Troca de peso / capacidade da bateria de lipo Quadrotor

Estou tentando descobrir onde a capacidade adicional da bateria se torna inútil em relação ao peso adicionado em termos de um quadcopter. Atualmente, com uma bateria de 5500 mAh, 11,1V, posso obter entre 12 minutos e 12:30 de tempo de vôo. Minha pergunta, então, é esta - dentro da capacidade de levantamento de quadríceps, é claro, existe alguma maneira de descobrir onde o peso adicionado de uma bateria maior (ou mais baterias) cancela qualquer melhoria no tempo de vôo? Obviamente, não será tão longo quanto dois vôos separados, aterrissando e trocando baterias; Estou apenas tentando maximizar meu tempo contínuo no ar. Estou tentando descobrir onde está a linha (e se já a cruzei), colocando pilhas maiores no quadrilátero e vendo retornos decrescentes. Obrigado!

(Mais uma vez, por enquanto, suponha que o quad seja forte o suficiente para levantar o que você joga nele. Com um 5500mAh, ~ 470 gramas, meu acelerador máximo é de cerca de 70%)

Para projetos de quadcopter, geralmente você deseja ter uma proporção de empuxo / peso de 2: 1 . Ou seja, com 100% de aceleração, você deseja que seu impulso combinado da hélice seja capaz de levantar duas vezes o peso da embarcação.

Você precisa determinar a quantidade de energia que os motores precisam para gerar esse impulso (geralmente fornecido na folha de dados). Quando você tem essa quantidade de energia, pode calcular facilmente a quantidade de tempo que sua bateria durará.

Esta página no Quadcopter Performance fornece um bom exemplo:

Observando os dados da tabela de desempenho do motor, parece que o peso máximo absoluto que os motores podem suportar é de 560 cada, ou seja, 2240 gramas. É quando os motores estão trabalhando a 100%, usando 95,2 watts, o que significa cerca de 8,6 amperes a 11,1 volts.

Olhando para os dados do gráfico de peso do vôo versus potência e duração da bateria, parece que o helicóptero não deve exceder 1700 gramas. Nesse peso, são utilizados 61 watts de potência, ou seja, 5,5 amperes a 11,1 volts.

O gráfico também mostra que uma onça de peso de vôo precisaria de um watt de potência e as duas são linearmente correlacionadas. Supondo que a embarcação tenha 60 onças, são necessários 60 watts de potência.

Esta citação é um pouco enganadora. O autor original está ausente das palavras "por motor" em sua conclusão. 230W / 4 motores = 57,5 ​​Watts. Foi aí que eles chegaram à conclusão "60 onças precisam de 60 Watts (por motor)". No entanto, o método geral de plotagem de desempenho é benéfico para responder à pergunta.

Se você aumentar a taxa máxima de empuxo / peso, poderá manter o acelerador mais baixo, usar menos energia e permanecer no ar por mais tempo. Assim, você pode aumentar o impulso ou diminuir o peso para obter tempos de vôo mais longos.

Para responder de forma mais concisa à sua pergunta, o ponto de retornos decrescentes ocorre quando o peso adicional adicionado pela bateria reduz a proporção empuxo / peso abaixo de 1,5: 1 na extremidade inferior.

Outra coisa a considerar é a densidade de energia da sua tecnologia de bateria. Quanta energia por unidade de peso a bateria é capaz. Você provavelmente está usando baterias de íon de lítio, que são provavelmente as melhores disponíveis do ponto de vista do preço à performance. Mas se você está realmente tentando obter tempos de voo mais longos sem aumentar o peso, pode considerar algumas das tecnologias mais esotéricas (e muito mais caras) por aí.

E provavelmente vale a pena mencionar que, mesmo na categoria de íons de lítio, nem todas as baterias são criadas da mesma forma.

As baterias devem pesar aproximadamente o mesmo que todo o resto da estrutura combinada.

Com uma determinada aeronave - tudo o que é conhecido, exceto a massa das baterias - o tempo máximo absoluto de vôo ocorre quando o peso das baterias é duas vezes maior que o peso de todo o resto da estrutura combinada. No entanto, muitas outras características - tempo para chegar à altitude, capacidade de resposta, evitar estol, etc. - funcionam melhor com menos peso da bateria, portanto, uma regra geral melhor é que as baterias sejam aproximadamente as mesmas (uma vez) o peso de todo o resto combinado. Referência: Andres 2011. Capacidade ideal da bateria . via Heino R. Pull .

Esta regra geral se aplica a todos os tipos de aeronaves movidas a bateria - de asa fixa, quadcopters, helicópteros etc.

(Perdoe-me por reciclar minha resposta à eficácia de um robô móvel em relação à massa ).

EDIT: corrigiu uma frase auto-contraditória - obrigado, Gustav.

você já viu essas novas baterias zangão de zinco 8cell de 10.000 mAh e 12V? http://www.tradekorea.com/product-detail/P00265914/drone_battery_10000mAh.html#.UjpxM2QpY2K visualizou o gráfico de diferentes proporções de potência para peso na discussão acima, comparando eficiência com células de combustível (que ainda são muito pesadas 1,2kg + combustível ^ 800g +)

estava brincando com a idéia de um quad equipado com uma bateria de 10.000 mAh de zinco-ar, alternadores 4xGenesys e 2x super capacitores

Barry Densley

E que tal experimentar um pouco?

Eu pegaria a bateria mais leve possível e tentaria adicionar pesos. Para cada peso, eu media o tempo de vôo, fazia um gráfico "tempo de vôo / mAh" vs "peso de decolagem" e ajustava uma curva através dos pontos de dados. Depois, eu passeava por hobby e, para cada bateria lá, calculava o tempo de voo usando meu novo gráfico mágico. Encontre o máximo e pronto :-)