירה ותמרונים אינטנסיביים דורשים יחס דחף למשקל גבוה

לדוגמה, עבור מזל"ט צילום אווירי עם משקל ההמראה של 1500 גרם, הדחף הכולל המומלץ הוא בערך 3000 גרם, מה שאומר שאתה צריך לבחור פיתרון בו כל מנוע יכול לספק לפחות 750 גרם דחף סטטי .

 

כדי להבין את המנגנון של יצירת דחף מוטורי, עליכם להבין קשר פיזי בסיסי:

כוח מנוע (w)=מתח (v) × זרם (א)

 

יצירת הדחף היא למעשה שאחרי שהמנוע צורך כמות מסוימת של חשמל, הוא מאיץ את האוויר כלפי מטה דרך המדחף, ובכך יוצר כוח תגובה כלפי מעלה. ככל שהדחף גדול יותר, כך צריכת החשמל גבוהה יותר, כך הזרם גדול יותר ועליית הטמפרטורה מהירה יותר.

 

1. השפעת מתח, זרם וכוח על דחף

פָּרָמֶטֶר	הצהרת השפעה
מתח (v)	ככל שהמתח גבוה יותר, כך תפוקת ההספק גבוהה יותר כאשר הזרם זהה→ מתאים יותר לפלטפורמות דחף גדולות
זרם (א)	מציין את עוצמת העומס הנוכחית של המנוע . ככל שהעומס גדול יותר, כך הוא צורך יותר כוח ועליית הטמפרטורה גבוהה יותר ., יש להתאים אותו ל- ESC מספיק {}}}
כוח (w)	ככל שהעוצמה גדולה יותר, כך הדחף גדול יותר בתיאוריה, אך היזהר אם הוא עולה על גבולות המנוע ו- ESC .

 

לא ניתן להשיג שיפור דחף פשוט על ידי הגדלת פרמטר בודד. לדוגמה, הגדלת מתח או זרם פשוטים עלולה לגרום להתחממות יתר, שריפת מנוע ESC, ירידת מתח סוללה או אפילו אובדן שליטה בטיסה.

 

2. הקשר בין ערך KV לדחיפה: אל תתבלבל על ידי "מהירות גבוהה"

ערך KV (סל"ד/וולט) מציין את המהירות שהמנוע יכול להגיע אליה כאשר המנוע נמצא במצב של אפס עומס ומתח הכניסה הוא 1V. לדוגמה, עבור מנוע של 1000KV, המהירות התיאורטית היא 10,000 סל"ד במתח של 10V.

 

ערך KV גבוה: מהירות גבוהה, אך מומנט נמוך, מתאים למדחפים קטנים, עומסים קלים ותרחישי מרוצים;

ערך KV נמוך: מהירות נמוכה אך מומנט גבוה, מתאים למדחפים גדולים, דחף גדול ופלטפורמות נושאות עומס.

תפיסה מוטעית: KV גבוה יותר אינו בהכרח אומר דחף גדול יותר. הדחף האמיתי תלוי בכוח וביעילות שהמנוע יכול להפיק ברציפות תחת עומס מסוים (מדחף).

 

3. ניתוח דוגמה: הבדלי דחף של KVs שונים באותה פלטפורמה

קח דוגמה שני מנועי VSD:

דֶגֶם	ערך KV	טווח מתח	כוח מרבי	דחף מקסימלי	בַּקָשָׁה
2306	2400KV	6S	901W	1683g	מכונת מירוץ FPV
3115	900KV	6S~8S	1617W	4185g	צילום אווירי רב-רוטורי

 

עם אותו מתח 6S, למרות של-2306 יש מהירות גבוהה, הדחף שלו נמוך באופן ברור מזה של ה-3115. זהו ההסבר הטוב ביותר לכך שערך ה-KV אינו פרופורציונלי לדחף.

 

חישוב דחף המנוע אינו "מטפיזי" כפי שרבים חושבים. גם אם אין לכם ציוד בדיקה מתוחכם, כל עוד אתם שולטים בלוגיקה בסיסית, נתוני ייחוס והערכות סבירות, תוכלו לקבל שיקול ראשוני האם מנוע מתאים לפרויקט הרחפן שלכם.

 

אנו מלמדים אותך בשלוש רמות:

1. שיטת הערכת יחס דחיפה למשקל (חלה על מרבית תרחישי היישום)

זהו הבסיס הנפוץ והמעשי ביותר לבחירה:

דחף מוחל

סוג טיסה	יחס דחף למשקל מומלץ
צילום/מיפוי אווירי	2:01
חקירה מטענת/תעשייתית	2.5–3:1
מירוץ דרך	4–6:1

 

דוּגמָה:

אתה הולך להרכיב מזל"ט Quadcopter לצילום אווירי . משקל ההמראה שלו כאשר הוא נטען במלואו הוא 2 . 2 ק"ג.

יחס הדחיפה למשקל המומלץ הוא 2: 1, כך שאתה זקוק לדחף כולל גדול או שווה ל -4 . 4 ק"ג (4400 גרם).

ואז הדחף המינימלי של כל מנוע צריך להיות: 1100 גרם .

 

2. שיטת השוואה בין טבלה (חלה כאשר יש נתוני בדיקת יצרן)

אם אתה בוחר מנוע עם נתוני בדיקה מפורטים, כגון סדרת VSD, אתה יכול להתייחס ישירות לפרמטרי הדחף הסטטיים המקסימליים שלו ולהשוות אותם לצרכים שלך.

דגם מוטורי	מתח מומלץ	דחף מקסימלי	עומס מקסימלי מומלץ (יחס דחף למשקל 2: 1)
3115	6S–8S	4185g	פחות או שווה ל2.1 ק"ג
2808	6S	2910g	פחות או שווה ל1.45 ק"ג
2306	6S	1683g	פחות או שווה ל0.8 ק"ג

 

בדרך זו תוכלו לסנן במהירות את מגוון המנועים העומדים בדרישות העומס של המכונה כולה .

 

3. שיטת חישוב ידנית (לאומדן מפורט או משתמשי DIY)

אם אתה רגיש מאוד לפרמטרים, או שאין לך נתוני דחף מוכנים, אתה יכול גם להעריך אותם על סמך הקשר הבא:

(1) הערכת שיטת כוח:

דחף תיאורטי ≈ C × √ (קו קוטר מדחף)

כאשר C הוא מקדם אמפירי, בדרך כלל נע בין 6 ל- 9. כך המדחף גדול יותר, כך היעילות . גדולה יותר

 

דוגמה: אתה מעריך את כוח המנוע המרבי להיות 1600W עם מדחף 13- אינץ '.

הדחף המשוער הוא ≈ 7 × √ (1600 × 13) ≈ 7 × √20800 ≈ 7 × 144 ≈ 1008G

 

שיטה זו מתאימה לאומדן משוער, והדחף בפועל עדיין צריך להיות מבוסס על מדידות בפועל .

 

לאחר שקבעתם את הדחף הנדרש ואת דגם המנוע, השלב הבא הוא לשקול את ההתאמה של מערכת התמיכה, במיוחד את מנוע ההנעה האלקטרונית (ESC) והסוללה. אם זרם ה-ESC אינו מספיק ופלט הסוללה אינו יציב, המערכת לא תעבוד ביציבות גם אם הדחף מספיק.

 

להלן שלושה עקרונות תואמים ליבה:

1. זרם ESC חייב להיות גדול מזרם המנוע המרבי

דירוג זרם ESC אמור לחרוג מהזרם הרציף המרבי של המנוע בגורם של 1.2 עד 1.5

 

עצות מעשיות: בחר ESC שהוא 20-50% גבוה מהזרם המרבי של המנוע

 

דוּגמָה:

מנוע VSD 3115, הזרם המרבי הוא בערך 50A

→ זרם ESC מומלץ גדול או שווה ל 60A

 

מנוע VSD 2306, הזרם המרבי הוא בערך 35A

→ זרם ESC מומלץ גדול או שווה ל 45A

 

הערה: למרות שבחירת ESC שהיא גדולה מדי היא בטוחה, היא עשויה גם להגדיל את משקל הצריכה ואת צריכת החשמל, וכתוצאה מכך פסולת יעילות .

 

2. מתח הסוללה אמור להתאים לערך KV המנוע וסביבת השימוש

ערך ה- KV קובע כמה סוללות S כדאי להשתמש בו (1s=3.7 V) . בחירת מתח הסוללה הלא נכון תביא לדרגה לא מספקת או עומס יתר ושחיקה .

טווח KV	מספר סוללות מומלץ	הצעות יישום
800–1000kV	6S ~ 8S	צילום אווירי בינוני וגדול
1300–1500KV	4S ~ 6S	פלטפורמה רב-רוטורית
1800KV ומעלה	4S ~ 6S	מירוצי FPV, מטוסים קלים

 

דוּגמָה:

מנוע VSD 4720, 420KV → 6S ~ 8S מומלץ

VSD 2808 מנוע, 1500KV → 6S מומלץ

VSD 2306 מנוע, 2400KV → 4S או 6S מומלץ (תלוי בדרישות המשימה)

 

3. גודל המדחף משפיע על יעילות הדחף ועומס המערכת

ככל שגודל המדחף גדול יותר, כך המומנט והדחף גדול יותר, אך העומס על ה- ESC והמנוע . מומלץ לבחור שילוב מסוג מדחף סביר על בסיס נתוני הבדיקה המסופקים על ידי היצרן.

 

בשילוב עם מקרים מנועי VSD, השלים במהירות את בחירת המערכת הדחרית והתומכת

בסעיפים הקודמים, הסברנו את ההגדרה של דחף, שיטת חישוב, יחסי זרם מתח וכיצד לבחור ESC וסוללה . כעת, אנו נשתמש בנתונים האמיתיים של מנועי Drone VSD כדי להראות לך היגיון בחירה מעשי.

 

להלן כמה דגמים טיפוסיים של הצעות לבחירה תואמות, המתאימות לתרחישי טיסה שונים, ממל"טים קרוס קאנטרי קלילים לריבוי רוטורים גדולים:

דגם מוטורי	ערך KV	המלצות מתח	דחף מקסימלי	להבי מדחפים מומלצים	זרם ESC מומלץ	תרחישים ישימים
2306 מנוע מזל"ט	1800–2400KV	4S~6S	1683g	5×4.3×3 מדחף תלת-להב	גדול או שווה ל40A	מירוצי FPV/ מזל"ט
2808 מנוע מזלט	1300–1950KV	6S	2910g	7-9 מדחף אינץ '	גדול או שווה ל45A	מירוץ בינוני/ רב -טעינה קטנה
2207 מנוע מזלט	1960KV	6S	1702g	מדחף 5 אינץ '	גדול או שווה ל40A	מזל"ט מירוץ
3115 מנוע מזל"ט	900–1520KV	6S~8S	4185g	13×6.5 מדחף	גדול או שווה ל60A	צילום אווירי/מל"טים סיור
2812 מנוע מזל"ט	900KV	6S	2710g	10-12 מדחף אינץ '	גדול או שווה ל50A	צילום אווירי עומס בינוני/פלטפורמת טיסה תעשייתית
2807 מנוע מזלט	1350–1750KV	4S~6S	2728g	6-8 מדחף אינץ '	גדול או שווה ל50A	פלטפורמה רב -קרוטורית / גמישה בעלת יכולת תמרון גבוהה
4720 מנוע מזלט	420KV	6S~8S	7232g	15×7×3 או 13×9×3	גדול או שווה ל80~100A	סקר אווירי בינוני וגדול/פלטפורמה מסחרית
5315 מנוע מזלט	380KV	6S~12S	9034g	18×5.5 מדחף	גדול או שווה ל100A	פלטפורמת מל"ט/משלוח מעמידה בתעשייה בכיתה תעשייתית

 

הערה: הערך הנוכחי של ESC בטבלה מומלץ להיות גדול או שווה לזרם המנוע המרבי × 1 . 2 ~ 1.5. גודל המדחף מומלץ על פי יעילות הבדיקה . יש לכוונן את הבחירה בפועל על בסיס העומס, זמן הטיסה ומבנה הגוף.

 

תזכורת טיפים לבחירה:

אם אתם מודאגים לגבי חיי הסוללה, עליכם לתת עדיפות לשילוב של קילו-וולט נמוך + מדחף גדול;

אם אתם מחפשים כוח מתפרץ או תגובת מרוץ, בחירה בקיבול-וולט גבוה + מדחף קטן תהיה זריזה יותר;

מומלץ להשתמש בסוללות בעלות קצב C גבוה כדי למנוע צווארי בקבוק בזרם המשפיעים על ביצועי הדחף.

מערכת ה-ESC צריכה להיות בעלת זרם מספיק כדי למנוע את שריפתה עקב עומס כבד לטווח ארוך.

ב-VSD, סיפקנו נתוני בדיקה מלאים והמלצות תומכות לכל דגם כדי לעזור לכם להשלים במהירות את בחירת מערכת ההספק ולהפחית את עלויות הניסוי והטעייה.

לקבלת גיליונות נתונים מפורטים, עקומות ביצועי דחף או המלצות למערכת הספק מותאמות אישית, אל תהססו לפנות לצוות שלנו. אנו מציעים תמיכה מלאה ללקוחות OEM/ODM - החל מייעוץ עיצובי ועד לייצור המוני. אנו מספקים תמיכה מקיפה, החל מהתאמת פתרונות ועד לייצור המוני ללקוחות OEM/ODM.