Автор: Dominic Robillard та Lauren Nagel
Стенд тяги — зручний інструмент для випробування безколекторних двигунів і пропелерів.
Він заощаджує час, зокрема завдяки автоматизації.
Автоматичне випробування запускається кнопкою Start і виконується самостійно, поки ви спостерігаєте за даними.
Розглянемо сім способів випробування безколекторного двигуна на наших стендах та їх автоматизацію.
Сім основних випробувань:
- Ступінчасте випробування
- Плавна зміна газу
- Випробування на витривалість
- Замкнене керування / стала тяга
- Час досягнення 90% усталеного значення
- Відтворення польоту
- Синусоїдальний і чирп-сигнал
Випробувальна установка
У статті використано дві програми для наших стендів:
- Програмне забезпечення RCbenchmark — дискретизація до 50 Гц, сумісність із Series 1585 і Series 1780
- Програмне забезпечення Flight Stand — дискретизація до 1000 Гц, сумісність із Flight Stand 15 / 50 / 150
Термін Стенд тяги Series 1585 використано для збирання даних у відео цієї статті.
Рисунок 1. Силові установки в аеродинамічній трубі
1. Ступінчасте випробування
Що таке ступінчасте випробування?
Система проходить регулярну або нерегулярну послідовність рівнів сигналу. Наприклад, газ зростає від 25% до 50% кроками 5%: 25, 30, 35, 40, 45, 50%.
На кожному кроці перед вимірюванням заданий час утримується сталий газ для стабілізації системи.
Навіщо проводити ступінчасте випробування?
Це одне з найпростіших випробувань із багатьма застосуваннями.
Його легко повторити точно за тим самим протоколом. Це спрощує порівняння конфігурацій, оскільки точки вимірювання однакові.
Також можна порівнювати режими: ККД при 55% і 60% газу або споживання при 80% і 85%.
Ступінчасте випробування відповідає на ці питання простим протоколом.
Читайте також: Навіщо випробовувати двигуни та пропелери
Як виконати ступінчасте випробування
Визначте потрібні робочі точки: увесь діапазон чи певну фазу польоту.
Введіть точки у скрипт, наприклад готовий у RCbenchmark (рисунок 2): мінімум, максимум, кількість кроків і час усталення.
Кроки вводяться вручну або імпортуються з таблиці.
Рисунок 2. Автоматичний скрипт ступінчастого випробування
2. Плавна зміна газу (sweep / ramp)
Що таке sweep / ramp?
Дані записуються безперервно під час плавного переходу між двома значеннями газу.
На відміну від ступінчастого тесту, зупинок немає — лише безперервний запис.
Наприклад, газ плавно зростає від 40% до 80% із записом усіх проміжних даних.
Навіщо проводити sweep / ramp?
Це перевіряє весь діапазон робочих точок ESC між межами, як ступінчастий тест із нескінченною кількістю кроків, які не потрібно вводити вручну.
Корисно для аналізу кривої газу та ефектів накладання спектрів сигналу.
Кількість точок не фіксована. Порівняння можливе, але точки різних випробувань не збігатимуться точно, як у ступінчастому тесті.
Файли можуть бути дуже великими й ускладнювати аналіз.
Як виконати sweep / ramp
Готовий скрипт RCbenchmark приймає мінімальне й максимальне значення та тривалість переходу, яка визначає швидкість зміни.
Змінюйте газ достатньо повільно, щоб момент прискорення пропелера не спотворював покази. За повільної зміни його вплив незначний.
3. Випробування на витривалість
Що таке випробування на витривалість?
Це тривалі випробування для визначення меж системи або її компонентів.
Приклади:
- Теплова витривалість: кілька годин роботи двигуна в теплому середовищі.
- Витривалість підшипника: кількість годин до ознак зношення.
- Стійкість до обмерзання: характеристики пропелера в холодному вологому середовищі.
Читайте також: Статичні та динамічні випробування компонентів БПЛА
Навіщо випробовувати витривалість?
Це допомагає обирати компоненти та складати точну технічну документацію на різних етапах проєктування.
Випробування підтверджують ресурс і безпечні межі роботи для надійності та сертифікації.
Також допомагають визначити графік технічного обслуговування.
Як випробовувати витривалість
Можна використовувати будь-яку послідовність газу: кроки, плавні переходи, синусоїду або відтворення польоту. Параметри залежать від мети.
Приклади:
- Теплова витривалість: довга робота зі сталим газом у теплі та спостереження за характеристиками.
- Підшипник: повторювана послідовність кроків за стандартних умов температури й тиску (STP) до появи зношення.
- Обмерзання: повторюваний плавний сигнал у холодному вологому середовищі зі спостереженням за накопиченням льоду.
Скрипт Custom steps sequence у RCbenchmark задає кількість кроків, газ і тривалість кожного (рисунок 3).
Послідовність повторюється потрібну кількість разів. Вимірювання записується посередині кожного кроку.
Рисунок 3. Редагований скрипт випробування на витривалість
4. Замкнене керування / стала тяга
Що таке випробування зі зворотним зв’язком?
Система постійно зчитує датчики й змінює газ для підтримання заданої тяги, потужності або обертів.
Приклад — ПІД-регулятор, який оцінює різницю між заданим і виміряним значенням та коригує її пропорційною, інтегральною й диференціальною складовими.
Навіщо випробовувати замкнене керування?
Потрібна змінна залишається сталою навіть за змін інших параметрів.
Наприклад, під час розряджання LiPo й падіння напруги газ коригується для підтримання заданої тяги, потужності чи обертів.
Це корисно для планування польоту, перевірки акумулятора й витривалості.
Як виконати випробування замкненого керування
У RCbenchmark потрібен індивідуальний JavaScript-скрипт. Для початку використайте приклад скрипту замкненого керування .
Налаштуйте його під свої цілі. Надто швидка або сильна компенсація спричиняє коливання навколо цільового значення, тому потрібне настроювання.
5. Час досягнення 90% усталеного значення
Що вимірює тест 90%?
Він визначає час досягнення 90% кінцевих обертів після ступінчастого входу, тобто швидкодію системи.
Це динамічне випробування, яке потребує високої частоти дискретизації для точності.
Навіщо вимірювати час 90%?
Це кількісна оцінка реакції всього комплексу ESC–двигун–пропелер, наприклад швидкості відновлення після пориву вітру.
Як виконати тест 90%?
Готовий скрипт RCbenchmark задає стрибок газу від 0 до 100% і одночасно вимірює час до 90% кінцевих обертів.
Також записується прискорення для оцінки початкового нахилу кривої. Дані містяться в додатковому стовпці CSV. 
Рисунок 4. Скрипт випробування часу 90%
6. Відтворення польоту
Що таке відтворення польоту?
Це відтворення минулого польоту в лабораторії за командами газу, записаними бортовим комп’ютером.
Навіщо відтворювати політ?
Видно характеристики на різних етапах: найбільше споживання та найефективніші режими.
Це один із найточніших способів відтворення польотної роботи, особливо разом із випробуваннями в аеродинамічній трубі. Метод особливо корисний для оцінки акумулятора та змін конструкції або процедури польоту.
Читайте також: Як розрахувати й виміряти тягу пропелера
Як відтворити політ?
Експортуйте дані газу з польоту. Імпортуйте CSV у Flight Stand для власного тесту. Для RCbenchmark потрібно написати індивідуальний скрипт.
Після підключення силової установки до стенда програма відтворить команди. Тяга, момент, оберти й потужність відображатимуться в реальному часі.
7. Синусоїдальний і чирп-сигнал
Що таке синусоїдальне та чирп-випробування?
Синусоїдальний сигнал плавно й постійно змінює швидкість двигуна, проходячи діапазон газу з безперервним записом.
Чирп-сигнал — синусоїда, частота якої поступово зростає або знижується, а амплітуда залишається сталою (рисунок 5).
Рисунок 5. Чирп-сигнал (джерело: Wikiwand)
Навіщо використовувати синусоїду або чирп-сигнал?
Синусоїда показує роботу в широкому діапазоні точок із безперервним записом, подібним до sweep, та підходить для витривалості.
Чирп перевіряє діапазон швидкостей реакції ESC і показує, як швидко та наскільки він реагує на газ.
Так оцінюють стійкість за зростання частоти команд і перевіряють стабільність керування в усьому діапазоні.
Як виконати синусоїдальне або чирп-випробування?
Для синусоїди є готовий скрипт виходу ESC: https://cdn-docs.rcbenchmark.com/scripts/sinewave.js. Він працює з RCbenchmark.
Для чирп-сигналу потрібен власний скрипт; наведений синусоїдальний — добра основа.
Частота оновлення обмежена протоколом ESC та USB. У RCbenchmark не рекомендуємо синусоїду понад 10 Гц.
Підсумок
Ці автоматизовані тести допомагають оптимізувати силову установку та знайти практичні можливості поліпшення.
Для власної лабораторії оберіть Series 1585 для малих дронів, Flight Stand 15 для середніх дронів, Flight Stand 50 для великих дронів і Flight Stand 150 для дуже великих дронів та eVTOL.
Наше потужне програмне забезпечення надається безкоштовно.
Ми прагнемо краще відповідати потребам клієнтів. Яких випробувань бракує? Напишіть у коментарях.