fpv compute thrust to weight

fPV mengira tujahan berat badan

FPV Compute Thrust to Weight—Analisis Komprehensif Pengiraan dan Penggunaan Nisbah Teras-ke-Berat untuk Drone FPV

pengenalan
Dalam dunia dron Pandangan Orang Pertama (FPV), prestasi penerbangan adalah kebimbangan utama untuk peminat dan juruterbang profesional. Di antara banyak parameter yang membentuk ciri dan pengendalian penerbangan, nisbah tujahan kepada berat (TWR) menonjol sebagai metrik kritikal. TWR dengan jelas menyatakan hubungan antara jumlah tujahan yang dijana oleh sistem pendorong dron dan berat dron itu sendiri. TWR yang lebih tinggi mencadangkan keupayaan pendakian yang lebih kuat, responsif yang lebih tangkas dan kebolehgerakan yang dipertingkatkan, manakala TWR yang lebih rendah mengehadkan sampul prestasi pesawat.

Artikel ini memfokuskan kepada konsep TWR dalam Drone FPV. Kami akan mulakan dengan menerangkan apa itu TWR, cara mengiranya, dan mengapa ia penting. Kami kemudiannya akan membincangkan faktor-faktor yang mempengaruhi TWR, seperti motor prestasi, baling-baling pemilihan, dan konfigurasi bateri. Contoh dunia sebenar akan menggambarkan cara menggunakan data tujahan dan jumlah berat untuk mengira TWR. Akhir sekali, kami akan meneroka cara mentafsir keputusan TWR dan menggunakannya untuk membimbing keputusan reka bentuk, memastikan juruterbang boleh mencapai prestasi dan ciri penerbangan yang mereka inginkan.

I. Memahami Konsep Asas dan Kepentingan TWR

  1. Mentakrifkan Nisbah Teras-ke-Berat (TWR)
    Nisbah tujahan kepada berat ialah nisbah jumlah tujahan yang boleh dihasilkan oleh pesawat (atau dron) kepada beratnya sendiri. Oleh kerana ia adalah nisbah dua daya, ia tidak berdimensi (tiada unit). Formula terasnya ialah:
TWR=Jumlah Teras (N)Berat badan (N)\teks{TWR} = \frac{\text{Total Thrust (N)}}{\text{Weight (N)}}

Di sini, kedua-dua tujahan dan berat diukur dalam unit yang sama, idealnya Newton (N). Untuk mendapatkan TWR yang bermakna, pastikan berat dan tujahan ditukar kepada unit yang konsisten. Sebagai contoh, jika anda mengukur berat dalam gram, anda mesti menukarnya kepada Newton sebelum membahagikan dengan tujahan dalam Newton.

  1. Kepentingan TWR untuk FPV Drone
    Untuk dron FPV, TWR secara langsung mempengaruhi cara dron bertindak balas terhadap input perintis dan sejauh mana ia berkemampuan dari segi pendakian menegak, pecutan dan pengendalian. Garis panduan selalunya kelihatan seperti ini:
  • TWR > 1: Drone boleh terangkat dan berlegar dengan mudah; ia juga boleh melakukan gerakan yang lebih dinamik.
  • TWR ≈ 1: Drone hanya boleh berlegar pada pendikit tinggi, dengan kebolehgerakan terhad dan tindak balas yang perlahan.
  • TWR < 1: Drone tidak dapat menghasilkan tujahan yang mencukupi untuk mengatasi graviti; ia tidak boleh berlepas.

Untuk dron perlumbaan, quad gaya bebas dan binaan berprestasi tinggi, TWR (e.g., 5:1, 10:1, atau lebih tinggi lagi) membolehkan pecutan pantas, kawalan tangkas dan aksi udara yang kompleks. Sebaliknya, dron kamera atau platform fotografi udara biasanya memerlukan TWR yang lebih sederhana—hanya cukup untuk melayang dengan mantap dan membawa muatannya—walaupun beberapa lebihan tujahan masih bermanfaat untuk keselamatan dan rintangan angin.

II.Cara Mengira Nisbah Tujahan Kepada Berat

  1. Penyediaan Data dan Penukaran Unit
    Untuk mengira TWR, anda memerlukan:
  • Jumlah berat dron, termasuk bingkai, motor, ESC, pengawal penerbangan, pemancar video, kamera, bateri dan sebarang muatan tambahan.
  • Teras yang dijana oleh setiap motor pada persediaan tertentu (jenis baling-baling, voltan bateri, dll.), yang sering ditemui dalam jadual tujahan motor atau daripada data pengeluar.
  • Unit yang konsisten, sebaik-baiknya Newton untuk kedua-dua berat dan tujahan. Untuk panduan kasar: 1 kg ≈ 9.8 N, 1 g ≈ 0.0098 N.

  1. Formula dan Contoh Mudah
    Katakan quadcopter seberat 1000 g (kira-kira 9.8 N), dan setiap motor boleh menghasilkan 500 g tujahan (kira-kira 4.9 N) pada pendikit penuh. Empat motor menghasilkan jumlah tujahan 4 × 4.9 N = 19.6 N. Oleh itu, TWR = 19.6 N/9.8 N = 2. TWR 2:1 ini bermakna dron boleh berlepas, memanjat dan melakukan gerakan sederhana dengan mudah.

  2. Memautkan Motor, Prop dan Voltan ke TWR
    Dalam amalan, menukar model motor, saiz kipas, atau bateri voltan (e.g., 4S lwn. 6S) mengubah tujahan maksimum. Sebagai contoh, motor kV tinggi pada bateri 6S mungkin berputar prop dengan lebih pantas, memberikan lebih banyak tujahan dan dengan itu menaikkan TWR anda. Sebaliknya, muatan yang lebih berat atau motor berprestasi rendah akan mengurangkan TWR.

III. Faktor Utama Yang Mempengaruhi Nisbah Tujahan Kepada Berat

  1. Prestasi Motor (Kv, Julat Kuasa dan Kecekapan)
    Penarafan Kv motor (rpm per volt), kapasiti keluaran kuasa dan lengkung kecekapan semua tujahan hentaman. Motor Kv tinggi pada voltan yang sama boleh mencapai RPM yang lebih tinggi, membolehkan prop kecil nada tinggi menjana lebih banyak tujahan. Walau bagaimanapun, Kv yang lebih tinggi selalunya bermakna tarikan arus yang lebih tinggi, peningkatan haba dan masa penerbangan yang dikurangkan. Mengimbangi Kv dan kecekapan adalah kunci.

  2. Saiz Baling-Baling dan Geometri
    Reka bentuk diameter, pic dan bilah baling-baling mempengaruhi output tujahan dan penggunaan kuasa dengan ketara. Props berdiameter besar pada RPM yang lebih rendah boleh menghasilkan tujahan yang besar dengan kecekapan yang lebih baik, sesuai untuk penerbangan yang stabil dan beban yang lebih berat. prop yang lebih kecil, nada lebih tinggi cemerlang pada kelajuan tinggi dan kawalan tangkas, menjadikannya popular untuk dron perlumbaan. Ingat bahawa ujian tujahan statik berbeza daripada keadaan penerbangan dunia sebenar—tujahan sebenar dalam penerbangan mungkin kurang 20-30% disebabkan oleh perubahan kecekapan kipas dalam udara bergerak.

  3. Kapasiti Bateri dan Kadar Nyahcas
    Voltan bateri (bilangan sel, e.g., 4S pada 14.8V atau 6S pada 22.2V) menetapkan RPM motor maksimum. Kapasiti bateri (mAh) dan penilaian nyahcas (nilai C) menentukan sejauh mana ia boleh membekalkan arus yang diminta pada pendikit tinggi. Voltan yang lebih tinggi selalunya membenarkan RPM yang lebih tinggi dan dengan itu lebih banyak tujahan, yang berpotensi meningkatkan TWR. Walau bagaimanapun, seseorang mesti memastikan bahawa ESC dan elektronik lain boleh mengendalikan voltan yang lebih tinggi ini. Bateri berkapasiti lebih besar meningkatkan berat, menjejaskan TWR, jadi ada keseimbangan untuk menyerang.

  4. Pengurangan Berat Keseluruhan dan Pengoptimuman Struktur
    Mengurangkan berat dron ialah cara yang berkesan untuk meningkatkan TWR. Bingkai yang lebih ringan, lebih sedikit komponen berlebihan dan bateri ketumpatan tenaga yang lebih tinggi akan meningkatkan nisbah anda. Pengurangan berat badan memastikan bahawa tujahan yang ada menghasilkan penerbangan yang lebih tangkas dan kebolehgerakan yang dilanjutkan, kerana kurang tujahan yang terbuang untuk mengatasi jisim yang tidak diperlukan.

IV. Contoh Praktikal: Dari Data kepada Keputusan
Mari pertimbangkan binaan quad FPV 5 inci yang anda mahu gunakan untuk campuran gaya bebas dan perlumbaan ringan. Katakan berat keseluruhan (AUW) adalah sekitar 1000 g (9.8 N).

  1. Parameter Permulaan
  • Berat: 1000 g ≈ 9.8 N
  • Pilihan motor: Jom pilih motor 2207. Sesetengah data ujian mungkin menunjukkan bahawa pada voltan 6S dengan prop 5 inci tertentu, setiap motor boleh menghasilkan sekitar 1600 g tujah (kira-kira 15.7 N).*
    (*Ini hanyalah contoh angka; data ujian sebenar akan berbeza-beza.)

Jika setiap motor boleh menghasilkan ~15.7 N, empat motor berjumlah ~62.8 N. TWR = 62.8 N/9.8 N ≈ 6.4:1. Dengan TWR melebihi 6:1, dron ini akan mempunyai pecutan yang kuat dan kebolehgerakan yang sangat baik, menjadikannya sesuai untuk tugasan perlumbaan gaya bebas atau sederhana.

  1. Julat TWR yang Disyorkan untuk Gaya Penerbangan Berbeza
  • Fotografi Udara/Penerbangan Stabil: ~2:1 TWR atau sedikit di atas adalah baik, memberikan tujahan yang mencukupi untuk daya angkat dan kestabilan asas.
  • Gaya bebas: ~5:1 hingga 10:1 menawarkan keseimbangan ketangkasan dan kawalan yang hebat.
  • Perlumbaan: Di atas 10:1 adalah perkara biasa, memberikan responsif yang melampau, walaupun pada kos pengendalian yang lebih sukar dan kehabisan bateri yang lebih cepat.
  1. Arah Pengoptimuman
    Jika TWR yang anda kira adalah di bawah 2:1, dron akan sukar untuk melayang tanpa pendikit tinggi. Untuk menambah baik TWR, pertimbangkan:
  • Menggunakan motor atau motor Kv yang lebih tinggi dengan output tujahan yang lebih besar.
  • Bertukar daripada bateri 4S kepada 6S untuk meningkatkan RPM dan tujahan.
  • Mengurangkan berat keseluruhan dengan memilih komponen yang lebih ringan.
  • Memilih kipas tujahan yang lebih cekap dan lebih tinggi.

Jika TWR anda sangat tinggi (e.g., >10:1), anda akan mempunyai prestasi meletup tetapi mungkin mendapati ia terlalu sensitif atau sukar untuk terbang dengan lancar. Untuk melembutkannya:

  • Pilih motor Kv rendah sedikit atau prop yang menghasilkan daya tujahan puncak yang kurang.
  • Gunakan prop yang dioptimumkan untuk kecekapan dan bukannya tujahan mentah.
  • Tingkatkan sedikit muatan dron (e.g., tambah kamera atau aksesori kecil) untuk pengendalian yang lebih terkawal.

V. Mempertimbangkan Faktor Lain Bersama TWR
Walaupun TWR ialah metrik penting, ia hanyalah satu bahagian teka-teki. Pereka bentuk dan juruterbang juga mesti menimbang perkara berikut:

  1. Masa dan Kecekapan Penerbangan
    TWR yang lebih tinggi selalunya bermakna cabutan kuasa yang lebih tinggi pada pendikit penuh, menghabiskan bateri dengan lebih cepat. Juruterbang yang menghargai masa penerbangan mungkin lebih suka motor Kv yang lebih rendah dan prop yang lebih cekap, mencapai keseimbangan yang memberikan TWR yang baik dengan ketahanan yang munasabah.

  2. Pemadanan ESC dan Keperluan Semasa
    Menambah baik TWR mungkin bermakna memilih motor dan prop yang menarik arus tinggi. Pastikan ESC anda boleh mengendalikan arus puncak. Penarafan ESC, kedua-dua berterusan dan pecah, mesti melebihi tarikan arus maksimum motor pada pendikit tinggi. Memilih ESC yang terlalu kecil berisiko kerosakan atau kegagalan.

  3. Voltan Bateri dan Tukar Ganti Kapasiti
    Beralih daripada 4S kepada 6S biasanya meningkatkan TWR tetapi memerlukan elektronik yang serasi dengan voltan yang lebih tinggi. Selain itu, bateri yang lebih besar mungkin menambah berat, mengurangkan TWR. Pendekatan yang baik adalah untuk mencari tempat yang menarik di mana bateri menyediakan kuasa yang mencukupi tanpa menambah terlalu banyak jisim.

  4. Ciri-ciri Baling-Baling dan Gaya Penerbangan
    Pelumba mungkin menggunakan prop dengan pic yang lebih tinggi untuk kelajuan dan tujahan tertinggi, manakala juruterbang gaya bebas mungkin lebih suka prop yang lebih responsif dengan tujahan dan kecekapan yang seimbang. Nombor tujahan statik adalah panduan, tetapi prestasi penerbangan sebenar sangat bergantung pada cara kipas berkelakuan dalam udara bergerak. Keputusan ujian dan maklum balas komuniti adalah tidak ternilai.

VI. Menggunakan Data Tujahan Motor BLDC
Ramai peminat FPV tertanya-tanya bagaimana untuk mendapatkan data tujahan untuk motor BLDC.Pengilang dan penyemak pihak ketiga selalunya menyediakan jadual tujahan yang menunjukkan daya tujah dan cabutan semasa pada pelbagai tetapan pendikit, saiz prop dan voltan. Jadual tujahan ini membantu anda meramalkan TWR anda sebelum membeli alat ganti.

Contohnya, jika lembaran data motor menyenaraikan tujahannya pada pendikit penuh dengan konfigurasi prop dan voltan tertentu, anda boleh mendarabkannya dengan bilangan motor dan kemudian membahagikan dengan jumlah berat dron untuk menganggarkan TWR. Jika TWR yang diramalkan tidak memenuhi matlamat anda, anda boleh meneroka konfigurasi motor, prop atau bateri alternatif.

VII. Kajian Kes: Membandingkan 2207 vs. 2306 Motors
Mari kita bandingkan dua saiz motor biasa untuk dron FPV 5 inci: 2207 dan 2306.

  1. 2207 Motors
  • Selalunya mampu tujahan maksimum yang tinggi (e.g., lebih 1000 g setiap motor) dalam persediaan 5 inci, dengan mudah mencapai TWR melebihi 5:1.
  • Dikenali sebagai pilihan gaya bebas yang popular, memberikan gabungan kuasa dan kecekapan yang baik.
  • Sesuai untuk juruterbang yang mahukan dron yang responsif dan berkuasa yang boleh mengendalikan akrobatik dan perlumbaan sederhana.
  1. 2306 Motors
  • Mungkin menghasilkan tujahan maksimum yang lebih rendah sedikit (contohnya, sekitar 850 g setiap motor dalam keadaan yang sama), yang membawa kepada TWR yang agak rendah.
  • Berkemungkinan lebih cekap dalam julat pendikit pertengahan, memanjangkan masa penerbangan.
  • Baik untuk juruterbang yang menghargai penerbangan yang lebih lancar dan tempoh yang lebih lama berbanding kuasa mentah.

Dari perspektif TWR, 2207 motor menawarkan lebih banyak tujahan mentah untuk pecutan letupan, manakala 2306 motor cemerlang dalam pelayaran yang lebih cekap pada pendikit pertengahan, berpotensi menjadikan dron lebih mudah dikawal dengan lancar dan memanjangkan masa penerbangan.

VIII. TWR dan Rasa Kawalan Penerbangan
TWR juga berinteraksi dengan penalaan pengawal penerbangan (penalaan PID). Persediaan TWR yang tinggi bertindak balas secara mendadak kepada perubahan pendikit yang kecil, yang berpotensi menjadikan dron berasa "bergerak". Juruterbang mungkin perlu melaraskan keuntungan PID atau lengkung pendikit (ekspos) untuk menjinakkan sensitiviti. Sebaliknya, binaan TWR yang rendah terasa lebih jinak, walaupun ia mungkin tidak mempunyai ketangkasan yang diinginkan oleh juruterbang lanjutan. Proses penalaan pengawal penerbangan adalah tentang mencari keseimbangan yang betul supaya dron berasa terkawal dan boleh diramal.

IX. Faktor Persekitaran yang Mempengaruhi TWR Dunia Sebenar
TWR teori dikira dalam keadaan statik, tetapi faktor dunia sebenar boleh mengubah suai tujahan berkesan dron:

  • Angin: Angin kencang menuntut lebih banyak tujahan untuk mengekalkan kedudukan dan ketinggian, mengurangkan lebihan tujahan yang tersedia untuk gerakan.
  • Ketumpatan Udara: Pada altitud tinggi atau dalam keadaan panas dan lembap, ketumpatan udara berkurangan, mengurangkan kecekapan kipas dan dengan itu tujahan yang berkesan.

Apabila terbang dalam keadaan yang mencabar, TWR yang lebih tinggi memberikan margin keselamatan. Jika anda menjangkakan angin kencang atau kecekapan prop yang berkurangan, sasarkan untuk TWR yang lebih tinggi sedikit dalam reka bentuk anda untuk memastikan prestasi yang boleh dipercayai.

X. Daripada Teori kepada Amalan: Gelung Reka Bentuk-Ujian-Lalat
Dalam pembinaan dron FPV praktikal, mengira TWR hanyalah langkah pertama. Juruterbang yang berpengalaman sering mengikuti proses berulang ini:

  1. Pengiraan Teori:
    Mulakan dengan menganggarkan TWR, meramalkan masa penerbangan dan menyemak keperluan semasa.

  2. Pemilihan dan Pemasangan Komponen:
    Pilih motor, prop, ESC dan bateri yang selaras dengan matlamat TWR anda. Bina prototaip dron.

  3. Ujian dan Pelarasan Bangku:
    Jalankan ujian tujahan di atas tanah untuk mengesahkan bahawa ukuran sebenar sejajar dengan ramalan. Sesuaikan jika perlu.

  4. Penerbangan Permulaan dan Penalaan PID:
    Jalankan penerbangan ujian di kawasan selamat. Nilaikan jika ketangkasan dron sepadan dengan jangkaan anda. Terlalu berkedut? Pertimbangkan penalaan PID yang lebih lembut atau prop yang lebih lembut. Terlalu lembap? Cuba prop nada yang lebih tinggi atau berat yang lebih ringan.

  5. Pengoptimuman Akhir:
    Berdasarkan pengalaman penerbangan, perhalusi persediaan anda sehingga anda mencapai keseimbangan antara prestasi, kebolehkawalan dan kecekapan yang sesuai dengan gaya anda—sama ada perlumbaan, gaya bebas atau sinematik yang stabil.

Kesimpulan
Nisbah tujahan kepada berat ialah metrik penting dalam reka bentuk dan pengoptimuman dron FPV. Ia bukan sekadar nombor mudah tetapi sintesis keupayaan motor, ciri kipas, berat pesawat, dan konfigurasi bateri. Menguasai pengiraan TWR dan memahami cara mempengaruhinya boleh membimbing pembina dron dan juruterbang dalam membuat keputusan termaklum, akhirnya meningkatkan prestasi penerbangan dan rasa kawalan.

Daripada pelumba berprestasi tinggi yang mengidamkan pecutan yang membara kepada jurugambar udara yang mencari penerbangan yang stabil dan stabil, memanfaatkan data TWR memberi kuasa kepada juruterbang untuk membina dron buatan khusus yang memenuhi keperluan khusus mereka. Dengan cerapan dan contoh yang diberikan dalam artikel ini, peminat FPV boleh menggunakan pengiraan TWR dengan yakin untuk mencapai pengalaman terbang yang lebih bermanfaat, cekap dan dinamik.

Kembali ke blog

Tinggalkan komen

Sila ambil perhatian, ulasan perlu diluluskan sebelum ia diterbitkan.