Cómo calcular la guía de empuje del motor de drones paso a paso

 

En nuestros artículos anteriores, mencionamos repetidamente que el motor es el sistema de propulsión principal del dron, el cual determina su capacidad de vuelo, su estabilidad en el aire, su capacidad de carga y su autonomía. Ya sabes qué es un motor de CC sin escobillas (BLDC), cómo funcionan los motores de drones, y cómo elegir los diferentes tipos de motores para drones...

 

Ahora, es hora de echar un vistazo más de cerca a otro parámetro clave: empuje .

 

El empuje determina si un dron puede despegar y desplazar, y también determina si puede montar cámaras, mapear módulos, cargar carga y otros equipos de misión .

 

Empuje insuficiente → no puede volar; Demasiado empuje → desperdicia energía y acorta la resistencia .

Solo con el empuje apropiado el motor, la hélice, el controlador de velocidad eléctrica y la batería forman un sistema estable y eficiente .

 

En la siguiente sección, le enseñaremos las ideas centrales de evaluación de empuje paso a paso, desde la definición de empuje, cálculo de potencia motora, recomendaciones de relación empuje a peso, hasta métodos de coincidencia ESC .

 

En física, el empuje es la fuerza que empuja un objeto hacia adelante o hacia arriba, y su unidad suele ser Newton (N) o gramo (g)/kilogramo (kg). En la industria de los drones, se suele usar "gramos" o "kilogramos" para medir el empuje del motor, que refleja directamente cuánto peso puede levantar.

 

1. Definición básica de empuje

Empuje=motor + hélice fuerza hacia arriba a una cierta potencia de entrada

 

Por ejemplo:

Si un motor produce 1000 g de empuje, significa que puede "levantar" un peso de menos de 1 kg en condiciones estáticas .

 

El empuje de cada motor de un quadcopter es de 1000 g, y el empuje total es de 4000 g (4 kg), que en teoría puede soportar un peso de despegue máximo de 2 kg (relación empuje a peso de 2: 1) .

Este valor está directamente relacionado con la "capacidad de despegue" de la aeronave y la "capacidad de carga" .

 

2. empuje estático vs empuje dinámico

En aplicaciones prácticas, a menudo distinguimos entre el empuje estático y el empuje dinámico:

tipo	Definición	Método de prueba
Empuje estático	El empuje generado por el motor + hélice en aire fijo	Colocado en la plataforma de prueba de empuje
Empuje dinámico	El empuje que el motor + hélice puede proporcionar en vuelo/movimiento	Túnel de viento o medición aérea (más compleja)

El valor de empuje del motor del que a menudo hablamos generalmente se refiere al "empuje estático", que también son los datos estándar probados y publicados por los fabricantes de motores .

 

3. Relación de empuje a peso: un indicador clave para seleccionar un motor

Relación de empuje a peso=empuje total ÷ peso de despegue, es un indicador importante para evaluar el rendimiento del vuelo:

Uso de vuelo	Relación recomendada de empuje a peso	ilustrar
Fotografía aérea/dron de mapeo	2:01	Asegurar la estabilidad de flotar y carga
Operaciones de reconocimiento industrial/Highland	2.5:1 ~ 3:1	Mejorar la redundancia para hacer frente a los cambios en la presión del aire/entorno
Racing FPV Drone	4:1 ~ 6:1	Aceleración rápida y maniobras intensas requieren una alta relación empuje a peso

Por ejemplo, para un dron de fotografía aérea con un peso de despegue de 1500 g, el empuje total recomendado es de aproximadamente 3000 g, lo que significa que debe elegir una solución donde cada motor pueda proporcionar al menos 750 g de empuje estático .

 

Para comprender el mecanismo de la generación de empuje del motor, debe comprender una relación física básica:

Potencia de motor (w)=voltaje (v) × corriente (a)

 

La generación de empuje consiste esencialmente en que, tras consumir cierta cantidad de energía eléctrica, el motor acelera el aire hacia abajo a través de la hélice, generando así una fuerza de reacción ascendente. A mayor empuje, mayor consumo de energía, mayor corriente y mayor aumento de temperatura.

 

1. La influencia del voltaje, la corriente y la potencia en el empuje

parámetro	Declaración de impacto
Voltaje (v)	Cuanto mayor sea el voltaje, mayor es la salida de potencia cuando la corriente es la misma→ más adecuado para grandes plataformas de empuje
Actual (a)	Indica la intensidad de carga actual del motor . mayor es la carga, más potencia consume y mayor será la temperatura . debe coincidir con suficiente ESC .
Poder (W)	Cuanto mayor sea el poder, mayor es el empuje en teoría, pero tenga cuidado si excede los límites del motor y ESC .

 

La mejora del empuje no se puede lograr simplemente aumentando un solo parámetro . Por ejemplo, simplemente aumentar el voltaje o la corriente puede causar sobrecalentamiento, quema de ESC, caída de voltaje de la batería o incluso pérdida del control de vuelo .

 

2. Relación entre el valor KV y el empuje: No confundir con "alta velocidad".

El valor KV (RPM/V) indica la velocidad que puede alcanzar el motor sin carga y con un voltaje de entrada de 1 V. Por ejemplo, para un motor de 1000 KV, la velocidad teórica es de 10 000 RPM a un voltaje de 10 V.

 

Valor KV alto: alta velocidad, pero bajo par, adecuado para hélices pequeñas, cargas ligeras y escenarios de competición.

 

Valor KV bajo: baja velocidad, pero alto par, adecuado para hélices grandes, gran empuje y plataformas de carga.

 

Concepto erróneo: Un KV más alto no implica necesariamente un mayor empuje. El empuje real depende de la potencia y la eficiencia que el motor puede generar continuamente bajo una carga determinada (hélice).

 

3. Análisis de ejemplo: diferencias de empuje de diferentes KV en la misma plataforma

Tome dos motores VSD como ejemplo:

modelo	Valor de KV	Rango de voltaje	Potencia máxima	Empuje máximo	solicitud
2306	2400kV	6S	901W	1683g	Máquina de carreras FPV
3115	900kV	6S~8S	1617W	4185g	Fotografía aérea de múltiples rotores

 

Con el mismo voltaje 6S, aunque el 2306 tiene una alta velocidad, su empuje obviamente es más bajo que el de 3115. Esta es la mejor explicación de que el valor de KV no es proporcional al empuje .

 

Calcular el empuje del motor no es tan "metafísico" Como muchas personas piensan ., incluso si no tiene equipos de prueba sofisticados, siempre que domine la lógica básica, los datos de referencia y las estimaciones razonables, puede hacer un juicio preliminar sobre si un motor es adecuado para su proyecto de drones .

 

Te enseñamos en tres niveles:

1. método de estimación de relación empuje a peso (aplicable a la mayoría de los escenarios de aplicación)

Esta es la base más común y práctica para la selección:

Empuje total recomendado=Peso de despegue × Relación de empuje a peso recomendado

Tipo de vuelo	Relación recomendada de empuje a peso
Fotografía/mapeo aéreo	2:01
Investigación de carga/industrial	2.5–3:1
Corriendo	4–6:1

 

ejemplo:

Vas a ensamblar un dron Quadcopter para fotografía aérea . Su peso de despegue cuando está completamente cargado es 2 . 2 kg.

La relación de empuje a peso recomendada es 2: 1, por lo que necesita un empuje total mayor o igual a 4 . 4kg (4400g).

Entonces el empuje mínimo de cada motor debe ser: 1100g .

 

2. Método de comparación de tabla (aplicable cuando hay datos de prueba del fabricante)

Si elige un motor con datos de prueba detallados, como la serie VSD, puede consultar directamente sus parámetros de empuje estático máximo y compararlos con sus necesidades .

Modelo de motor	Voltaje recomendado	Empuje máximo	Relación máxima recomendada (relación de empuje a peso 2: 1)
3115	6S–8S	4185g	Menos o igual a2.1 kg
2808	6S	2910g	Menos o igual a1.45 kg
2306	6S	1683g	Menos o igual a0,8 kg

 

De esta manera, puede filtrar rápidamente el rango de motores que cumplen con los requisitos de carga de toda la máquina .

 

3. Método de cálculo manual (para una estimación detallada o usuarios de bricolaje)

Si es muy sensible a los parámetros, o no tiene datos de empuje listos, también puede estimarlos en función de la siguiente relación:

(1) Estimación del método de energía:

Empuje teórico ≈ C × √ (potencia × diámetro de la hélice)

Donde C es un coeficiente empírico, que generalmente va de aproximadamente 6 a 9. más grande es la hélice, mayor es la eficiencia .

 

Ejemplo: estimas la potencia del motor máximo para ser 1600W con una hélice 13-} pulgada .

El empuje estimado es ≈ 7 × √ (1600 × 13) ≈ 7 × √20800 ≈ 7 × 144 ≈ 1008g

 

Este método es adecuado para una estimación aproximada, y el empuje real aún debe basarse en mediciones reales .

 

Una vez que haya determinado el modelo de empuje y motor requerido, el siguiente paso es considerar la coincidencia del sistema de soporte, especialmente el ESC y la batería . si la corriente ESC es insuficiente y la salida de la batería es inestable, el sistema no funcionará de manera estable incluso si el empuje es suficiente .

 

Aquí hay tres principios de correspondencia básicos:

1. La corriente ESC debe ser mayor que la corriente máxima del motor

La calificación de corriente ESC debe exceder la corriente continua máxima del motor en un factor de 1.2 a 1.5

 

Consejo práctico: elija un ESC que sea 20-50% más alto que la corriente máxima del motor

 

ejemplo:

VSD 3115 Motor, la corriente máxima es de aproximadamente 50A

→ Corriente de ESC recomendada mayor o igual a 60A

 

VSD 2306 Motor, la corriente máxima es de aproximadamente 35a

→ Corriente de ESC recomendada mayor o igual a 45A

 

Nota: Aunque elegir un ESC que sea demasiado grande es seguro, también puede aumentar el peso y el consumo de energía, lo que resulta en un desecho de eficiencia .

 

2. El voltaje de la batería debe coincidir con el valor de KV del motor y el entorno de uso

El valor de KV determina cuántas baterías S debe usar (1s=3.7 v) . Elegir el voltaje de batería incorrecto dará como resultado un empuje o sobrecarga insuficiente y agotamiento .

Rango de KV	Número de batería recomendada	Sugerencias de aplicación
800–1000KV	6S ~ 8S	Fotografía aérea/topografía mediana y a gran escala
1300–1500kV	4S ~ 6S	Plataforma múltiple
1800kV y arriba	4S ~ 6S	FPV Racing, avión ligero

 

ejemplo:

Motor VSD 4720, 420kV → 6s ~ 8s recomendado

VSD 2808 Motor, 1500kV → 6s recomendado

VSD 2306 Motor, 2400kV → 4s o 6s recomendado (dependiendo de los requisitos de la tarea)

 

3. El tamaño de la hélice afecta la eficiencia de empuje y la carga del sistema

Cuanto mayor sea el tamaño de la hélice, mayor es el par y el empuje, pero mayor es la carga en el ESC y el motor . se recomienda elegir una combinación de tipo de hélice razonable basada en los datos de prueba proporcionados por el fabricante .

 

Combinado con casos de motor VSD, complete rápidamente la selección del sistema de empuje y de soporte

En las secciones anteriores, explicamos la definición de empuje, el método de cálculo, la relación de corriente de voltaje y cómo seleccionar ESC y Battery . ahora, usaremos los datos reales de los motores de drones VSD para mostrarle una lógica de selección práctica .

 

Los siguientes son algunos modelos típicos de sugerencias de selección coincidentes, adecuados para diferentes escenarios de vuelo, desde drones ligeros a través del país hasta grandes rotores múltiples:

Modelo de motor	Valor de KV	Recomendaciones de voltaje	Empuje máximo	Hojas de hélice recomendadas	Actual de ESC recomendada	Escenarios aplicables
2306 Motor de drones	1800–2400kV	4S~6S	1683g	5×4.3×3 hélice de tres palas	Mayor o igual a40A	FPV Racing/ Drone
2808 Motor de drones	1300–1950kV	6S	2910g	7-9 hélice de pulgadas	Mayor o igual a45A	Multirotor de carreras medianas/ de carga pequeña
2207 Motor de drones	1960kV	6S	1702g	Hélice de 5 pulgadas	Mayor o igual a40A	Dron de carreras
3115 Motor de drones	900–1520kV	6S~8S	4185g	13×6.5 hélice	Mayor o igual a60A	Fotografía aérea/drones de reconocimiento
2812 Motor de drones	900kV	6S	2710g	10-12 hélice de pulgadas	Mayor o igual a50A	Plataforma de fotografía aérea de carga media/plataforma de vuelo industrial
2807 Motor de drones	1350–1750kV	4S~6S	2728g	6-8 hélice de pulgadas	Mayor o igual a50A	Plataforma multirotor / flexible de alta maniobrabilidad
4720 Motor de drones	420kV	6S~8S	7232g	15×7×3 o 13×9×3	Mayor o igual a80~100A	Encuesta aérea mediana y grande/plataforma comercial
5315 Motor de drones	380kV	6S~12S	9034g	18×5.5 hélice	Mayor o igual a100A	Plataforma de entrega/Dron de carga útil de Grado Industrial

 

Nota: Se recomienda que el valor de corriente ESC en la tabla sea mayor o igual a la corriente del motor máximo × 1 . 2 ~ 1.5. El tamaño de la hélice se recomienda en función de la eficiencia de la prueba . La selección real debe ajustarse en función de la carga, el tiempo de vuelo y la estructura del cuerpo.

 

Recordatorio de consejos de selección:

 

Si le preocupa la duración de la batería, debe dar prioridad a la combinación de hélice de bajo KV + KV +;

 

Si está buscando una potencia explosiva o una respuesta de carreras, elegir una hélice KV + pequeña será más ágil;

 

Se recomienda utilizar baterías de alta tasa C para evitar cuellos de botella actuales que afectan el rendimiento de empuje .

 

El ESC necesita tener suficiente corriente para evitar que se queme debido a la carga pesada a largo plazo .

 

En VSD, hemos proporcionado datos de prueba completos y recomendaciones de respaldo para cada modelo para ayudarlo a completar rápidamente la selección del sistema de energía y reducir los costos de prueba y error .

 

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