多旋翼无人机以其结构简单、飞行平稳、操作容易、维护便利、无油残留污染等优点,已经越来越多地应用于植保无人机领域。但若实际有效实施植保作业,所遇到的瓶颈是载药量受限,急需提升其电机性能。
目前,一般都采用市场上可购买到的航模电机用于多旋翼植保无人机,其存在着诸多问题:
一是功率小,小马拉大车。一架载重10公斤的植保无人机,起飞重量应在35公斤左右,按实用的升效比7KG/KW计算,起码要使用总功率5KW的电机。而可买到的航模电机最大功率300W,4轴多旋翼在不考虑合成效率的情况下,最大总功率只有1.2KW,远低于实际需求。电机功率小的后果是超负荷运行,电机温度过热,散热处理不当,就会烧毁电机及电调。
二是电压低,电流过于大。航模电机的工作电压一般在24V、48V。以总功率5KW、电压48V计算,电流可达104A。如此大的电流增加了线路的损耗,接触不良就会升温过热,甚至燃烧着火。大电流也导致无人机体内电磁环境恶化,大电流产生的电磁场会严重干扰飞控导航系统的正常工作,使无人机失控炸机。
三是工作模式不相符合。一般航模电机的工作模式是间歇性的,而无人机植保作业是持续工作状态。10公斤植保无人机飞行10分钟降落,加药换电池后马上就要起飞继续作业,中间的间歇时间不足以让电机降温恢复到正常状态。长期持续作业,必将使电机烧毁。
四是轴承承力方面不对。多旋翼无人机电机与桨直接连接,承受着的是轴向力。而航模电机的轴承并不是按轴向力设计的。长期使用,电机轴承磨损严重,会产生升力效率下降,多轴升力失衡。
要彻底突破多旋翼植保无人机的载重瓶颈,就必须为其设计专用电机。最合理的是采用飞机270V直流电源标准,设计270V航空高压直流无刷电机。以总功率5KW、电压270V计算,电流只有18.5A。电流小了,多旋翼植保无人机的各项整体性能都会有很大的提升。
当然,设计270V航空高压直流无刷电机并非易事,需要专业电机研发企业,尤其是航空航天电机研发企业为之付出努力。
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