يعد اختيار المحرك المناسب أمرًا ضروريًا لتحقيق أفضل أداء وكفاءة وموثوقية ممكنة في مجال الطائرات بدون طيار والمركبات التي يتم التحكم فيها عن بعد (RC).

من بين أنواع المحركات المتنوعة المتاحة، برزت محركات Outrunner كخيار مفضل لدى الهواة والمحترفين على حد سواء. يستكشف هذا المقال أسباب هيمنة محركات Outrunner على هذا القطاع، مدعومًا بمقارنات تقنية وبيانات أداء ورؤى تطبيقية.

الميزات الرئيسية لمحركات Outrunner:

• عزم دوران عالي عند دورات منخفضة في الدقيقة
• درجات حرارة تشغيل منخفضة
• هيكل ميكانيكي بسيط
• تصميم خفيف الوزن ومدمج
• كفاءة وموثوقية عاليتان

توصيل عزم دوران استثنائي عند السرعات المنخفضة

تُولّد محركات Outrunner BLDC عزم دوران أعلى بكثير عند سرعات دوران منخفضة مقارنةً بمحركات Inrunner. تُلغي هذه الخاصية المتأصلة الحاجة إلى أنظمة تخفيض تروس كبيرة، مما يُقلل من تعقيد النظام الكلي ووزنه ونقاط الأعطال الميكانيكية المحتملة.

نوع المحرك	عزم الدوران عند 500 دورة/دقيقة (نيوتن·متر)	هل يحتاج إلى تخفيض التروس
المحرك الخارجي الدوران	0.8	لا
المحرك الداخلي الدوران	0.2	نعم (نسبة 1:4 مطلوبة)

تترجم ميزة عزم الدوران الطبيعية هذه إلى تحكم أفضل، خاصة بالنسبة للطائرات بدون طيار متعددة الدوارات التي تتطلب تعديلات دقيقة وسريعة الاستجابة من أجل طيران مستقر، والمركبات التي يتم التحكم فيها عن بعد والتي تتطلب استجابة فورية للخانق.

كفاءة أعلى لهياكل الطائرات الأخف وزناً

تلعب الكفاءة دورًا حاسمًا في إطالة مدة طيران الطائرات بدون طيار وزيادة مدة تشغيل المركبات التي يتم التحكم بها عن بُعد إلى أقصى حد. تعمل محركات Outrunner عادةً في منحنى عزم الدوران-السرعة الأمثل، مما يقلل من فقدان الطاقة بسبب الحرارة والاحتكاك.

تشير البيانات من اختبارات الأداء الأخيرة إلى ما يلي:

نوع المحرك	الكفاءة عند حمل 70%
المحرك الخارجي الدوران	85%
المحرك الداخلي الدوران	72%

نظرًا لأن المحركات الخارجية تولد عزم دوران أكبر لكل أمبير، يمكن للطائرات بدون طيار استخدام مجموعات بطاريات أصغر دون التضحية بالأداء، مما يساهم في تصنيع هياكل طائرات أخف وزنًا وتحسين نسبة القوة إلى الوزن.

خصائص تبريد فائقة

تُعدّ الإدارة الحرارية أمرًا بالغ الأهمية لضمان أداء ثابت للمحرك وعمر افتراضي أطول. تتميز المحركات الخارجية بتصميم مفتوح، حيث يدور غلاف الدوار الخارجي حول الجزء الثابت، مما يُعزز تدفق الهواء النشط فوق المكونات الأساسية.

ارتفاع درجة الحرارة بعد 10 دقائق عند 80% من الحمل:

نوع المحرك	ارتفاع درجة الحرارة (بالسيلسيوس)
المحرك الخارجي الدوران	30°م
المحرك الداخلي الدوران	45°م

يضمن تأثير التبريد المعزز هذا تشغيل العدائين بكفاءة حتى في ظل الحمل الثقيل المستمر، مما يجعلهم مثاليين لسباقات الطائرات بدون طيار، أو الطيران الحر، أو سباقات المركبات ذات التحكم عن بعد عالية السرعة.

نسبة قوة إلى وزن أفضل

في تصميم الطائرات بدون طيار والطائرات التي يتم التحكم بها عن بُعد، كل غرام مهم. توفر محركات Outrunner نسبة طاقة إلى وزن أفضل بفضل بساطة هيكلها وتصميمها الكهرومغناطيسي الفعال.

مقارنةً عند خرج طاقة مماثل (حوالي ٥٠٠ واط):

نوع المحرك	الوزن (جم)	القدرة (واط)	نسبة القدرة إلى الوزن (واط/جم)
المحرك الخارجي الدوران	140 جم	500 واط	3.57
المحرك الداخلي الدوران	190 جم	500 واط	2.63

تسمح نسب القوة إلى الوزن الأعلى بتسارع أسرع، وقدرة على المناورة أكثر حدة، ومدة طيران أو قيادة أطول دون إرهاق النظام.

استجابة الخانق اللحظية

تُوفّر محركات Outrunners تغييرات شبه فورية في عدد دورات المحرك بفضل تصميمها ذي عزم الدوران العالي ودوارها منخفض القصور الذاتي. يُعدّ هذا أمرًا بالغ الأهمية في الألعاب البهلوانية الجوية، وسباقات الطائرات بدون طيار، أو المركبات التنافسية التي يتم التحكم بها عن بُعد، حيث يُمكن للتعديلات اللحظية أن تُحدد الفوز.

زمن استجابة الخانق المقاس (من 0% إلى 80% من الخانق):

نوع المحرك	زمن الاستجابة (ميلي ثانية)
المحرك الخارجي الدوران	35 ميلي ثانية
المحرك الداخلي الدوران	50 ميلي ثانية

تؤدي الاستجابة الأكثر حدة إلى استقرار أفضل ضد اضطرابات الرياح واستجابة أسرع لمدخلات المستخدم في البيئات التنافسية.

التصنيع الفعال من حيث التكلفة

تعتبر محركات Outrunner بشكل عام أبسط وأرخص في التصنيع مقارنة بمحركات Inrunner عالية السرعة والتي تتطلب تروسًا دقيقة أو أنظمة تبريد معقدة.

مقارنة متوسط تكلفة البيع بالتجزئة (لمحركات ~500 واط):

نوع المحرك	التكلفة المتوسطة (دولار أمريكي)
المحرك الخارجي الدوران	30 – 60 دولارًا
المحرك الداخلي الدوران	70 – 120 دولارًا

تسمح هذه الميزة السعرية لمحبي الطائرات بدون طيار والطائرات التي يتم التحكم فيها عن بعد بتجهيز واستبدال المحركات بأسعار معقولة، مما يشجع على التجريب والترقيات والنماذج الأولية السريعة دون مخاطر مالية عالية.

التنوع في قطاعات الطائرات بدون طيار والتحكم عن بعد

• تُستخدم محركات Outrunner في مجموعة واسعة من التطبيقات:

   

• طائرات السباق الصغيرة (محركات مقاس 2207، 2306)

   

• طائرات الفري ستايل (محركات مقاس 2306، 2407)

   

• طائرات التصوير السينمائي (محركات مقاس 2806، 3110)

   

• سيارات التحكم عن بُعد (مقياس 1/10، 1/8 لسباقات الطرق الوعرة)

   

• قوارب التحكم عن بُعد (محركات Outrunner خفيفة الوزن للتسارع السريع)

يقلل هذا التنوع من الحاجة إلى أنواع متعددة من المحركات عبر منصات مختلفة، مما يبسط العمليات اللوجستية وإدارة قطع الغيار.

المتانة والقوة

صُممت المحركات الخارجية لتتحمل ضغوطًا ميكانيكية عالية. وهي أقل عرضة للأعطال الكارثية بفضل بنيتها الداخلية المبسطة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للدوار الخارجي أحيانًا أن يعمل كحاجز حماية إضافي ضد الحطام الخارجي في البيئات القاسية.

اختبار الإجهاد بعد 200 محاكاة تحطم:

نوع المحرك	نسبة المحركات العاملة (%)
المحرك الخارجي الدوران	92%
المحرك الداخلي الدوران	80%

على مدار عمر المركبة أو الطائرة بدون طيار، تؤدي المرونة الأكبر إلى صيانة أقل، واستبدالات أقل، وتكلفة إجمالية أقل للملكية.

فوائد تقليل الضوضاء

بفضل التفاعلات المغناطيسية الأكثر سلاسة ومعدل الدوران الداخلي المنخفض مقارنة بأنظمة المراوح الداخلية، تعمل المراوح الخارجية عادةً بهدوء أكبر.

مستوى الصوت المقاس عند 70% من الحمل (مسافة 1 متر):

نوع المحرك	مستوى ضغط الصوت (ديسيبل)
المحرك الخارجي الدوران	55 ديسيبل
المحرك الداخلي الدوران	65 ديسيبل

يعد التشغيل الأكثر هدوءًا مرغوبًا للغاية في الطائرات بدون طيار السينمائية حيث يمكن للضوضاء أن تتداخل مع التسجيل الصوتي، أو في تطبيقات RC حيث يُفضل التشغيل الصامت من أجل الواقعية أو التقدير.

التطور التقني مدفوعًا بالهواة

لقد عززت شعبية محركات Outrunner في مجتمع الطائرات بدون طيار والتحكم عن بُعد دعمًا كبيرًا في سوق ما بعد البيع. في كل عام، يُطلق مصنعو المحركات تشكيلات لف جديدة، ومواد مغناطيسية (مثل مغناطيسات نيوديميوم من فئة N52H)، ومحامل مُحسّنة، وتصاميم جرس خفيفة الوزن.

مثال:

• ٢٠١٥: محركات بحجم ٢٢٠٤ (~٢٣٠٠ كيلو فولت) قياسية لسباقات FPV.

   

• ٢٠٢٠: محركات بحجم ٢٣٠٦ (~١٩٠٠-٢٤٠٠ كيلو فولت) تهيمن، مُحسّنة لتحقيق السلاسة والدفع.

   

• ٢٠٢٤: محركات بحجم ٢٥٠٥ (~١٨٠٠-٢١٠٠ كيلو فولت) مُفضّلة للطائرات بدون طيار السينمائية ذات الحمولات الأثقل.

يضمن الابتكار المستمر أن تظل محركات Outrunner في طليعة أداء الطائرات بدون طيار والطائرات التي يتم التحكم فيها عن بعد، مما يبقي المستخدمين قادرين على المنافسة ومستعدين للمستقبل.

دراسات الحالة

دراسة الحالة 1: طائرة سباق بدون طيار (طائرة رباعية المراوح مقاس 5 بوصات)

تم التبديل من محرك Inrunner رقم 2207 إلى محرك Outrunner رقم 2306.

زاد وقت الطيران بنسبة 12% (من 4.5 إلى 5.0 دقائق).

انخفضت أوقات اللفة بنسبة 7% بفضل زيادة حدة المنعطفات واستجابة دواسة الوقود.

ظلت درجة حرارة المحرك أقل بمقدار 15 درجة مئوية بعد سباق تروس كامل.

دراسة الحالة 2: عربة الدفع الرباعي التي يتم التحكم بها عن بُعد (مقياس 1/10)

تم الانتقال من نظام الدفع الداخلي مع علبة تروس إلى نظام الدفع الخارجي كبير القطر.
تم تحقيق انخفاض في وزن السيارة بنسبة 10%.
تم التخلص تمامًا من أعطال علبة التروس.
تم تحسين التسارع من 0 إلى 30 ميلًا في الساعة بمقدار 0.4 ثانية.

تسلط هذه الأمثلة الضوء على الفوائد الملموسة التي تحققت ببساطة من خلال تحويل تصميم المحرك إلى نظام الدفع الخارجي.

التحديات والاعتبارات

على الرغم من مزاياها، إلا أن محركات Outrunner ليست خالية من العيوب:
التعرض: قد يكون الجرس الدوار المفتوح أكثر عرضة للتلف الناتج عن الأوساخ أو الصدمات إذا لم يكن محميًا بشكل كافٍ.
دقة التصنيع: يجب موازنة الإصدارات ذات دورات المحرك الأعلى (لتطبيقات التحكم عن بُعد المحددة) بعناية لمنع الاهتزازات.

ومع ذلك، فإن هذه التحديات بسيطة نسبيا ويمكن التخفيف منها بشكل فعال من خلال الأغطية الواقية واختيارات المحركات عالية الجودة.

ملخص

اكتسبت محركات Outrunner مكانتها كخيارٍ مثالي للطائرات بدون طيار والمركبات التي يتم التحكم بها عن بُعد بفضل مزيجها القوي من عزم الدوران العالي، والتبريد الممتاز، والكفاءة العالية، والتصميم خفيف الوزن، والفعالية من حيث التكلفة. يُؤكد سجلها الحافل في السباقات، والسباقات الحرة، والتصوير السينمائي، وبيئات التحكم عن بُعد التنافسية، على أدائها وموثوقيتها التي لا مثيل لها.

مع استمرار تطور تكنولوجيا الطائرات بدون طيار والتحكم عن بعد، من المتوقع أن تظل محركات Outrunner في قلب الحدث، مما يؤدي إلى الابتكار والأداء والإثارة للهواة والمحترفين على حد سواء.