Phân tích chi tiết các ràng buộc
1. Điện áp (V) và định mức KV động cơ
Điều này thể hiện hạn chế trực tiếp và quan trọng nhất.
Xếp hạng KV của động cơ: Biểu thị mức tăng tốc độ không-tải trên mỗi lần tăng điện áp 1V. Ví dụ: động cơ 1000KV hoạt động ở điện áp 12V sẽ đạt tốc độ không tải khoảng 1000 × 12=12000 vòng/phút.
Điện áp pin: Thường được biểu thị bằng giá trị 'S' (1S=3.7V, 2S=7.4V, v.v.)
Mối quan hệ:
Tốc độ động cơ thực tế ≈ Điện áp ắc quy × Giá trị KV động cơ
Động cơ KV cao + Ắc quy điện áp cao:Sự kết hợp này dẫn đến tốc độ động cơ cực cao và nhu cầu dòng điện đáng kể, dễ dàng vượt quá giới hạn xả của cả pin và ESC, dẫn đến cháy nổ.
Động cơ KV thấp + Pin điện áp thấp: Sự kết hợp này khiến tốc độ động cơ không đủ, không tạo ra lực đẩy thích hợp. Máy bay không người lái có thể không thể cất cánh hoặc thể hiện khả năng cơ động kém
.
Nguyên tắc phù hợp:
Các nhà sản xuất động cơ thường chỉ định dải điện áp khuyến nghị. Ví dụ: động cơ được đánh dấu 'Thích hợp cho 4-6S' phải được ghép nối với các loại pin từ 4S (14,8V) đến 6S (22,2V). Đối với các yêu cầu về điện năng tương đương, tổ hợp KV-điện áp cao,{9}}KV thấp thường hoạt động hiệu quả hơn so với thiết lập{10}điện áp thấp, KV cao vì nó tiêu thụ dòng điện thấp hơn, giảm tổn thất dây dẫn và sinh nhiệt.
2. Dung lượng xả pin (Xếp hạng C{1}})VS.Nhu cầu hiện tại của hệ thống
Điều này liên quan đến sự cân bằng-giữa-'khả năng bùng nổ' của tàu điện và an toàn vận hành.
Dòng điện tối đa của hệ thống: Dòng điện cực đại được tạo ra bởi một tổ hợp động cơ/cánh quạt ở mức ga tối đa. Tổng dòng điện=Dòng điện động cơ đơn × Số lượng động cơ.
Dòng xả liên tục tối đa=Dung lượng pin (Ah) × Tốc độ xả (C). Ví dụ: pin 5000mAh (5Ah) 30C có dòng xả liên tục tối đa là 5 × 30=150A.
Ràng buộc:
Dòng xả tối đa của pin Lớn hơn hoặc bằng Tổng dòng điện tối đa của tất cả các động cơ
Nếu xếp hạng pin C{0}}không đủ: Khi máy bay không người lái yêu cầu lực đẩy cao (ví dụ: bay lên nhanh, bay tốc độ- cao), pin không thể cung cấp đủ dòng điện, khiến điện áp đầu ra của nó giảm mạnh (được gọi là 'giảm điện áp'). Điều này dẫn đến:
Không đủ năng lượng, dẫn đến hiệu suất bay bị suy giảm.
Bộ điều khiển chuyến bay khởi động lại hoặc mất kiểm soát, có khả năng gây ra sự cố.
Pin bị phồng, hư hỏng hoặc thậm chí cháy do xả quá mức.
Pin có tỷ lệ C-cao quá mức: Mặc dù mang lại mức độ an toàn cao hơn nhưng chúng thường có trọng lượng nặng hơn và chi phí cao hơn. Phải đạt được sự cân bằng giữa các yếu tố này.
3. Dung lượng/Trọng lượng pinVSThời lượng chuyến bay/Hiệu quả
Điều này thể hiện sự đánh đổi vĩnh viễn-liên quan đến độ bền.
Mật độ năng lượng: Dung lượng pin lớn hơn sẽ lưu trữ nhiều năng lượng hơn, về mặt lý thuyết sẽ kéo dài thời gian bay.
Đánh đổi trọng lượng-: Pin có dung lượng-cao hơn luôn nặng hơn.
Mối quan hệ ràng buộc:
Thời gian bay ∝ Dung lượng pin / (Tổng công suất hệ thống + Công suất tăng do trọng lượng tăng thêm)
Điều này minh họa cho lợi nhuận giảm dần:
Bạn lắp một cục pin có dung lượng lớn hơn 50%.
Pin này cũng nặng hơn 50%.
Để bù đắp cho trọng lượng tăng thêm này, động cơ phải tiêu thụ nhiều năng lượng hơn để duy trì chuyến bay.
Cuối cùng, mức tăng thời gian bay không đạt tới 50% và thậm chí có thể giảm do trọng lượng pin quá lớn.
Do đó, khi chọn dung lượng pin, người ta phải xem xét tác động trọng lượng của nó đến tỷ lệ lực đẩy-trên-trọng lượng của máy bay và hiệu suất động cơ. Giải pháp tối ưu nằm ở việc tìm ra sự cân bằng tốt nhất giữa mật độ năng lượng và trọng lượng.
4. Nền tảng hiệu quả
Hiệu suất động cơ thay đổi tùy theo tốc độ quay và tải khác nhau. Nó sở hữu 'phạm vi hiệu quả tối đa'.
Chức năng pin: Để cung cấp điện áp thích hợp cho phép động cơ hoạt động chính xác trong phạm vi hiệu suất cao nhất trong các ứng dụng điều tiết thông thường (ví dụ: bay lơ lửng, bay hành trình).
Hạn chế: Việc lựa chọn điện áp pin không phù hợp có thể khiến động cơ hoạt động với hiệu suất thấp trong quá trình bay lơ lửng, chuyển đổi năng lượng điện đáng kể thành nhiệt thay vì lực đẩy, do đó làm giảm đáng kể thời gian bay.
II. Ví dụ về sự đánh đổi{1}}thực tế
Máy bay không người lái đua FPV:
Mục tiêu: Tỷ lệ lực đẩy tối đa-trên-trọng lượng và khả năng cơ động.
Lựa chọn: Thường sử dụng động cơ-KV cao (ví dụ: 2000KV+) kết hợp với pin-C, dung lượng trung bình-cao (ví dụ: 1300-1800mAh) 4S hoặc 6S. Hy sinh sức bền để có được sức mạnh bùng nổ.
Máy bay không người lái chụp ảnh trên không:
Mục tiêu: Tăng độ bền và độ ổn định của chuyến bay.
Lựa chọn: Thường sử dụng động cơ-KV thấp (ví dụ: vài trăm KV) kết hợp với pin-điện áp cao (6S), dung lượng-cao (ví dụ: 5000mAh+) có mật độ năng lượng cao. Phương pháp tiếp cận{11}}điện áp cao, dòng điện{12}}thấp này giúp nâng cao hiệu quả tổng thể, từ đó kéo dài thời gian bay.
Máy bay không người lái hạng nhẹ/cấp thấp{0}}:
Mục tiêu: Kiểm soát chi phí và đơn giản hóa hoạt động.
Lựa chọn: Sử dụng pin-điện áp thấp (2S-3S) ghép nối với động cơ KV trung bình-đến cao tương ứng. Công suất và nhu cầu hiện tại của hệ thống tương đối thấp, đặt ra ít yêu cầu nghiêm ngặt hơn đối với pin và ESC.
Mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau giữa pin máy bay không người lái và động cơ về cơ bản tạo thành một thách thức thiết kế hợp tác giữa hệ thống năng lượng và hệ thống động cơ đẩy.
