Всем привет! Сегодня — пост про несовершенство этого мира. Он будет немаленьким, так что запаситесь терпением.
Чего мы все хотим от дрона? (Да простят меня разработчики перехватчиков.)
- нести много;
- нести далеко;
- быть универсальным;
- быть компактным;
- и чтобы ДЁШЕВО.
К нам, как к разработчикам и изготовителям двигателей, часто приходят с таким ТЗ: «Нужно нести 10 кг на 30 км, с возвратом. Есть дрон под 10-дюймовые винты и батарея на 30 тысяч». Знакомо?
Да-да. Та самая ситуация «много, далеко, дёшево и универсально». Желание нормальное и понятное. А дальше идёт фраза, ради которой и написан этот пост: «Сделайте максимально энергоэффективный двигатель, чтобы всё это срослось».
При чём тут вообще винт
Давайте на время отойдём от двигателя и посмотрим на то, что создаёт саму тягу и является неотъемлемой частью любой ВМГ — винтомоторной группы. Дамы и господа, сегодня мы говорим о его величестве Винте. Он же пропеллер, он же проп, он же Гога, он же Жора.
Винт — это просто кусок пластика. Электричества он не потребляет, но ему нужен крутящий момент, чтобы вращаться. Самые ходовые сейчас — винты 10×5×3, на них и сосредоточимся.
Сформулируем два тезиса, на которых построены все дальнейшие рассуждения.
- Тяга винта зависит только от частоты его вращения. Знаю-знаю: есть ещё температура, влажность, вибрации, аэродинамические тени и прочие факторы. Но их мы опускаем — всё это «в первом приближении».
- Чтобы крутить винт с определённой частотой, нужно приложить определённый момент.
Надеюсь, с этим никто спорить не будет. Перефразирую своими словами: зная обороты — знаем тягу. И знаем потребляемый момент. А значит, неважно, что именно крутит ваш винт — стая карликовых рисовых хомячков в колесе или двигатель «4215». При одних и тех же оборотах тяга и потребляемый момент будут одинаковыми.
Так как же выглядят эти самые зависимости? Примерно вот так.
Считаем граммы на ватт
И что нам это даёт, спросите вы? Вспомним, что момент, умноженный на обороты, даёт механическую мощность. А это уже интересно, потому что где-то рядом зарыта та самая эффективность в г/Вт. Не будем ходить вокруг да около — посчитаем.
А ещё полезнее построить зависимость удельной тяги от самой тяги. Обороты мотора нас, как дроноделов, интересуют не очень — это забота мотористов. А вот тяга на мотор — информация полезная.
А теперь вернёмся к нашему ТЗ — «10 кг и далеко». И вот что получается: при 2,5 кг на двигатель выжать из винта 10×5×3 больше 4,7 г/Вт нереально. Причём это идеальные цифры самого винта. Умножайте на 0,8 — вот тогда получите примерно реальную эффективность ВМГ, уже с потерями в двигателе и регуляторе. То есть около 3,7 г/Вт.
И никакой двигатель этого потолка не поднимет. Он его может только не испортить.
Так что же делать?
Думаю, большинство уже догадалось. Посмотрим ту же характеристику для винта 22×7 — рядом для сравнения оставлен наш 10×5×3.
Ну вот же! Другое дело! Разница в два с половиной раза — это, на минуточку, в два с половиной раза больше времени в воздухе при той же батарее.
А что там, кстати, с моментной характеристикой?
Вот и вся плата. Соберём в одну таблицу то, что нужно двигателю, чтобы выдать одну и ту же тягу на разных винтах — цифры сняты с тех же кривых.
| Тяга на мотор | Винт | Обороты | Момент | Мощность | Удельная тяга |
|---|---|---|---|---|---|
| 1,5 кг | 10×5×3 | 10 250 об/мин | 0,26 Н·м | 279 Вт | 5,4 г/Вт |
| 1,5 кг | 22×7 | 2 660 об/мин | 0,35 Н·м | 98 Вт | 15,4 г/Вт |
| 2,5 кг | 10×5×3 | 12 540 об/мин | 0,40 Н·м | 522 Вт | 4,8 г/Вт |
| 2,5 кг | 22×7 | 3 400 об/мин | 0,59 Н·м | 210 Вт | 11,9 г/Вт |
Смотрите, что произошло. Чтобы получить те же 2,5 кг, большой винт просит в 1,5 раза больше момента, но при этом в 3,7 раза меньше оборотов и в 2,5 раза меньше мощности.
А теперь главное: мотор под 12 500 об/мин и мотор под 3 400 об/мин при сопоставимом моменте — это два совершенно разных двигателя. Другое KV, другая обмотка, другой диаметр, другая масса. Это не «тот же мотор, но получше» — это другая машина.
Ну а что с этим делать — поговорим в следующий раз.
P. S.
Дорогие заказчики, не стоит ждать чуда от двигателя. Двигатель — это просто маленькая лошадка, которой и так живётся несладко. Особенно когда на боливара (3115) вы пытаетесь посадить троих (15×10×3).
Если нужно посчитать связку мотор-винт-аккумулятор под вашу платформу — напишите нам, инженер сделает расчёт за 1–2 рабочих дня.
