作者：Lauren Nagel
引言
在无人机性能方面，有效载荷和飞行时间这两个重要因素之间存在着必然的权衡。
对于配送无人机、货运无人机、搜救无人机等，具备良好的有效载荷能力变得越来越重要。
了解有效载荷会如何影响飞行时间，可以帮助您设定现实的目标和预期。
本文将介绍：
- 无人机有效载荷计算
- 如何提高直流电动机转速（及推力）
- 使用飞行时间计算器比较无人机有效载荷
- 知名无人机的有效载荷
- 加餐：如何提高飞行时间和有效载荷能力
图 1：带有效载荷的农业无人机
1. 无人机有效载荷计算
我们可以从增加有效载荷会缩短飞行时间这一假设开始。
大多数人都有这种直觉，但事实究竟为何？本文假设增加有效载荷时，无人机的组件保持不变。需要注意的是，减轻机身重量也是一个不错的选择，其效果与减轻有效载荷质量相同。
归根结底，原因如下：为了克服更大的重量，螺旋桨需要产生更大的推力，这需要更高的转速，从而从电池中消耗更多电能，进而缩短可用电池寿命和飞行时间。
让我们更详细地了解一下：
当您给无人机增加重量时，使其离开地面所需的推力也会随之增加。
当无人机悬停时，处于平衡状态，推力等于重量：
图 2：处于平衡状态的悬停无人机
对于大多数无人机，其最大推力最好约为悬停所需推力的两倍，这样才能平稳起飞、爬升和运行。归根结底，更大的重量意味着更大的推力需求。
延伸阅读：无人机能携带多少有效载荷
计算推力有几种方法，但通常取决于多个因素，包括螺旋桨直径和螺距、空气密度、速度和转速（RPM），如下所示的动态螺旋桨推力公式所展示的那样：
根据由Electric Aircraft Guy推导出的这个公式，我们可以通过几种方式提高推力：改变螺旋桨尺寸，或者提高转速。这个公式相当通用。若要获得更准确的推力，可考虑使用动力测试台进行测试。
由于我们保持螺旋桨不变，因此必须提高转速。
2. 如何提高直流电动机转速
要提高转速，我们必须从电池中抽取更多电能，具体来说就是更高的电压。
了解更多：观看此视频，了解电压如何影响电机速度。
电池容量通常以瓦时（Wh）表示。如果容量为 70 Wh，您可以以 70 瓦的功率运行 1 小时，或者以 1 瓦的功率运行 70 小时。
消耗的功率越多，电池寿命就越短。而这就是我们回到原点的时刻。
由于我们需要更高的电压（因此消耗更多电能）来实现更高的转速，电池寿命会消耗得更快，飞行时间也会缩短。
3. 无人机有效载荷与飞行时间比较
接下来，让我们看看实际情况。我们开发了一个无人机飞行时间计算器，您可以输入无人机的信息，例如无人机和电池重量、电池容量以及螺旋桨数量。它将这些信息与推进系统数据相结合，为您估算飞行时间。
本文将借用此推进系统的数据，该系统配备 T-Motor MN4014 电机和 APC 12x6e 螺旋桨，以展示有效载荷与飞行时间之间的关系。
图 3：带示例数据的无人机飞行时间计算器
在零有效载荷且无人机重量为 1.6 kg（含电池）的情况下，飞行时间为 39.6 分钟。
随着我们以 0.2 kg 为增量增加有效载荷，请观察飞行时间的变化： 
图 4：无人机飞行时间与有效载荷图表
随着有效载荷逐渐增加，飞行时间缩短。
4. 知名无人机的有效载荷
什么是“良好”的有效载荷，取决于许多因素，例如无人机的大小和功能。以下是一些知名无人机的有效载荷供参考：
- DJI AGRAS T40 有效载荷：50 kg（110 lbs）
- DJI Inspire 2 有效载荷：0.8 kg（1.8 lbs）
- MQ-9A“死神”无人机有效载荷：1,746 kg（3,850 lbs）
- Predator RQ-1 无人机有效载荷：204 kg（450 lbs）
- Lancet-3 无人机有效载荷：3 kg（6.6 lbs）
- SYPAQ 无人机有效载荷： 3 kg（6.6 lbs）
- Raven RQ-11 无人机有效载荷：0.18 kg（0.4 lbs）
5. 加餐：如何提高无人机的飞行时间和有效载荷能力
下面的公式展示了电池容量和功耗如何影响无人机的飞行时间。消耗的功率越多，飞行时间就越短：
提高无人机飞行时间和有效载荷能力有一个简单的方法，关键就在于一个核心变量：效率。提高推进系统的效率可以减少从电池中抽取的功率，从而延长飞行时间。
提高效率并非本文的主题，但我们有一份完整的指南，介绍如何提高无人机的飞行时间和起重能力，如果您希望提升无人机的性能，可以阅读该指南。
结论
本文展示了无人机有效载荷如何影响飞行时间。关键变量包括推力、转速、电能功率和电池容量。
如果您还有任何疑问或希望我们介绍的主题，请在下方留言。