يؤثر اختيار محركات الطائرات المسيرة الكهربائية بشكل كبير على خصائص طيرانها. فالاختلافات الطفيفة في تصميم المحرك تؤثر بشكل كبير على وزن النحاس المتعدد، واستجابته، وأدائه العام.

قبل اختيار المحركات، يجب أن يكون لديك على الأقل فكرة تقريبية عن حجم ووزن الطائرة بدون طيار التي تريد بناءها

ومن بين الاعتبارات الأكثر أهمية:

• وزن المحرك
• القوة (الدفع)
• الكفاءة (جم/واط)
• عزم الدوران والاستجابة (تغيرات دورة في الدقيقة)

عمل محرك الطائرة بدون طيار

الكهرومغناطيسية هي المفهوم الرئيسي وراء عمل محركات التيار المستمر، سواءً ذات الفرشاة أو بدونها. يستخدم كلا التصميمين المغناطيسات الكهربائية لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية. عند شحن مغناطيس كهربائي، يُولّد مجالًا مغناطيسيًا. يتفاعل هذا المجال المغناطيسي المؤقت مع المجال المغناطيسي للمغناطيسات الدائمة في المحرك. يؤدي تضافر قوى التجاذب والتنافر بين المغناطيسات الكهربائية أو المغناطيسات الدائمة إلى دوران عمود المحرك.

المحركات ذات الفرشاة وغير الفرشاة:

هناك نوعان رئيسيان من المحركات المستخدمة في الطائرات بدون طيار: محركات عديمة الفرش ومحركات ذات فرش. عادةً، تُستخدم المحركات عديمة الفرش في الطائرات الكبيرة (مثل طائرات السباق والتصوير السينمائي)، والمحركات ذات الفرش في الطائرات الصغيرة وطائرات الألعاب. سيتناول هذا الدليل بالتفصيل المحركات عديمة الفرش، كونها الأكثر استخدامًا في تطبيقات الطائرات بدون طيار والطائرات متعددة الدوارات.

المحركات الفرشاة:

يعود العمل الداخلي للمحرك الفرشاة إلى محرك الطائرة بدون طيار بدون فرشاة. في محركات الفرشاة، يوفر الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا دائمًا يحيط بالدوار. دوار محرك الفرشاة هو مغناطيس كهربائي يتأثر بالجزء الثابت المحيط به. يتصل زوج من الفرش المتصلة بمصدر تيار مستمر بالمبدل عند قاعدة الدوار. يتم فصل حلقة المجمع، لذا فإن دورانها سيعكس بشكل دوري اتجاه التيار المتدفق عبر الدوار، لأن دورانها يتسبب في عكس المجمع لقطبيته. يؤدي تناوب أقطاب حلقة المجمع إلى دوران متواصل للدوار. تنخفض كفاءة النظام بشكل كبير بسبب الزيادة في العزل الحراري للميكانيكا الداخلية، من الممكن أيضًا عكس اتجاه دوران المحرك عن طريق عكس قطبية مدخلات طاقة التيار المستمر.

المحركات عديمة الفرشاة:

كما يوحي الاسم، تفتقر محركات الطائرات بدون طيار عديمة الفرش إلى الفرش. يمكن تقسيم المحركات عديمة الفرش بفعالية إلى مكونين منفصلين: الدوار والثابت. الجزء الثابت هو الجزء المركزي الذي يُركّب عليه الدوار. يتكون الجزء الثابت من مصفوفة من مغناطيسات كهربائية شعاعية تعمل وتتوقف بالتناوب لإنشاء مجال مغناطيسي مؤقت عند تدفق التيار عبر اللفات. يحتوي الجزء الدوار على مجموعة من المغناطيسات الدائمة الموضوعة بالقرب من المغناطيسات الكهربائية شبه الدائمة للجزء الثابت. على الرغم من أن المحرك عديم الفرش يعمل بالتيار المستمر، إلا أنه لا يمكن تشغيله مباشرة. بدلاً من ذلك، يتم توصيل المحرك عديم الفرش بوحدة التحكم الإلكترونية، مما يلغي الحاجة إلى فرشاة أو مُبدّل. يتميز المحرك عديم الفرش بعمر افتراضي ممتاز لعدم وجود أي تلامس فعلي بين الدوار والثابت.

تحديد حجم المحرك والتعريف به

يتم تحديد حجم المحرك عديم الفرشاة بواسطة رمز مكون من أربعة أرقام يوضح حجم الجزء الثابت بالمليمترات، على سبيل المثال: 2206

الرقمان الأولان من السلسلة يُحددان قطر الجزء الثابت، وهو في هذه الحالة ٢٢ مم. أما الرقمان الأخيران في هذه السلسلة فهما "٠٦"، أي أن ارتفاع الجزء الثابت ٦ مم.

يمكن تحديد حجم محرك الفرشاة من خلال نظام أبسط من رقمين، يُحدد بوضوح قطر وارتفاع الصندوق الخارجي بالملليمتر. مثال:

6×15، الرقم الأول "6" هو قياس قطر العلبة و"15" هو ارتفاع العلبة.

أنماط التركيب وحجم الخيط

يعتمد نوع التركيب وحجم اللولب على نوع المحرك والاستخدام. يُحدد نوع التركيب موقع ثقوب البراغي الملولبة على قاعدة المحرك. يصف كل رقم قطر دائرة مركزها عمود المحرك. عادةً، تُوضع أربعة ثقوب على طول محيط الدائرة، وإذا أُعطي رقمان، يُوضع ثقبان على كل دائرة. على سبيل المثال، يحتوي محرك 2205 بزاوية 16×19 على أربعة ثقوب ملولبة مقاس M3 موزعة بالتساوي على محيط دائرة 16 مم ودائرة 19 مم. تُحدد أبعاد العمود الملولب من خلال مؤشر لولب ISO، الذي يصف القطر الخارجي للعمود.

220X-240X:

نمط التركيب ١٦×١٩ مم هو الأكثر استخدامًا، إلا أن ١٦×١٦ يزداد شيوعًا. ثقوب الخيوط بمقاس M3. قطر عمود الخيط D = M5.

نسبة الدفع إلى الوزن

يُعدّ الدفع أحد العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها عند اختيار المحرك. يُقاس دفع المحرك عادةً بالغرامات، ويختلف تبعًا لسرعة دوران المحرك والمروحة. قبل أن تبدأ الطائرة متعددة المراوح بالتسارع، يلزم وجود دفع للتغلب على السحب، بالإضافة إلى الجاذبية.

على سبيل المثال، إذا كان الوزن الإجمالي لطائرتك بدون طيار كيلوغرامًا واحدًا، فإن الدفع الكلي الذي ينتجه المحرك عند 100% من الخانق يجب أن يكون كيلوغرامين أو 500 غرام لكل محرك لطائرة رباعية المراوح. أما بالنسبة لطائرات السباق بدون طيار، فإن نسبة الدفع إلى الوزن أعلى بكثير من الطائرات متعددة الدوارات العادية. بالنسبة لطائرات السباق بدون طيار، فإن نسبة الدفع إلى الوزن الموصى بها هي 5:1.

إذا كانت دراجتك الرباعية تستهلك تيارًا كبيرًا عند ارتفاع السرعة، فيجب أن يكون أقصى معدل تفريغ للبطارية قادرًا على مواكبة ذلك. كما يجب أن تتمتع البطارية بالقدرة على توفير أقصى مدة طيران وتشغيل جميع المكونات في آنٍ واحد.

تقييمات KV:

يُحدد ثابت السرعة (كيلو فولت) عدد دورات المحرك في دقيقة واحدة بدون حمل (بدون مروحة) وبتيار ثابت مقداره 1 فولت. ببساطة، يُمثل الكيلو فولت سرعة دوران المحرك. يُحدد الكيلو فولت للمحرك بقوة المجال المغناطيسي عند الجزء الثابت وعدد دورات الملف. تُعدّ المحركات ذات الكيلو فولت المنخفض الأنسب لتشغيل مراوح الحمل الثقيل بكفاءة. أما المحركات ذات الكيلو فولت المرتفع، فهي مُحسّنة للمراوح الخفيفة.

على سبيل المثال، إذا اخترت محركًا بجهد 1000 كيلو فولت واستخدمت بطارية ليثيوم بوليمر 12 فولت للطاقة، فسيكون إجمالي عدد الدورات في الدقيقة 1000 × 12 = 12000. بعد تركيب المروحة في المحرك، تنخفض عدد الدورات في الدقيقة بسبب مقاومة الهواء. كلما زاد عدد دورات المحرك، زادت سرعة دوران المروحة وسحب تيار أكبر. لذلك، غالبًا ما تُستخدم دوارات أكبر مع محركات منخفضة الجهد، بينما تكون الشفرات الأصغر والأخف وزنًا مناسبة أكثر لمحركات عالية الجهد. إذا جمعنا مروحة أكبر مع محرك عالي الجهد، فسيلزم عزم دوران أكبر للدوران بشكل أسرع. أثناء توليد عزم الدوران المطلوب، سيسحب المحرك تيارًا أكبر ويولد حرارة زائدة. يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة هذا أيضًا إلى إتلاف محركك.

الكفاءة والسحب الحالي:

تُحسب كفاءة المحرك عادةً بقسمة الدفع على القدرة عند ضغط دواسة الوقود بنسبة ١٠٠٪، وتُقاس بالجرام لكل واط (جم/واط). كلما ارتفع هذا الرقم، زادت كفاءة المحرك.

من المهم مراعاة الكفاءة في جميع نطاقات دواسة الوقود، وليس فقط عند الحد الأقصى. بعض المحركات تعمل بكفاءة عند دورات منخفضة، لكنها قد تفقد كفاءتها بسحب التيارات لأعلى فأعلى عند وصولها إلى حدها الأقصى.

طريقة أخرى جيدة لقياس الكفاءة هي استخدام "جرام لكل أمبير" (الكسب/التيار). بشكل عام، كلما زاد الدفع المتولد، زاد التيار المستهلك لإنتاجه، لذلك تُفضل المحركات ذات الدفع العالي والتيار المنخفض. تُولد المحركات غير الكفؤة دفعًا ضعيفًا جدًا أو تستهلك تيارًا كبيرًا جدًا. يستجيب كل محرك بشكل مختلف لأنواع المراوح المختلفة، لذا فإن اختيار المراوح بعناية هو مفتاح الموازنة بين الدفع والكفاءة. تؤثر الكفاءة والتيار على اختيار البطارية. قد يُفرط محرك كفؤ ذو تيارات عالية في استهلاك البطارية ويتسبب في انقطاع التيار الكهربائي.

جدول دليل الاختيار:

اختيار المحرك المتقدم:

لا يتم ذكر معظم مواصفات محرك الطائرة الرباعية من قبل الشركات المصنعة ولا يمكن العثور عليها إلا من خلال المزيد من الاختبارات والتحليل.

• عزم الدوران
• حمولة
• وقت الاستجابة
• حجم المروحة وموازنة المروحة
• درجة حرارة
• الاهتزاز والتوازن
• الحركات الحركية
• مواد بناء المحرك