Por Lauren Nagel
Introducción
Cuando se trata del rendimiento de los drones, existe un compromiso necesario entre dos factores importantes: la carga útil y el tiempo de vuelo.
Contar con una buena capacidad de carga útil es cada vez más importante para los drones de entrega, drones de carga, drones de búsqueda y rescate, entre otros.
Ser capaz de predecir cómo afectará la carga útil a su tiempo de vuelo puede ayudarle a establecer objetivos y expectativas realistas.
En este artículo cubriremos:
- Cálculos de carga útil de drones
- Cómo aumentar las RPM del motor de CC (y el empuje)
- Comparación de carga útil de drones con calculadora de tiempo de vuelo
- Cargas útiles de drones conocidos
- Extra: Cómo aumentar su tiempo de vuelo y capacidad de carga útil
Figura 1: Drone agrícola transportando una carga útil
1. Cálculo de la carga útil del drone
Podemos partir de la premisa de que añadir carga útil disminuye el tiempo de vuelo.
La mayoría de la gente lo asume por intuición, pero ¿por qué es cierto? Para los fines de este artículo, asumimos que la carga útil aumenta mientras los componentes del drone se mantienen iguales. Tenga en cuenta que disminuir el peso de la estructura también es una buena opción y tiene el mismo efecto que reducir la masa de la carga útil.
En última instancia, todo se reduce a esto: para superar un peso mayor, se requiere más empuje de las hélices, lo que requiere más RPM, lo que consume más energía de la batería, disminuyendo así la vida útil disponible de la batería y el tiempo de vuelo.
Veámoslo con un poco más de detalle:
Cuando añade masa a un UAV, aumenta la cantidad de empuje necesaria para levantarlo del suelo.
Cuando un drone está suspendido, se encuentra en equilibrio, por lo que el empuje es igual al peso:
Figura 2: Drone suspendido en equilibrio
Para la mayoría de los drones, se desea que su empuje máximo sea aproximadamente el doble de lo necesario para mantenerse suspendido, lo que les permite despegar, ascender y operar suavemente. En última instancia, mayor masa = mayores requisitos de empuje.
Lectura adicional: Cuánta carga útil puede transportar un drone
Hay varias formas de calcular el empuje, pero generalmente depende de varios factores, incluyendo el diámetro y el paso de la hélice, la densidad del aire, la velocidad, la velocidad de rotación (RPM), como lo demuestra esta ecuación para el empuje dinámico de la hélice:
Basándonos en esta ecuación, derivada por Electric Aircraft Guy, hay un par de formas en las que podemos aumentar el empuje: podemos cambiar las dimensiones de la hélice, o podemos aumentar las RPM. Esta ecuación es bastante genérica. Para un empuje más preciso, considere probar con un banco de empuje.
Dado que mantendremos nuestras hélices constantes, por lo tanto tendremos que aumentar las RPM.
2. Cómo aumentar las RPM del motor de CC
Para aumentar las RPM, tenemos que extraer más energía eléctrica de la batería, específicamente más voltaje.
Obtenga más información: vea este video para ver cómo afecta el voltaje a la velocidad del motor.
La capacidad de la batería a menudo se expresa en vatios-hora (Wh). Si tiene una capacidad de 70 Wh, puede extraer 70 vatios de energía durante 1 hora o 1 vatio de energía durante 70 horas.
Cuanta más energía se extraiga, más corta será la vida de la batería. Y aquí es donde volvemos al punto de partida.
Dado que extraeremos un voltaje más alto (y por lo tanto mayor energía) para alcanzar unas RPM más altas, la vida de la batería se agotará más rápido, y nuestro tiempo de vuelo será menor.
3. Comparación de carga útil y tiempo de vuelo del drone
A continuación veamos esto en la práctica. Hemos desarrollado una calculadora de tiempo de vuelo de drones que le permite ingresar la información de su drone, como el peso del drone y la batería, la capacidad de la batería, y el # de hélices. Combina esta información con datos de propulsión y estima su tiempo de vuelo por usted.
Para este artículo, tomaremos prestados datos de este sistema de propulsión con un motor T-Motor MN4014 y una hélice APC 12x6e para demostrar la relación entre la carga útil y el tiempo de vuelo.
Figura 3: Calculadora de tiempo de vuelo de drones con datos de muestra
Con cero carga útil y la masa del drone en 1.6 kg (incluida la batería), obtenemos un tiempo de vuelo de 39.6 minutos.
A medida que aumentamos la carga útil en incrementos de 0.2 kg, observe lo que sucede con el tiempo de vuelo: 
Figura 4: Gráfico de tiempo de vuelo del drone vs. carga útil
A medida que la carga útil aumenta gradualmente, el tiempo de vuelo disminuye.
4. Cargas útiles de drones conocidos
Lo que se considera una carga útil “buena” depende de muchos factores, como el tamaño y la función del drone. Aquí están las cargas útiles de algunos drones conocidos para referencia:
- Carga útil del DJI AGRAS T40: 50 kg (110 lbs)
- Carga útil del DJI Inspire 2: 0.8 kg (1.8 lbs)
- Carga útil del drone MQ-9A Reaper: 1,746 kg (3,850 lbs)
- Carga útil del drone Predator RQ-1: 204 kg (450 lbs)
- Carga útil del drone Lancet-3: 3 kg (6.6 lbs)
- Carga útil del drone SYPAQ: 3 kg (6.6 lbs)
- Carga útil del UAV Raven RQ-11: 0.18 kg (0.4 lbs)
5. Extra: Cómo aumentar el tiempo de vuelo y la capacidad de carga útil del drone
La ecuación a continuación muestra cómo la capacidad de la batería y el consumo de energía se relacionan con el tiempo de vuelo del drone. Cuanta más energía extraiga, más corto será el tiempo de vuelo:
Hay una forma sencilla en la que puede aumentar tanto el tiempo de vuelo como la capacidad de carga útil de su drone, y todo se reduce a una variable clave: la eficiencia. Aumentar la eficiencia de su sistema de propulsión reduce la energía extraída de la batería, aumentando así su tiempo de vuelo.
Mejorar la eficiencia no es el tema de este artículo, pero tenemos una guía completa sobre Cómo aumentar el tiempo de vuelo y la capacidad de elevación del drone, que puede leer si busca mejorar el rendimiento de su drone.
Conclusión
En este artículo hemos demostrado cómo la carga útil del drone afecta el tiempo de vuelo. Las variables clave son el empuje, las RPM, la energía eléctrica y la capacidad de la batería.
Si tiene alguna pregunta pendiente o temas que le gustaría que cubriéramos, déjenos un comentario a continuación.