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《计算多轴飞行器最大悬停时间》工具的使用帮助
2016/2/24 18:25:00
    
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《计算多轴飞行器最大悬停时间》使用帮助

一、《计算多轴飞行器最大悬停时间》工具 作用 (工具使用中有疑问请到这里提问,有意见建议请务必到这里提出

 

对于配置一台多轴飞行器,大家较多困惑的问题是怎样才能飞得时间更长。如我的电机是2216的,要用什么螺旋桨才能飞得时间久?我要续航20分钟的,要用什么电机和电池?为什么我的四轴只能飞10分钟?

有些资料会大致的解答:2216电机可以配9、10寸桨。那问题来了:2216配9寸和10寸的飞行时间有什么区别,差别多少?没有人会更详细的去解答。好像对于飞行时间,大家只能靠经验或者蒙了。

多轴飞行器限于电池容量,很难长时间飞行,飞个30分钟都觉得很了不起,飞了60分钟的都是用大容量电池的土豪。小伙伴大多就飞个10来20分钟,甚至只有几分钟。有没有办法能给个飞行时间长的方案,或者让我电机搭配什么能有最高的效率?

 

《计算多轴飞行器最大悬停时间》工具能提供多个最优悬停时间方案您选择,缩短查找方案时间,减少走弯路。

1、根据轴距计算机架支持的最大螺旋桨直径。一般情况下螺旋桨直径越大,电机的力效越大。

2、在已知机架轴距轴数,和电池电压容量下,计算出搭配不同螺旋桨、电机、其它零配件下的悬停时间、总重量、参考价格等。

3、对于同一款电机,能计算出配置不同KV值、螺旋桨和电压的悬停时间。

 

二、计算原理

 

1、最大悬停时间

所 谓的最大悬停时间,是指电机的总拉力刚好等于飞行器的总重量下的最大工作时间。如某四轴飞行器总重量是1200g,要让飞行器离开地面上升,每个电机拉力 要大于300g。升空后,不考虑其它保持姿态、抗风等需要的拉力,电机在提供每轴拉力是300g的时候,飞行器就会悬停在空中,直到电池电量耗尽。

我们的目的是在这简化条件(忽略风速、为保持或者改变姿态需要的格外拉力、空气阻力等)下,按电池的容量,计算出电机悬停拉力下最大悬停时间。

 

2、力效

虽然是简化了条件,但电机在不同螺旋桨、不同电压、不同工作电流下,产生的拉力不一样,需要的功率也不一样。好在电机厂家给我们提供了力效表(查看详细),标明电机在不同配置下的工作参数。我们根据力效表,就可以计算出我们所要的最大悬停时间。

 

 

如以上的力效表,某四轴飞行器(电池是4S 2600mAh)总重量是1200g,每轴的悬停拉力要300g,从表得到需要电流是2.1A,4个电机总电流是8.4A,算出最大的悬停时间是:2600/1000/8.4*60 = 18分钟。

用手工算单个力效表很快就有结果,但要算多个不同KV、电压、螺旋桨直径、电池容量时候,涉及到多个力效表,用手工算就很累。并且不同配置的飞行的总重量不同,还要算不同配置时候的总重量,手工计算时间长还容易算错。

工具的作用在于快速准确的算出不同配置下最大悬停时间,免除手工计算之苦。

 

3、计算过程

(1)机架:选择机架或者输入机架参数,确定机架轴数和轴距,从而得出机架支持的最大螺旋桨直径。

(2)电池:选择电池或者输入电池参数,确定电池电压、容量,重量。

(3)螺旋桨:按输入条件确定查找螺旋桨的范围。

(4)无刷电机:按输入的条件确定电机规格。

(5)根据以上条件筛选出符合条件的力效表。

(6)根据选择的螺旋桨和电机,确定飞行器的总重量,计算每轴电机需要的悬停拉力,通过对应的力效表找到所需要的悬停电流,最后根据电池功率计算出总工作时间。

(7)把计算出的所有结果显示出来。

 

三、使用详解

 

1、选择机架

机架决定飞行器所使用的最大螺旋桨直径,所以第一步要选确定机架。

点单选按钮在 “选择机架” 或者 “输入机架” 中切换。如果您的要机架在下拉框中存在,请选择机架。如果机架不存在或者轴距、重量等数据不对,请手工输入,为了保证计算总重量正确,请务必输入真实的重量。

 

 

 

2、电池

电池容量越大悬停时间越大,但限于飞行器总重量和价格,电池容量及电压总有限制。所以第二步要选择电池,以便确定电池的容量用于计算悬停时间,确定电池电压用于筛选力效表,确定电池重量用于计算总重量。

同样也可以输入或者选择方式确定电池,如果下拉框没您想要的电池,请手工输入电池参数。

在手工输入中,如果不知道电池重量的请输入0,计算时候会按照139 VmAH/g的能量密度算总重量,如2600mAH的3S电池,估算总重量是2600*11.1/139=207g。139 VmAH/g是根据电池器材中所收录200多个电池的统计出来,在未知电池重量的情况下,算是比较准确的一种估算。

 

对于无法确定电池容量的,可以用默认2600mAH 3S的电池,在计算出结果后,再按自己要求修改。

 

3、螺旋桨

提供多种选择螺旋桨尺寸的方式,选择的螺旋桨尺寸用于筛选力效表,也就是说只查询有对应的螺旋桨直径的力效表。

 

 

(1)自动计算:根据轴距自动选择螺旋桨直径。一般情况不确定所选择的螺旋桨尺寸,可以用这种方式。

(2)下拉框选择螺旋桨:在已经确定好螺旋桨的情况下来选择,但注意的的是,计算的时候只用螺旋桨的直径而忽略螺距。

(3)输入直径:也可以只查询某些范围的螺旋桨直径,如您觉得只查询11寸和12寸,就输入 11/12 。

 

4、 无刷电机

 

(1)查询全部电机:选择全部有力效表的电机查询,也可以只指定某些厂家。

(2)选择电机:如已经确定好电机,或者需要知道该款电机配不同螺旋桨的悬停时间,可以指定某个型号的电机。

 

 

(3)输入电机规格:可以指定某些规格的电机,请按标准的规格输入。

 

5、其它零配件

此处是为了能计算飞行器的总重量,请添加您方案中的电调、飞控等配件。

 

 

 

 

6、重量

(1) 如果您只是查找是方案,并没有任何器材,您可以选择第一个,根据以上您选择的器材来算总重量。但由于每个器材的重量有误差,并且不包括线材、扎带、螺丝等 小零件重量,所以算出的总重量有一定的误差。您也可以在“估计还需要增加重量”中输入您对线材扎带等重量的估算,让总重量更为准确。

 

 

(2) 如果您已经有部分器材,如机架、电调等,可以自己称出重量,您可以选择手工输入总重量,这样所计算的总重量最为精确。注意的是,如果输入的重量并不含电机 或者螺旋桨等,需要把勾去掉,在生成方案中,会自动把没有包含的器材的重量加上去,否则算出的总重量会有很大误差。

 

 

 

7、过滤

为了让结果更有效,提供几个过滤的条件。

 

(1)只显示悬停时间大于分钟的结果:如果分钟数太小,有时候显示太多的结果不利于筛选。您可以适当的增加这个分钟减少查询的结果,如果生成的结果少或者查询不到,可以再适当的增加分钟数。

(2)只查询力效大于g/W的力效表:太低的力效的结果作用不大,您可以修改这个力效,只有大于这个力效的力效表才会显示。航拍类一般力效大于7g/W算是较为合理,穿越机力效较低,可以改为4。

(3) 只使用每轴拉力不大于最大拉力%的力效表:如果电机悬停拉力占最大拉力的比例很高(也就是说没剩多少拉力用于加速、定点等)的话,会严重影响飞行器性能和 稳定性。您可以修改这个值过滤部分结果,但有部分的电机力效表是从50%的拉力开始计算,所以太低的会减少查询结果。并且,还有部分电机力效表数据无最大 拉力,这时候将会忽略这个最大拉力%而显示结果。

 

8、生成结果

 

(1)方案结果一览:显示所选择的轴距、器材、重量等。

 

 

 

(2)方案列表

 

 

A、方案的力效表最大拉力情况。

由于有部分的拉力表数据不详细,没有提供最大拉力,所以按不同类型的显示出来:

 

1)有显示最大拉力的力效表,这里不显示。如下图最后一条油门100%的拉力就是最大拉力。

 

 

2)没有最大拉力,但力效表数据多于4条,以最后一条为最大拉力。如下图,电流17A的时候作为最大拉力,但如果这个估计是有误的话,将会影响结果。

 

 

3)力效表数据少于3条,无法取到最大拉力

类似如下的力效表,只有很少数据,根本就无法知道最大拉力。这种力效表计算的结果误差较大。

 

 

B、方案中的螺旋桨,并显示规格、数量及重量,规格中只用直径部分,忽略螺距。数量与轴数相同,重量按每寸1.7g进行估算,并且材料都是默认为塑料。

 

C、方案中的电机,也就是力效表中的电机,显示具体型号、数量、重量和参考价格。

 

D、方案具体参数

1)最大悬停时间:根据力效表和飞行器总重量计算出的最大悬停时间。

2)电机力效:该方案的电机力效,力效越大越好。

3)总参考价格:如果选择的器材有价格,这里会算出总价格。

4)每轴电机悬停拉力:悬停时候的电机的拉力。

5)飞行器总重量:等于 每轴电机悬停拉力 × 轴数 。

6)价格悬停时间比:等于 总参考价格 / 最大悬停时间 ,这个值越小,表示每分钟的悬停成本越低。

7)每轴电机悬停电流:在力效表中查到的“每轴电机悬停拉力”的电流,如果悬停拉力没有直接找到对应的值,用线性的方式计算出来。

8)电机总悬停电流:等于 每轴电机悬停电流 × 轴数 。

9)价格飞行器总重量比:等于 总参考价格 / 飞行器总重量 ,这个值越小,表示每g重量的悬停成本越低。

10)每轴电机悬停功率:等于 每轴电机悬停电流 × 电池电压。

11)电机总悬停功率:等于 每轴电机悬停功率 × 轴数 。

12)电调输出电流(无法取到最大拉力时候无该值):等于 每轴电机最大拉力电流 。选择的电调不能少于这个值,如果以上器材有选择电调并且电调最大持续电流少于这值的话,会有提醒。建议选择的电调是这个值的150%。

13)每轴电机最大拉力电流(无法取到最大拉力时候无该值):在力效表中查到最大拉力时候的电流。

14)电机最大拉力总电流(无法取到最大拉力时候无该值):每轴电机最大拉力电流 × 轴数 。电池的最大放电倍率不能少于这个值。

15)每轴电机最大拉力(无法取到最大拉力时候无该值):在力效表中查到最大拉力。

16)悬停占最大拉力(无法取到最大拉力时候无该值):等于 每轴电机悬停拉力 / 每轴电机最大拉力 。该值越低表示电机悬停时候动力越充沛。


E、点击“显示力效表”,能看到该方案所用的力效表。

 

四、工具的优点

1、通过输入的条件,能立即查询到不同机架、电池、电机、螺旋桨各种组合的力效表,从而计算出最大悬停时间,节省人工计算的时间,非常方便。

2、输入的条件多样,既可以精确选择,也可以模糊的选择范围。

3、既可以自动算总重量,也适合已经有部分器材的使用。

4、方案结果提供多种参数提供比较。

5、使用这个工具,能清楚的预计到飞行器的悬停时间,能在有限的预算下达到最大的性能优化。

 

五、工具的不足

1、工具是基于电机力效表的自动数据查询,如果没有力效表,无法进行查询。

2、有不少厂家的电机无力效表或者力效数据不全,能以准确计算。

3、没有考虑到实际环境的风速、阻力,还有保持姿态所需要的格外拉力,也没有考虑考虑飞行器时间飞行中的上升、下降、前进等所消耗的拉力。所以仅是对简化条件下悬停时间的计算。

4、方案是以理论上电池最大放电能力为计算,有考虑到电池实际放电的能力,也没有考虑其它电子设置对电能的消耗。

5、无法计算出飞行器的前进、上升、下降的各种速度。

 

六、后续完善计划

1、不断的添加各种电机的力效表,厂家无法提供到的,会考虑进行测试。

2、添加飞控、图传等电子设备的功耗,以便更准确算出电池耗电。

3、通过螺旋桨转速及螺距,计算飞行器的各种飞行速度。

4、把查询后的结果生成配置清单,更清楚的知道所需要的器材。

5、请大家提出各种跟好的解决办法,一起完善这个工具。

6、工具使用中有疑问,请到 这里提问。对工具有意见建议的,请务必到 这里提出



880925社交
2016/2/25 9:58:00  1 楼

赞一个,输入自己的装备,相差不大


hnlctty社交
2016/3/7 11:41:00  2 楼

器材配件有点乱,用起来有点费劲


电磁弹射社交
2016/4/12 20:49:00  3 楼

顶一个,辛苦了!但有时会发现反应慢,配件库再进一步丰富些。


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