تحظى محركات BLDC ذات المحرك الخارجي بشعبية كبيرة في الطائرات بدون طيار لأنها توفر المزيج المثالي بين عزم الدوران العالي، والتشغيل الفعال عند السرعات المنخفضة، والهيكل خفيف الوزن، والاستجابة السريعة، والقدرة على الدفع المباشر، والأداء الموثوق للمحركات الخالية من الفرش.

إن قدرتها على تشغيل المراوح بشكل مباشر تجعلها مناسبة بشكل خاص للطائرات بدون طيار متعددة المراوح، حيث تعتبر قوة الدفع ودقة التحكم وعمر البطارية والاستقرار عوامل حاسمة. سواء تم استخدامها في طائرات السباق FPV أو طائرات الكاميرا أو الطائرات بدون طيار الزراعية أو طائرات التفتيش الصناعية، تساعد محركات BLDC ذات المحرك الخارجي على تحسين أداء الطيران وكفاءة النظام.

ما هو محرك BLDC خارجي الدوران؟

محرك BLDC خارجي هو محرك تيار مستمر بدون فرشات حيث يدور الغلاف الخارجي حول جزء ثابت داخلي. عادةً ما يتم تثبيت المغناطيسات الدائمة داخل الجرس الخارجي الدوار، بينما يبقى الجزء الثابت ذو اللفات النحاسية ثابتًا في المركز.

على عكس محركات BLDC ذات الدوار الداخلي، يدور دوارها حول الجزء الثابت.

نظرًا لأن الدوار الخارجي له قطر أكبر، يمكن لمحرك Outrunner توليد عزم دوران أكبر عند السرعات المنخفضة. هذه الميزة مهمة جدًا للطائرات بدون طيار لأن المراوح تحتاج إلى عزم دوران لإنتاج قوة دفع بكفاءة.

لماذا تستخدم الطائرات بدون طيار محركات BLDC ذات الدوار الخارجي

السبب	الفائدة للطائرات بدون طيار
عزم دوران عالي	يقود المراوح الكبيرة مباشرة
كفاءة عند عدد دورات منخفض	تحسين قوة الرفع وأداء البطارية
هيكل مدمج	يقلل الحجم والوزن.
قدرة الدفع المباشر	لا حاجة إلى علبة تروس
استجابة سريعة للخانق	تحسن استقرار الطيران والتحكم
تبديد جيد للحرارة	يدعم التشغيل المستمر للطيران
مجموعة واسعة من الأحجام	مناسب للطائرات بدون طيار FPV والكاميرات والطائرات الزراعية والصناعية

عزم دوران عالي لدفع أفضل للمروحة

أحد أهم أسباب استخدام محركات BLDC ذات الدوار الخارجي في الطائرات بدون طيار هو عزم الدوران العالي الذي توفره.

تتطلب مراوح الطائرات بدون طيار عزم دوران قويًا لتوليد قوة رفع مستقرة. تتميز محركات الدوار الخارجي بقطر دوار أكبر، مما يمنحها قوة رفع أفضل وعزم دوران أعلى مقارنة بالعديد من تصميمات الدوار الداخلي ذات الحجم المماثل.

وهذا مفيد بشكل خاص في:

• الطائرات بدون طيار ذات الحمولة الثقيلة
• طائرات بدون طيار للرش الزراعي
• طائرات بدون طيار مزودة بكاميرات
• طائرات بدون طيار للتوصيل
• طائرات بدون طيار للتفتيش الصناعي

على سبيل المثال، قد تستخدم طائرة بدون طيار صغيرة تعمل بنظام الرؤية المباشرة (FPV) محركات خارجية عالية KV من أجل السرعة والمرونة، في حين قد تستخدم طائرة بدون طيار زراعية كبيرة محركات خارجية منخفضة KV لتشغيل مراوح أكبر من أجل رفع أقوى.

التحريك المباشر بدون علبة تروس

يمكن لمحركات BLDC ذات المحرك الخارجي عادةً تشغيل مراوح الطائرات بدون طيار مباشرةً. وهذا يعني أن المروحة يتم تركيبها مباشرةً على عمود المحرك أو جرس المحرك.

يوفر تصميم الدفع المباشر هذا عدة مزايا:

• عدد أقل من الأجزاء الميكانيكية
• وزن أقل للنظام
• فقدان أقل للطاقة
• متطلبات صيانة أقل
• استجابة أسرع لتغيرات دواسة الوقود

في تطبيقات الطائرات بدون طيار، كل غرام مهم. يقلل التخلص من علبة التروس من الوزن ويحسن كفاءة الطيران. كما يقلل من مخاطر الأعطال الميكانيكية، وهو أمر مهم لعمليات الطائرات بدون طيار لمسافات طويلة أو عالية القيمة.

كفاءة أفضل عند عدد دورات منخفض إلى متوسط

تعمل معظم مراوح الطائرات بدون طيار بشكل أفضل عند سرعات دوران منخفضة إلى متوسطة. لا تحتاج المراوح الكبيرة إلى سرعة دوران عالية للغاية لتوليد قوة الرفع. بدلاً من ذلك، تحتاج إلى عزم دوران مستقر وتدفق هواء فعال.

تعد محركات BLDC ذات المحرك الخارجي مناسبة تمامًا لهذا الغرض لأنها يمكنها إنتاج عزم دوران قوي عند سرعات دوران منخفضة.

ميزات المحرك	مزايا محرك BLDC خارجي
قطر دوار أكبر	تأثير عزم دوران أكبر
خيارات KV أقل	أفضل للمراوح الكبيرة
محرك مروحة مباشر	فقدان أقل للطاقة الميكانيكية
تصميم بدون فرش	كفاءة أعلى وعمر أطول
تحكم إلكتروني في السرعة	ضبط دقيق للسرعة

غالبًا ما يقترن محرك خارجي منخفض KV بمروحة أكبر. يمكن لهذا المزيج تحسين كفاءة الرفع وتقليل استنزاف البطارية غير الضروري.

تصميم خفيف الوزن وصغير الحجم

يزيد المحرك الأثقل من استهلاك البطارية ويقلل من وقت الطيران.

توفر محركات BLDC الخارجية نسبة قوة إلى وزن عالية. يمكنها توفير دفع عالي دون الحاجة إلى نظام نقل ميكانيكي كبير أو معقد.

وهذا يجعلها مناسبة لـ:

• طائرات بدون طيار استهلاكية مدمجة
• طائرات بدون طيار خفيفة الوزن للسباقات FPV
• طائرات بدون طيار محمولة لرسم الخرائط
• طائرات بدون طيار قابلة للطي مزودة بكاميرا
• منصات الطائرات بدون طيار الصناعية

كما يمنح هيكل المحرك المدمج مصممي الطائرات بدون طيار مزيدًا من المرونة عند تصميم الأذرع والإطارات وحوامل الحمولة وتخطيطات البطاريات.

استجابة سريعة للتحكم المستقر في الطيران

تعتمد الطائرات بدون طيار على التغييرات السريعة في سرعة المحرك للبقاء مستقرة في الهواء. عندما يكتشف جهاز التحكم في الطيران أي حركة أو رياح أو ميل أو تغيير في الاتجاه، فإنه يرسل إشارات إلى وحدة التحكم في السرعة (ESC). ثم تقوم وحدة التحكم في السرعة (ESC) بضبط سرعة المحرك على الفور.

تستجيب محركات BLDC ذات المحرك الخارجي بسرعة لهذه الأوامر، مما يساعد الطائرة بدون طيار على الحفاظ على التوازن والتحكم.

هذا مهم من أجل:

• استقرار التحليق
• مقاومة الرياح
• الدوران السلس
• التسارع السريع
• الهبوط الدقيق
• توازن الحمولة

بالنسبة للطائرات بدون طيار المزودة بنظام الرؤية المباشرة (FPV)، تعمل الاستجابة السريعة للمحرك على تحسين الرشاقة والقدرة على المناورة. أما بالنسبة للطائرات بدون طيار المزودة بكاميرات، فتساعد الاستجابة السلسة على تقليل الاهتزاز وتحسين ثبات الصورة.

توافق جيد مع وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة

تعمل محركات BLDC ذات المحرك الخارجي مع وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة (ESC) للتحكم في السرعة والعزم والكبح والتسارع. تقوم وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة (ESC) بتحويل طاقة البطارية إلى تيار ثلاثي الأطوار يتم التحكم فيه للمحرك.

يمكن أن يؤدي الجمع الجيد بين المحرك ووحدة التحكم الإلكترونية في السرعة (ESC) إلى تحسين:

• سلاسة دواسة الوقود
• تزامن المحرك
• كفاءة الطيران
• التحكم في الحرارة
• حماية البطارية
• دقة الاستجابة

بالنسبة لتطبيقات الطائرات بدون طيار الاحترافية، يجب اختيار المحرك جنبًا إلى جنب مع وحدة التحكم الإلكترونية (ESC) والمروحة وجهد البطارية ومتطلبات الحمولة. قد يؤدي عدم التوافق إلى ارتفاع درجة الحرارة أو ضعف الدفع أو قصر مدة الطيران أو عدم استقرار التحكم.

مناسب لأنواع مختلفة من الطائرات بدون طيار

تتوفر محركات BLDC ذات المحرك الخارجي بأحجام عديدة، وتصنيفات KV، ومستويات طاقة، وتصميمات تركيب متنوعة.

نوع الطائرة بدون طيار	متطلبات المحرك الشائعة	لماذا تعد محركات BLDC ذات المحرك الخارجي مناسبة
طائرة بدون طيار للسباق FPV	سرعة عالية واستجابة سريعة	معدل KV مرتفع وتسارع قوي
طائرة بدون طيار مزودة بكاميرا	تشغيل سلس ومستقر	اهتزاز منخفض وتحكم دقيق
طائرة بدون طيار زراعية	دفع عالي وحمولة ثقيلة	محرك مباشر بمروحة كبيرة
طائرة بدون طيار لرسم الخرائط	وقت طيران طويل	تشغيل فعال بسرعة دوران منخفضة
طائرة بدون طيار للتوصيل	قوة رفع وموثوقية عالية	عزم دوران عالي وأداء مستقر
طائرة بدون طيار للتفتيش	هيكل مدمج ومتين	تصميم خفيف الوزن وفعال

نظرًا لتنوع تطبيقات الطائرات بدون طيار بشكل كبير، لا ينبغي أن يعتمد اختيار المحرك على الحجم فقط. بل يجب أيضًا مراعاة قوة الدفع والجهد الكهربائي والتيار وقطر المروحة وتبديد الحرارة وبيئة العمل.

نسبة عالية بين القوة والوزن

يجب أن تولد محركات الطائرات بدون طيار قوة دفع كافية مع الحفاظ على وزنها خفيفًا. تحظى محركات BLDC ذات المحرك الخارجي بشعبية كبيرة لأنها توفر توازنًا قويًا بين القوة والوزن.

يمكن لمحرك خارجي جيد أن يوفر قوة دفع عالية دون أن يجعل الطائرة بدون طيار ثقيلة للغاية. وهذا يؤثر بشكل مباشر على:

• وقت الطيران
• سعة الحمولة
• سرعة الصعود
• القدرة على المناورة
• كفاءة البطارية

بالنسبة للطائرات بدون طيار التجارية، يمكن أن يؤثر ذلك أيضًا على تكلفة التشغيل. قد يقلل نظام المحرك الأكثر كفاءة من استهلاك البطارية، ويطيل وقت العمل، ويحسن إنتاجية المهمة.

صيانة أقل مقارنة بالمحركات ذات الفرشاة

لا تستخدم محركات BLDC ذات المحرك الخارجي فرشات أو مبدلات ميكانيكية. وهذا يقلل من الاحتكاك والتآكل والشرر ومشاكل الصيانة.

بالمقارنة مع المحركات ذات الفرشات، توفر محركات BLDC عادةً:

• عمر خدمة أطول
• كفاءة أعلى
• توليد حرارة أقل
• تحكم أفضل في السرعة
• تشغيل مستمر أكثر موثوقية

بالنسبة للطائرات بدون طيار، تعد الموثوقية أمرًا بالغ الأهمية. فقد يؤدي تعطل المحرك أثناء الطيران إلى تلف المعدات أو فشل المهمة أو مخاطر تتعلق بالسلامة.

تبديد جيد للحرارة من أجل التشغيل المستمر

غالبًا ما تعمل محركات الطائرات بدون طيار تحت أحمال متغيرة. أثناء الإقلاع أو الصعود أو حمل الحمولات أو الطيران في ظروف رياح، قد يستهلك المحرك تيارًا أعلى ويولد المزيد من الحرارة.

عادةً ما تتميز محركات Outrunner بهيكل جرس دوار مكشوف، مما يساعد على تحريك الهواء حول المحرك أثناء التشغيل. وهذا يمكن أن يدعم تبريدًا أفضل مقارنةً بالتصميمات المغلقة بالكامل.

ومع ذلك، لا يزال الأداء الحراري يعتمد على:

• حجم المحرك
• جودة اللف
• مادة المغناطيس
• إعدادات وحدة التحكم الإلكترونية (ESC)
• حمل المروحة
• جهد البطارية
• درجة الحرارة المحيطة

إذا كان المروحة كبيرة جدًا أو التيار مرتفعًا جدًا، فقد ترتفع درجة حرارة محرك BLDC خارجي عالي الجودة. من المهم دائمًا مطابقة المحرك بشكل صحيح.

العوامل الرئيسية عند اختيار محرك BLDC خارجي للطائرات بدون طيار

عند اختيار محرك BLDC خارجي، يجب على مصنعي الطائرات بدون طيار مراعاة نظام الطاقة بالكامل، وليس المحرك نفسه فقط.

تشمل العوامل المهمة ما يلي:

• تصنيف KV للمحرك
• التيار الأقصى
• الطاقة المقدرة
• جهد البطارية
• حجم المروحة
• توافق ESC
• متطلبات الدفع
• وزن الطائرة
• وزن الحمولة
• تبديد الحرارة
• الهدف من وقت الطيران
• هيكل التثبيت

المحرك ذو KV العالي ليس دائمًا الأفضل. تدور المحركات ذات KV العالي بشكل أسرع ولكنها قد لا تكون مناسبة للمراوح الكبيرة. غالبًا ما تكون المحركات ذات KV المنخفض أفضل للمراوح الكبيرة والطائرات بدون طيار ذات الحمولة الثقيلة.

التطبيقات الشائعة لمحركات BLDC ذات المحرك الخارجي في الطائرات بدون طيار

تُستخدم محركات BLDC ذات المحرك الخارجي على نطاق واسع في أنظمة الطائرات بدون طيار الاستهلاكية والصناعية.

تشمل التطبيقات الشائعة ما يلي:

• طائرات بدون طيار للتصوير الجوي
• طائرات بدون طيار لسباقات FPV
• طائرات بدون طيار للرش الزراعي
• طائرات بدون طيار للمسح ورسم الخرائط
• طائرات بدون طيار لفحص خطوط الكهرباء
• طائرات بدون طيار لفحص مزارع الطاقة الشمسية
• طائرات بدون طيار للدوريات الأمنية
• طائرات بدون طيار للتوصيل
• طائرات بدون طيار صناعية لحمل الأحمال الثقيلة
• طائرات بدون طيار للأغراض البحثية والتعليمية

قد يختلف تصميم المحرك باختلاف الاستخدام. فالطائرات بدون طيار المزودة بنظام الرؤية المباشرة (FPV) تحتاج إلى تسارع سريع، بينما تحتاج الطائرات بدون طيار الزراعية إلى دفع عالي ومستقر. أما الطائرات بدون طيار المزودة بكاميرات فتتطلب تشغيلًا سلسًا مع اهتزازات منخفضة.