محاسبات انتخاب موتور ، باتری، ملخ و اسپیدکنترل برای یک مولتی روتور

مقدمه

همه ما هنگامی که قصد داشتيم یک مولتی روتور را طراحی کنیم با محاسبات اولیه اون دست و پنجه نرم کرده ایم. در این جلسه قصد داریم با نحوه انتخاب مناسب یک موتور و ملخ به همراه اسپیدکنترل و باتری را براتون شرح دهیم و محاسبات تمامی آنها را با ذکر مثال بیاوریم. اینجوری دیگه موقع طراحی می توانید از پی مشکلات محاسباتی بر بیایید. فرض کرده ایم که شما لینک های زیر را به طور کامل مطالعه نموده اید و از بیان اطلاعات اضافی خودداری می شود.

باتری لیتیم پلیمر

تاثیر ملخ و وزن باتری در زمان پرواز

قبل از هر چیز لازم است به دوتا سوال اساسی پاسخ بدید:

1- وزن کلی کوادکوپتر شما چقدر است؟

2- ابعاد فریم کوادکوپتر چقدر است؟

شاید حدس زدن مقدار دقیق وزن کوادکوپتر برایتان کمی مشکل باشد ولی برای شروع لازم است برای اندازه گیری دقیق وزن با مراجعه به دیتاشیت قطعات مورد نظر می توانید وزن دقیق آنها را ببینید و در صورتی که از یک فروشگاه معتبر خرید می کنید وزن قطعات را ذکر می کنند زیرا می دانند که وزن یک پارمتر حیاتی در ساخت مولتی روتورهاست و در صورتی که وزن قطعه مورد نظر در صفحه فروشگاه نبود کامنت گذاشته و وزن آن را بپرسید و مطمعن باشید که پاسخگو هستند و اگر هم خیلی عجله دارید در انتهای صفحه فروشگاه با بخش فنی فروشگاه تماس بگیرید تا وزن قطعه مورد نظر را بدانید.  البته صحیح تر بود که ما ازلغت جرم به جای وزن استفاده کنیم زیر وزن یک نیرو است و واحد آن نیوتن است و واحد جرم گرم است. پس در هر کجای متن ما از لغت وزن استفاده کردیم منظور همان جرم است که بر حسب کیلوگرم است. علت هم این است که در فروشگاهها از این لغت استفاده می کنند. مثلا در صفحه فروشگاه نوشته است وزن موتور: 85گرم و…

در مورد سوال دوم هم هدف این بود که بدانیم ملخ مورد نظرمان حداکثر دارای چه ابعادی باشد. مثلا یک فریم مینی کوادکوپتر قطعا ملخ های کوچک  می خواهد و یک فریم بزرگتر ملخ های بزرگتر نیاز دارد. پس با انتخاب یک فریم محدوده ملخ مشخص می شود و با مشخص شدن ملخ در انتخاب موتور هم محدود می شویم و Kv و…

ابعاد کوادکوپتر و ملخ

نسبت تراست به وزن

به عنوان یک قانون کلی حداقل نسبت تراست به وزن در تمامی مولتی روتورها می بایست 2 به 1 باشد تا بتوانید کنترل خوبی را بر روی ربات داشته باشید.(بعضی از سازندگان این مقدار را 2.2 در نظر می گیرند) چنانچه مقدار تراست به وزن کوچک باشد کنترل ربات به سختی صورت می گیرد و یا حتی در تیک آف نیز به مشکل بر میخورید. بگذارید مثالی بیان کنیم تا واضح تر باشد. 

مثال: می خواهم کوادکوپتری بسازم که با دوربین و متعلقات همراه آن دارای وزن 2 کیلوگرم است. برای این کوادکوپتر حداقل تراست مورد نیاز چقدر است؟

با توجه به اینکه حداقل نسبت تراست به وزن 2 می باشد پس در این کوادکوپتر حداکثر تراست برابر حداقل 2 * 2 می باشد. یعنی هنگامی که تراتل بر روی 100% خود قرار دارد مقدار آن حداقل باید 4کیلوگرم یا 4000گرم باشد. یعنی اینکه هر موتور کوادکوپتر باید 1 کیلوگرم یا 1000 گرم تراست داشته باشد تا بتوانند این مقدار را تامین کنند. پس تا اینجای کار شما با دانستن وزن کوادکوپتر تراست موتورهاتون را تعیین کردید. دقت کنید که اگر مولتی روتور شما یک اکتاکوپتر می باشد باید این عدد را تقسیم بر 8 کنید. یعنی اینکه 4/8 می شود که معادل 0.5 می شود. یعنی برای یک اکتاکوپتر معادل 500 گرم می شود.

نکته: همانگونه که میدانید سازندگان رباتهای پرنده توافق کرده اند که واحد تراست گرم و کیلوگرم و مشتقات آن باشد تا کار با آن راحت باشد وگرنه تراست یک نیرو است و قاعدتا واحد آن هم باید نیوتن باشد.

نکته: در صورتی که کوادکوپتر مورد نظر را برای مقاصد خاصی یا انجام مانورها طراحی می کنید این عدد بالاتر می رود. در بسیاری از مینی کوادکوپترهایی که در حال حاضر طراحی می شوند و قابلیت مانور دارند ضریب تراست به وزن حداقل 8:1 یا 10:1 و یا بالاتر می باشد. پس دقت کنید کوادکوپترتان را برای چه هدفی طراحی میکنید. هر چه این مقدار بالاتر برود کوادکوپتر تندوتیز تر می شود و کنترل آن هم قاعدتا سخت تر می شود و افزایش مقدار کمی در تراست باعث حرکت تندوتیزی می شود. مزیت دیگر افزایش این مقدار این است که در صورتی که بعدا خواستید دوربینی اضافه کنید یا اینکه باتری اضافه کنید تا زمان پرواز را افزایش دهید و… این مقدار تراست به وزن بسیار کاربردی می شود. برای مقاصد فیلمبرداری با کنترل مناسب بر روی مولتی روتور مقدار پیشنهادی بین 3:1 و 4:1 می باشد.

انتخاب موتور كوادروتور و باتري

با توجه به اینکه تراست لازم برای کوادکوپتر ما 1000گرم شد به جدول تراست موتور که همراه آن ارایه می شود مراجعه می کنیم. همراه هر موتور جدول تراست موتور با باتری ها و ملخ های متفاوت تست شده است و برای محاسبات انتخاب موتور کوادروتور مهم هستند و توسط شرکت سازنده ارایه می شود. در اینجا ما از دیتاشیت یکی از موتورهای شرکت T-MOTOR استفاده کرده ایم و در بین مدلهایی که وجود داشت مدل انتخابی ما MT2820 می باشد. در ادامه انتخاب موتور ما به سراغ مشخصات این موتور می رویم.

دقت کنید که اطلاعاتی که به صورت spec در فروشگاهها ارایه می شود شرایط کلی موتور می باشد و مثلا برای یک نمونه انتخاب موتور به صورت زیر می باشد. این اطلاعات را من از صفحه یکی از فروشگاههای داخلی برداشتم و همانطور که مشاهده می کنید جرم این موتور معادل 132گرم می باشد که با عبارت وزن موتور در زیر مشاهده می کنید.

مشخصات(در وب سایت اصلی شرکت سازنده با عبارت spec نوشته می شود که مخفف specification می باشد و به معنای مشخصات است):

 KV: 830

ابعاد محور(شافت): 28میلی متر
قطر:20میلی متر
طول:5 میلی متر

ابعاد موتور: 42×35 میلی متر

وزن: 132 گرم

جریان ایده ال: 1.2 آمپر

تعداد سل باطری(لیتیوم پلیمر): 3 تا 6 سل

حداکثر جریان پیوسته: 42آمپر

حداکثر توان پیوسته: 668 وات

حداکثر ضریب بهره وری: (10 تا 32 آمپر) 75 درصد

مقاومت درونی: 58 میلی اهم()

تی موتور

جدول اطلاعات تراست موتور را در زیر مشاهده می کنید که برای انتخاب موتور بسیار مهم می باشد. دقت کنید در بعضی از موتورها(معمولا چینی) از لغت Paddle به جای Propeller استفاده نموده است. که هر دو معرف ملخ می باشند.

جدول تراست موتور

با توجه به جدول تراست این موتور مشاهده می کنیم که با تراست 1000گرم اگر از باتری 3سلولی استفاده می کنیم حداکثر تراست 1080 را می توانیم با ملخ 12 اینچی با گام 4 بدست بیاوریم. یک عبارتی هم روبروی ابعاد ملخ نوشته است به صورت CF که این عبارت مخفف Carbon Fiber می باشد و به معنای این است که این تست ها مربوط به ملخ های با جنس فیبرکربن می باشد و نه پلاستیک و… و دقت کنید که بازده روبروی آن هم مربوط به ملخ فیبر کربن می باشد. دقت کنید که این 12 اینچ باید با فریمی که انتخاب کرده اید و نکاتی که در بالا گفتیم همخوانی داشته باشد. تا اینجای کار در انتخاب موتور موفق شدیم و حالا به سراغ باتری می رویم. و با توجه به اینکه 4 تا موتور با هم 60.8 آمپر جریان میکشن(60.8=15.2*4) و فلایت کنترل و FPV و… هم در حد میلی آمپر می باشند کلا 1 آمپر دیگر هم به 38.4 آمپر اضافه می کنیم که 61.8A می شود.

با این محاسبات شما به یک باتری با ظرفیت بیشتر از 61800mAh یا 61.8Ah نیاز دارید. با جستجو در فروشگاههای داخلی ما برای کوادکوپترمون باتری زیر را در نظر گرفتیم که 67.5A را برامون تامین می کرد که بیشتر از 61.8A بود و مناسب کارمون بود.

مشخصات :
– ظرفیت: 2700mAh
– ولتاژ: 11.1V
– حداکثر ظرفیت دشارژ پیوسته: (25C و67.5A)
– حداکثر دشارژ بحرانی: (50C و135A)
– وزن: 195g
– ابعاد: 105x36x25mm
– کابل بالانس: JST-XH
– کابل دشارژ: EC5
– نسبت شارژ: 1-3C مورد نیاز, 5C حداکثر.

باتری تاتو

 شما باید باتری رو طوری انتخاب کنید که بیشترین زمان پرواز را داشته باشید. یکی از پارامترهای مهم باتری نرخ تخلیه باتری یا همان ضریب C می باشد. خیلی از دوستان فکر می کنند هر چه این C بالاتر باشه بهتره در صورتی که اصلا اینگونه نیست و اگر به صورت بهینه انتخاب نکنید فقط وزن اضافی با خودتون حمل کردید و زمان پرواز را کاهش می دهید. 

حداکثر جریانی که می توانید از باتری بکشید برابر است با: 

ظرفیت باتری * نرخ تخلیه باتری(C)

شاید بعضی از دوستان بگن خب ملخ انتخابی ما در جدول تراست موجود نیست اونوقت تکلیف ما چیه؟

برای حل این مشکل شما باید حتما محدودیت جریان و ولتاژ و نهایتا توان موتور را به صورت جز به جز بررسی کنید.

برای محاسبه توان هر موتوری از رابطه زیر استفاده کنید و توان نهایی موجود در مشخصات موتور چک کنید تا بزرگتر نشود:

P=V*I

هنگامی هم که ملخ خود را تغییر می دهید پارامترهای دیگری هم جهت بهینه سازی باید محاسبه کنید که خارج از حوصله این جلسه می باشد.

انتخاب اسپيدكنترل

انتخاب اسپیدکنترل به انتخاب موتور بستگی دارد و بعد از اینکه حداکثر جریان لازم در موتور را تعیین کردیم کافی است به سراغ اسپیدکنترلرهایی برویم که حداقل 5 تا 10 آمپر بيشتر از جريان مورد نياز موتورهامون تحمل كنند. در اینجا با توجه به اینکه حداکثر جریان ما 15.2 آمپر برای هر موتور بود پس ما اسپیدکنترلی را انتخاب می کنیم که 20آمپر يا 25 آمپر برای ما جریان تامین کند. با یک گشتی در فروشگاههای داخلی این اسپیدکنترل 20 آمپری رو پیدا کردیم که مربوط به شرکت EMAX مدل Simon می باشد. نكته ديگر هم اينكه جريان اسپيدكنترل را زياد هم بالاتر از جريان موتورهاتون انتخاب نكنيد زيرا اينكار باعث افزايش وزن اسپيدكنترل مي شود كه مناسب نيست.

اسپید کنترل 20 آمپر ایمکس مناسب جهت استفاده در انواع مولتی روتور

باتری: 2 تا 3 سل

وزن : 28 گرم

اسپیدکنترل کوادکوپتر

یه جدول اطلاعات هم همراه هر اسپیدکنترلی هست که باید به دقت مطالعه کنید.

جدول مشخصات اسپیدکنترل

با خواندن این جلسه نکات زیادی را در مورد انتخاب های خود متوجه شدید ولی هنوز نکات ظریفی وجود دارند که ان شاالله در جلسات آینده تک تک مورد بررسی قرار می گیرند. مثلا به سوالات زیر دقت کنید:

1- از کجا تعداد سلولهای باتری را انتخاب کنم یا اصلا سلول باتری چه تاثیری در پرواز دارد؟!

2- گام ملخ  بر چه اساسی انتخاب می شود و به چه چیزهایی بستگی دارد؟!

3- مقدار Kv موتور براشلسم را چقدر انتخاب کنم؟! چون در فروشگاهها هزاران نوع موتور با Kv های متفاوت است که همین تراست درخواستی ما رو بهمون میده! من Kv پایین انتخاب کنم یا Kv بالا؟!

و…

منتظر جلسات جدید و این نکات ریزی که در شرکت های سازنده کوادکوپتر در جهان مورد توجه قرار می گیرد باشید.

برای اطلاع از زمان انتشار بقیه مطالب می توانید ما را در تلگرام و اینستاگرام دنبال کنید:

اگه هم که خیلی عاشق ما هستید  ما رو به دوستاتون معرفی کنید. ممنون از همکاریتون 😉

27 نظر

  • محسن

    سلام چه جوری میشع محاسبه کرد که باطری در چه مدت تخلیه میشه؟!

  • رسول صمدی

    جناب آقای قاسمی بنده میخام صمیمانه از زحمات و حوصله جناب عالی در ارائه پاسخ تشکر کنم و یه سوال بنده موتور ۱۴۰۰kv براش دارم با اسپید کنترل ۳۰ آمپر آیا میتونم برا ساخت هواپیما تک موتوره استفاده کنم در اینصورت چ نوع باطری و سرو و رادیو کنترل بگیرم و مطمئن ترین جا کجاست.ببخشید ک سوال زیاد کردم

    • قاسم قاسمی

      سلام جناب صمدي
      لطفا عكسي از اسپيدكنترلتان را ارسال كنيد تا پاسخ داده شود.
      با سپاس از اظهار لطف و توجه جنابعالي

  • جواد

    با تشکر از مطلب خوبتون.
    میخواستم بدونم چه چیزی در موتور thrust و دیگر مشخصات موتور رو تعیین میکنه .بعضا بعضی از موتور ها خیلی کوچکتر ولی thrust بالاتری دارند یا اینکه دور بیشتری دارند میشه توضیح بدید ممنون میشم.

    • قاسم قاسمی

      سلام
      در مورد تراست و اطلاعات موتور نکات زیادی مطرح است. ابتدا دو جلسه مربوط به موتور براشلس موجود در سایت را مطالعه کنید تا اطلاعاتی در مورد قطعات داخلی و دیگر موارد موتور براشلس بدست آورید. ولی به طور کلی به موارد زیر بستگی دارد:
      1- نوع موتور براشلس
      یعنی اینکه Inrunner است یا Outrunner. در موتور Inrunner دور موتور بالاتر است و احتمالا نیاز به گیربکس هم دارید.
      2- نوع سیم پیچ
      یعنی اینکه سیم پیچ درون موتور براشلس از نوع اتصال ستاره است یا مثلثی.
      3- تعداد دورهای سیم پیچ
      یعنی اینکه یک سیم چند بار به دور یک هسته آهنی در موتور براشلس پیچیده شده است.
      4- تعداد قطب ها
      یعنی اینکه آهنرباهای دایمی و سیم پیچ ها به چه تعداد هستند.
      موفق باشید

  • نوشتن نظر

    نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

    Optionally add an image (JPEG only)