تجربة قياس قوة دفع محرك (عديم الفُرش)

كيف قمت بقياس قوة دفع محرك براشلس (عديم الفُرش)

المقدمة

عند بناء وتشغيل الطائرات اللاسلكية (RC)، يُعد الدفع من أهم مؤشرات الأداء، فهو يمثل مقدار القوة التي يولدها المحرك والمروحة لرفع الطائرة ودفعها إلى الأمام.

مؤخراً، قمتُ بإجراء تجربة بسيطة وملهمة لقياس قوة الدفع التي ينتجها محرك براشلس 1000KV مع مروحة 9×4 وبطارية ليبو 3S.

تُظهر هذه التجربة كيف يمكن استخدام أدوات يومية مثل ميزان المطبخ لفهم أداء محركات الطائرات اللاسلكية.

لماذا هذه التجربة مهمة

إجراء مثل هذه القياسات لا يقتصر على الفضول فقط، بل قد يمنع تلف مكوناتك.

ففي الماضي استخدمتُ مروحة كبيرة مع محرك 2200KV دون اختبار مسبق. النتيجة أن المحرك سحب تياراً أكبر بكثير من المتوقع، ولم يتحمل الـ ESC الحمل، مما أدى إلى تلفه.

من خلال تجربة دفع بسيطة مثل هذه يمكنك تجنّب هذا الخطأ المكلف. فقياس التيار المستهلك مقابل الدفع يساعدك على:

• اختيار المروحة المناسبة للمحرك.
• تجنّب التحميل الزائد على الـ ESC والبطارية.
• تحقيق إعداد أكثر أماناً وكفاءة.

الأدوات المستخدمة

في هذه التجربة استخدمتُ التجهيزات التالية:

• المحرك: براشلس 1000KV
• المروحة: 9×4
• البطارية: ليبو 3S
• منظّم السرعة (ESC): بقدرة 30A
• جهاز إرسال/استقبال: FlySky
• أدوات القياس: ميزان مطبخ + جهاز قياس القدرة (Wattmeter)
• قاعدة التثبيت: قطعة خشب مُثبت عليها المحرك (الوزن الكلي مع المحرك = 1200 جم)

إعداد التجربة

قمتُ بتثبيت المحرك بإحكام على قطعة خشب، وكان الوزن الكلي للقاعدة مع المحرك حوالي 1200 جم. ثم وضعت الكتلة بالكامل على ميزان مطبخ رقمي.

خطوات الإجراء:

1. تصفير الميزان – قمتُ بإعادة الميزان إلى الصفر حتى يظهر فقط التغيّر في القوة (الدفع).
2. توصيل الطاقة – أوصلت المحرك بالـ ESC ثم ببطارية 3S.
3. زيادة الخانق (Throttle) – باستخدام جهاز الإرسال FlySky، قمت برفع الخانق تدريجياً مع مراقبة:
4. • قراءة الميزان (قوة الدفع بالجرام).
   • قراءة جهاز الواط ميتر (التيار المسحوب بالأمبير).

قمت بتثبيت المحرك البراشلس 1000KV على قطعة خشب صلبة وثقيلة، لتكون بمثابة قاعدة مستقرة للتجربة. لم يكن اختيار المادة عشوائيًا، بل تم اختيار الخشب بعناية ليكون أثقل من قوة الدفع القصوى التي يمكن أن يولدها المحرك مع المروحة. هذا الوزن الإضافي وفر توازنًا قويًا، وضمان أن يظل التركيب بأكمله ثابتًا في مكانه أثناء الاختبار.

فمن دون مثل هذا الاحتياط، يمكن للقوة الناتجة عن دوران المروحة أن ترفع القاعدة الأخف وزنًا أو تُميلها بسهولة، مما يؤدي إلى قراءات غير مستقرة ومواقف قد تكون خطيرة. فحدوث انزلاق مفاجئ أو سقوط قد لا يتسبب فقط في تلف المحرك والمكونات الإلكترونية، بل قد يؤدي أيضًا إلى اصطدام المروحة بأجسام قريبة أو حتى التسبب في إصابة.

ومن خلال تثبيت المحرك على كتلة خشبية قوية، قللت من هذه المخاطر وضمنت دقة التجربة. فوجود قاعدة مستقرة يعني أن قوة الدفع المقاسة على الميزان تعكس فقط أداء المحرك، دون أن تتأثر بأي حركات غير مرغوبة للتركيب. هذا الإعداد الدقيق يبرز أهمية السلامة والموثوقية عند إجراء التجارب العملية باستخدام مراوح عالية السرعة.

عند استخدام بطارية 3S LiPo (بجهد اسمي 11.1 فولت، وقد يصل إلى 12.6 فولت عند الشحن الكامل)، من المتوقع أن يدور المحرك البراشلس 1000KV بسرعة تقارب 11,100 دورة في الدقيقة عند الجهد الاسمي، وحتى حوالي 12,600 دورة في الدقيقة عند الجهد الكامل.

من المهم ملاحظة أن هذه السرعة تمثل القيمة النظرية بدون حمل (ناتج حاصل ضرب KV × الجهد). أما في التطبيق العملي، فعند تركيب مروحة على المحرك ستكون السرعة أقل بسبب الحمل ومقاومة الهواء والخسائر في الكفاءة. على سبيل المثال، مع مروحة بحجم 9×4 قد تصل السرعة إلى حوالي 70–80% من القيمة النظرية وذلك بحسب وحدة التحكم (ESC) وحالة البطارية.

توضح هذه العلاقة بين قيمة KV والجهد سبب أهمية اختيار حجم المروحة المناسب: فكلما زادت عدد الدورات ارتفع الدفع، لكن في المقابل يزداد استهلاك التيار ودرجة الحرارة، مما قد يؤدي إلى تلف وحدة التحكم إذا لم تتم مطابقة المكونات بشكل صحيح.

على الرغم من أن الحسابات النظرية لعدد الدورات والدفع مفيدة، إلا أن الاختبار العملي يتطلب قياس كمية التيار والطاقة التي يستهلكها المحرك فعليًا أثناء التشغيل. وهنا يأتي دور جهاز قياس الواط أو محلل الطاقة كأداة أساسية.

عند توصيل جهاز قياس الواط على التوالي بين البطارية ووحدة التحكم (ESC)، يمكن مراقبة القيم التالية:

• الجهد (V) الذي توفره البطارية أثناء التحميل.
• التيار (A) الذي يسحبه المحرك عند مستويات مختلفة من الخانق (Throttle).
• القدرة (W) المستهلكة (ناتج ضرب الجهد × التيار).
• وأحيانًا أيضًا السعة المستهلكة (mAh)، مما يساعد في تقدير زمن الطيران.

توفر هذه القراءات رؤية مهمة حول ما إذا كان النظام يعمل بأمان ضمن حدود المحرك، ووحدة التحكم، والبطارية. فعلى سبيل المثال، إذا تجاوز التيار الحد الأقصى لوحدة التحكم، فهذا مؤشر واضح على ضرورة تقليل حجم المروحة أو إعادة ضبط التوصيف.

إن استخدام جهاز قياس الواط لا يساعد فقط على تحسين الأداء، بل يمنع أيضًا حدوث أعطال مكلفة في المكونات.

النتائج

• عند %75 من الخانق، ولّد المحرك حوالي 730 جم من الدفع.
• بلغ التيار الأقصى حوالي 10.6 أمبير.

هذه النتائج مبهرة مقارنةً بحجم المحرك والمروحة. فدفع 750 جم يُعادل أكثر من نصف وزن كثير من طائرات الفوم التدريبية، ما يثبت أن هذا الإعداد يمكنه تشغيل طائرة خفيفة بسهولة.

المناقشة

استخدام ميزان المطبخ طريقة بسيطة لكنها فعّالة لقياس الدفع الثابت. ورغم أن منصات الدفع الاحترافية تعطي دقة أعلى، فإن هذه الطريقة المنزلية كافية للهواة.

بعض الملاحظات:

• نسبة الدفع إلى التيار تُعطي فكرة عن كفاءة المروحة.
• رفع الخانق بعد %75 يؤدي إلى سحب تيار أعلى، مما قد يُسبب سخونة مفرطة دون زيادة ملحوظة في الدفع.
• إعداد محرك 1000KV مع مروحة 9×4 على بطارية 3S مناسب جداً للطائرات التدريبية أو الطائرات الخفيفة (park flyers) التي يقل وزنها عن 1 كجم.

مجالات التحسين

رغم أن التجربة أعطت نتائج مفيدة، إلا أن هناك طرقاً لزيادة الدقة والاعتمادية:

1. زيادة المسافة بين المحرك والقاعدة الخشبية
2. • ترك فراغ أكبر يقلل من تأثير العوائق على تدفق الهواء، مما يعطي قراءة أدق لقوة الدفع.
2. استخدام حساس وزن (Load Cell) مع أردوينو
3. • يمكن استبدال ميزان المطبخ بحساس وزن موصول بأردوينو للحصول على قراءات أكثر دقة.
   • عند التحكم بالـ ESC عبر PWM من الأردوينو، يمكن تسجيل الدفع مقابل نسبة الخانق بشكل آلي.
   • هذا يجعل النتائج قابلة للتكرار، وأسهل في التحليل والتمثيل البياني.

الخلاصة

تُظهر هذه التجربة أنك لا تحتاج إلى معدات مخبرية متقدمة لقياس قوة الدفع. باستخدام ميزان مطبخ، واط ميتر، وبعض أدوات الطائرات اللاسلكية الأساسية، يمكنك جمع بيانات قيّمة عن أداء المحرك والمروحة.

لكل من يجرب الطائرات اللاسلكية، أوصي بشدة بإجراء مثل هذه الاختبارات قبل الرحلات الأولى. فهي تساعدك على اختيار التوافق الأمثل بين المحرك والمروحة والبطارية، مما يضمن طيراناً آمناً وكفؤاً.

أو بإمكانك إستكشاف تصنيفات أخرى

عالم الإلكترونيات

الفيزياء وميكانيكا الطيران

استكشف العالم الخفي تحت المجهر