홍라이프 계산기드론 모터 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
멀티콥터 모터를 고를 때는 먼저 모터마다 얼마의 추력을 내야 하는지 알아야 합니다. 이 계산기는 이륙 질량과 원하는 추력 대 중량비로 모터당 최대 추력을 구하고, 운동량 이론으로 모터당 축 동력, 전기 전력, 전류를 추정해 모터, 프로펠러, 변속기(ESC)를 여유 있게 고를 수 있게 해 줍니다.
계산 방법
모터당 최대 추력(g) = 질량 × TWR ÷ 모터 수
모터당 호버링 추력 = 질량 ÷ 모터 수, 호버링에 쓰는 비율 = 100 ÷ TWR %
추력 T(N)의 이상 전력: P = T^1.5 ÷ √(2 ρ π r²), ρ = 1.225kg/m³
축 동력 = 이상 전력 ÷ 성능지수
전기 전력 = 축 동력 ÷ 모터·ESC 효율, 전류 = 전기 전력 ÷ 배터리 전압
- r은 프로펠러 반지름(인치 지름 × 0.0254 ÷ 2)입니다.
원리
드론은 상승, 기동, 바람에 맞서기 위해 무게보다 여분의 추력이 필요합니다. 추력 대 중량비가 그 여분을 정하며, TWR 2이면 모터마다 호버링에 필요한 추력의 두 배를 낼 수 있습니다. 운동량 이론은 주어진 프로펠러 원판으로 정지 추력을 내는 최소 전력을 알려 주는데, 전력은 추력의 1.5제곱으로 커져 추력을 두 배로 하면 약 2.8배의 전력이 필요합니다. 실제 프로펠러와 모터는 덜 효율적이므로 성능지수와 효율 입력으로 반영합니다.
예제 풀이
기본값인 1,400g, 모터 4개, TWR 2, 10인치 프로펠러, 성능지수 0.6, 효율 75%, 14.8V로 계산합니다.
- 모터당 최대 추력 = 1,400 × 2 ÷ 4 = 700g, 전체 2,800g입니다.
- 모터당 호버링 추력 = 350g로 최대 추력의 50%입니다.
- T = 6.86N, 이상 전력 = 51W, 축 동력 = 51 ÷ 0.6 = 85W입니다.
- 전기 전력 = 85 ÷ 0.75 = 모터당 113W입니다.
- 전류 = 113 ÷ 14.8 = 모터당 7.7A, 최대 추력에서 전체 30.7A입니다.
| 모터 수 | 최대 스로틀 모터당 추력 (g) |
|---|---|
| 1 | 2,800 |
| 2 | 1,400 |
| 3 | 933 |
| 4 | 700 |
| 5 | 560 |
| 6 | 467 |
| 8 | 350 |
결과 해석
내 프로펠러로 최대 추력 이상을 낼 수 있는 모터를 고르고, ESC는 모터당 전류보다 넉넉한 정격으로 고르십시오. 배터리는 전체 전류를 공급해야 하므로 연속 방전 정격을 확인하십시오. 안정적인 촬영용 드론은 TWR 약 2를, 민첩한 비행용은 그보다 높은 값을 목표로 하는 경우가 많지만 용도에 따라 다릅니다.
흔한 실수
- 질량에 탑재물과 배터리를 빼먹는 경우
- ESC를 계산 전류에 딱 맞게 여유 없이 고르는 경우
- 추력표가 프로펠러와 전압에 따라 달라진다는 점을 무시하는 경우
- 공기가 희박해 전력이 더 드는 고지대에 같은 추정을 쓰는 경우
자주 묻는 질문
추력 대 중량비는 얼마로 하나요?
일반 드론은 약 2가 흔한 출발점이고, 레이싱 드론은 훨씬 높게 씁니다.
전력이 추력보다 빨리 느는 이유는?
이상 전력이 추력의 1.5제곱에 비례하기 때문입니다.
프로펠러 크기도 중요한가요?
네. 모터가 돌릴 수만 있다면 큰 프로펠러가 같은 추력에 전력을 덜 씁니다.
출처: L. Bauersfeld and D. Scaramuzza, "Range, Endurance, and Optimal Speed Estimates for Multicopters" (arXiv:2109.04741) · U.S. Standard Atmosphere, 1976 (sea-level density 1.225 kg/m³)