يعد اختيار المحرك الخالي من الفرشاة المناسب قرارًا بالغ الأهمية عند تصميم أو ترقية طائرة بدون طيار. المحرك، الذي يزود المراوح بالطاقة الميكانيكية المحولة من الطاقة الكهربائية، هو عقل الطائرة بدون طيار. قد يكون اختيار المحرك الخالي من الفرشاة المثالي له تأثير كبير على أداء طائرتك بدون طيار وكفاءتها وتجربة الطيران بشكل عام.

اعتبارات رئيسية لاختيار محرك بدون فرشاة

يعتمد اختيار المحرك الخالي من الفرشاة المناسب لطائرتك بدون طيار على عدة عوامل، يؤثر كل منها على خصائص الطيران العامة، مثل السرعة والاستقرار والقدرة على التحمل. دعنا نتناول أهم الاعتبارات.

تصنيف KV: فهم سرعة المحرك

تصنيف KV هو أحد أهم المواصفات لأي محرك بدون فرشاة. يشير إلى عدد دورات المحرك في الدقيقة لكل فولت مطبق. على سبيل المثال، المحرك الذي يتلقى 1 فولت سوف يدور بسرعة 2300 دورة في الدقيقة ويكون تصنيف KV له 2300 كيلو فولت.

• محركات ذات قدرة عالية على التحمل: تدور المحركات ذات القدرة الأعلى على التحمل (على سبيل المثال، من 2300 كيلو فولت إلى 2700 كيلو فولت) بشكل أسرع وهي مثالية لطائرات السباق بدون طيار أو طائرات FPV (الرؤية من منظور الشخص الأول) حيث تكون الأولوية للسرعة وخفة الحركة. ومع ذلك، تميل هذه المحركات إلى إنتاج عزم دوران أقل، مما قد يجعلها أقل كفاءة مع المراوح الأكبر حجمًا.
• محركات ذات تصنيفات كيلو فولت منخفضة: تدور المحركات ذات تصنيفات كيلو فولت منخفضة (على سبيل المثال، من 800 كيلو فولت إلى 1400 كيلو فولت) بشكل أبطأ ولكنها تنتج عزم دوران أكبر. وهي أكثر ملاءمة للطائرات بدون طيار الأكبر حجمًا أو منصات التصوير الجوي التي تتطلب الاستقرار والكفاءة، وخاصة عند استخدام مراوح أكبر حجمًا.

نموذج المحرك	القطر (مم)	الطول (مم)	قطر العمود (مم)	الوزن (جم)	القدرة (W)	الجهد (V)
BLDC-2015	20	15	2	35	25	12
BLDC-2830	28	30	3	65	40	24
BLDC-3548	35	48	5	150	120	36
BLDC-4250	42	50	5	220	200	48
BLDC-5055	50	55	6	330	350	48
BLDC-6374	63	74	8	820	500	60
BLDC-80100	80	100	10	1250	1200	72

حجم المحرك ووزنه

تأتي المحركات عديمة الفرشاة بأحجام مختلفة، وعادة ما يتم تمثيلها برقمين (على سبيل المثال، 2205، 2306، 2812). ويمثل الرقم الثاني ارتفاع الجزء الثابت بالملليمتر، ويمثل الرقم الأول قطر الجزء الثابت بالملليمتر. على سبيل المثال، يحتوي المحرك المسمى “2205” على جزء ثابت يبلغ قطره 22 مم وارتفاعه 5 مم.

• محركات أصغر حجمًا (على سبيل المثال، 1806، 2204): هذه المحركات خفيفة الوزن وصغيرة الحجم، مما يجعلها مثالية للطائرات بدون طيار الأصغر حجمًا أو الطائرات الرباعية المروحية الصغيرة حيث يكون الوزن هو الشاغل الأساسي. تُستخدم غالبًا في طائرات السباق بدون طيار عالية السرعة.
• المحركات الأكبر حجمًا (على سبيل المثال، 2212 و2814): المحركات الأكبر حجمًا أثقل وزنًا وتوفر عزم دوران أكبر، وهو أمر ضروري لحمل حمولات أثقل، مثل الكاميرات أو المحاور في طائرات التصوير الجوي بدون طيار. كما أن هذه المحركات أكثر كفاءة مع مراوح أكبر حجمًا.

متطلبات الدفع والقوة

الدفع هو مقدار القوة التي يولدها المحرك لرفع الطائرة بدون طيار في الهواء. وهو عامل حاسم في تحديد مقدار الوزن الذي يمكن للطائرة بدون طيار أن تحمله ومدى سرعة تسارعها. عادةً ما يكون للمحركات عديمة الفرشاة تصنيف دفع يشير إلى أقصى قوة يمكن أن تولّدها عند إقرانها بمراوح وجهد كهربائي محددين.

• نسبة الدفع إلى الوزن: غالبًا ما تكون نسبة الدفع إلى الوزن 2:1 هدفًا معقولًا. وهذا يعني أن محركات طائرتك بدون طيار يجب أن تنتج ضعف قوة الدفع للوزن الإجمالي للطائرة بدون طيار (بما في ذلك الإطار والبطارية والحمولة). على سبيل المثال، تريد أن يكون إجمالي قوة الدفع لجميع المحركات 2 كجم إذا كان وزن طائرتك بدون طيار 1 كجم. سيضمن هذا قوة كافية للتحليق والتسلق والمناورة.
• قوة الإخراج: تقاس بالواط، ويتم حسابها عن طريق ضرب الجهد في التيار. لحساب قوة المحرك المطلوبة لطائرتك بدون طيار، يمكنك استخدام الصيغة التالية:

القدرة (وات) = الجهد (فولت) × التيار (أمبير)

• تأكد من أن المحرك الذي تختاره يمكنه التعامل مع متطلبات الطاقة الخاصة بطائرتك بدون طيار دون ارتفاع درجة حرارته أو سحب الكثير من التيار من البطارية.

التوافق بين الجهد والبطارية

يعد الجهد الكهربائي المزود للمحرك عاملاً حاسمًا آخر. تم تصميم المحركات عديمة الفرشاة للعمل بنطاقات جهد كهربائي محددة، والتي يتم تحديدها حسب نوع البطارية التي تستخدمها. معظم بطاريات الطائرات بدون طيار هي من نوع LiPo (Lithium Polymer) ومتوفرة بأعداد خلايا مختلفة (على سبيل المثال، 3S، 4S، 6S)، حيث توفر كل خلية حوالي 3.7 فولت.

• بطاريات 3S (11.1 فولت): تُستخدم عادةً مع المحركات الصغيرة والطائرات بدون طيار التي تتطلب طاقة أقل. تُستخدم المحركات ذات الجهد العالي KV بشكل متكرر مع بطاريات 3S.
• بطاريات 4S (14.8 فولت) وبطاريات 6S (22.2 فولت): تُستخدم مع محركات أكثر قوة للطائرات بدون طيار عالية الأداء، مثل الطائرات بدون طيار المخصصة للسباقات أو الطائرات التي تحمل حمولات ثقيلة. عادةً ما يتم إقران المحركات ذات تصنيفات KV المنخفضة ببطاريات ذات جهد أعلى لتحقيق عدد الدورات في الدقيقة المطلوبة دون ارتفاع درجة الحرارة.

تأكد من أن المحرك متوافق مع بطارية الطائرة بدون طيار لتجنب إتلاف المحرك أو المكونات الأخرى.

مطابقة حجم المروحة والمحرك

المروحة هي جزء أساسي من إعداد المحرك، حيث تحدد مدى فعالية المحرك في تحويل الطاقة الكهربائية إلى قوة دفع. يجب أن يتوافق حجم المروحة وزاويتها مع تصنيف KV للمحرك وناتج الطاقة للحصول على الأداء الأمثل.

• مراوح أصغر (على سبيل المثال، من 4 إلى 5 بوصات): يتم إقران المراوح الأصغر بمحركات عالية الجهد (على سبيل المثال، 2300 كيلو فولت أو أكثر) للطيران عالي السرعة، والتي تُستخدم عادةً في الطائرات بدون طيار المخصصة للسباقات. وهي تولد قوة دفع أقل ولكنها تسمح بتسارع أسرع وقدرة أعلى على المناورة.
• مراوح أكبر (على سبيل المثال، من 6 إلى 10 بوصات): يتم إقران المراوح الأكبر بمحركات منخفضة الجهد (على سبيل المثال، من 800 إلى 1400 كيلو فولت) لتحقيق الاستقرار والطيران الفعّال، وخاصة لحمل الحمولات. إن الطاقة الأكبر التي تنتجها المراوح الأكبر تمكن الطائرة بدون طيار من التحليق بشكل أكثر فعالية وحمل حمولات أكبر.

هناك عامل آخر وهو ميل المروحة، حيث يؤدي الميل الأكبر إلى مزيد من الدفع للأمام على حساب زيادة السحب.

مطابقة المحرك مع مكونات الطائرة بدون طيار الأخرى

عند اختيار المحرك الخالي من الفرشاة المناسب، من الضروري ضمان التوافق مع مكونات الطائرة بدون طيار المهمة الأخرى، مثل وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة، والبطارية، والإطار.

التوافق مع وحدة التحكم في السرعة الإلكترونية (ESC)

وحدة التحكم في السرعة مسؤولة عن توصيل القدر المناسب من الطاقة إلى المحرك. ويتطلب كل محرك وحدة تحكم في السرعة ذات تصنيف تيار مناسب. على سبيل المثال، إذا كان محركك يستهلك 20 أمبير كحد أقصى تحت الحمل، فيجب عليك اختيار وحدة تحكم في السرعة ذات تصنيف تيار لا يقل عن 25 أمبير لضمان التشغيل الآمن والموثوق.

بالإضافة إلى التصنيف الحالي، يجب أن يدعم ESC أيضًا نوع البطارية التي تستخدمها (3S، 4S، وما إلى ذلك) وأن يكون متوافقًا مع وحدة التحكم في طيران الطائرة بدون طيار.

لمعرفة المزيد عن وحدات التحكم في السرعة الإلكترونية (ESC)، يمكنك قراءة هذا المقال: استكشاف أخطاء وحدة التحكم في السرعة الإلكترونية (ESC) وإصلاحها

سعة البطارية وتصنيف C

يتم تحديد مدة طيران طائرتك بدون طيار من خلال سعة البطارية، والتي يتم التعبير عنها بـ mAh (ملي أمبير ساعة). تستهلك المحركات الأكبر حجمًا طاقة أكبر بشكل عام، لذا ستحتاج إلى بطارية ذات سعة أعلى للحفاظ على أوقات طيران أطول.

كما أن تصنيف البطارية C مهم أيضًا، لأنه يشير إلى مدى سرعة تفريغ البطارية للطاقة. تأكد من أن البطارية قادرة على توفير تيار كافٍ لتلبية متطلبات المحرك دون ارتفاع درجة حرارتها.

حجم الإطار وتركيب المحرك

سيحدد حجم إطار الطائرة بدون طيار الحد الأقصى لحجم المحرك وقطر المروحة التي يمكن استخدامها. تحتوي معظم إطارات الطائرات بدون طيار على فتحات تثبيت محددة مسبقًا للمحرك ومصممة لأحجام محركات معينة (على سبيل المثال، 2204 أو 2212). تأكد من أن المحرك الذي تختاره متوافق مع نمط تثبيت إطارك ويمكنه استيعاب حجم المروحة المناسب.

الأخطاء النموذجية التي يجب تجنبها عند اختيار محرك بدون فرشاة

عند اختيار محرك تيار مستمر بدون فرشاة لطائرتك بدون طيار، من السهل ارتكاب أخطاء قد تؤدي إلى ضعف الأداء أو ارتفاع درجة الحرارة أو حتى إتلاف طائرتك بدون طيار. فيما يلي بعض الأخطاء الشائعة التي يجب تجنبها:

• اختيار تصنيف KV غير الصحيح: لا تعد المحركات ذات تصنيف KV الأعلى بالضرورة الخيار الأفضل. اختر محركًا ذو تصنيف KV أقل إذا كنت تصنع طائرة بدون طيار للتصوير الجوي، حيث ستحتاج إلى ثبات وعدد دورات في الدقيقة منخفض. من ناحية أخرى، إذا كنت تصنع طائرة بدون طيار للسباق، فإن المحرك ذو تصنيف KV العالي سيمنحك السرعة والاستجابة التي تحتاجها.
• عدم توافق المحركات والمراوح: إن استخدام مراوح أكبر من حجم المحرك قد يؤدي إلى استهلاك مفرط للتيار، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وانخفاض الكفاءة. تحقق دائمًا من حجم المروحة الموصى به من قبل الشركة المصنعة للمحرك.
• تجاهل الوزن: قد توفر المحركات الأثقل عزم دوران أكبر، ولكنها تضيف أيضًا إلى الوزن الإجمالي لطائرتك بدون طيار، مما قد يقلل من وقت الطيران والقدرة على المناورة. احرص دائمًا على موازنة قوة المحرك مع متطلبات وزن الطائرة بدون طيار.

أمثلة واقعية لاختيار المحرك

سباق الطائرات بدون طيار

• حجم المحرك: 2205 أو 2306 كيلوفولت
• تصنيف كيلوفولت: 2300-2700 كيلوفولت
• حجم المروحة: 5 بوصات
• البطارية:
• 4S (14.8 فولت)
• حالة الاستخدام: محرك عالي السرعة وسريع الاستجابة للتسارع السريع والانعطافات الحادة، مثالي للسباقات والطيران الحر. يضمن تصنيف كيلوفولت الأعلى سرعة الدوران في الدقيقة، بينما توفر المروحة مقاس 5 بوصات التوازن بين السرعة والدفع من أجل المرونة.

التصوير الجوي بطائرة بدون طيار

• حجم المحرك: 2212 أو 2812 كيلو فولت
• التصنيف: 900-1200 كيلو فولت
• حجم المروحة: 9-10 بوصات
  البطارية:
• 4S أو 6S (14.8 فولت أو 22.2 فولت)
• حالة الاستخدام: محرك ثابت بعزم دوران مرتفع لحمل الكاميرا وتوفير رحلة سلسة وثابتة. يسمح التصنيف المنخفض للكيلو فولت برحلة أبطأ وأكثر استقرارًا، بينما تضمن المراوح الأكبر حجمًا قوة دفع كافية لرفع الطائرة بدون طيار بحمولة.

طائرة بدون طيار طويلة المدى

• حجم المحرك: 2812 أو 3510 كيلو فولت
• التصنيف: 700-1000 كيلو فولت
• حجم المروحة: 10 بوصات أو أكبر
• البطارية:
• 6S (22.2 فولت)
• حالة الاستخدام: محرك يركز على الكفاءة لفترات طيران ممتدة ومهام طويلة المدى. محرك منخفض الجهد مقترن بمراوح أكبر للحصول على قوة دفع عالية واستهلاك طاقة فعال.

ختاماً

يتطلب اختيار محرك تيار مستمر بدون فرشاة المناسب لطائرتك بدون طيار موازنة العديد من العوامل. لا ينبغي لك فقط مراعاة المتطلبات المحددة لطائرتك بدون طيار (سواء كانت للسباقات أو التصوير الجوي أو المهام عن بعد)، بل تحتاج أيضًا إلى التفكير في اختيار شركة تصنيع محركات تيار مستمر بدون فرشاة عالية الجودة لاختيار محرك يمنحك أفضل أداء وكفاءة لتحقيق أقصى قدر من الأرباح.