Введение: как я решил заняться разработкой силовой установки для тяжелых мультироторных БАС (взлетный вес 1–2 тонны) как к этому пришел, где я сейчас, и что вообще делать дальше.
Рынок тяжелой беспилотной логистики находится в подвешенном состоянии, в ожидании хорошего пинка: прототипы существуют, но коммерчески рентабельных флотов нет. Я, по крайней мере, не слышал про успешные массовые решения. Моя гипотеза – основная причина кроется в юнит-экономике:
Упрощенно, стоимость доставки 1 кг груза считают так: Цена доставки = (Амортизация железа + Энергия + Ремонт и обслуживание) / (Вес груза × Дальность полета).
Для тяжелых коптеров требуются моторы мощностью от 50 кВт. Они выделяют колоссальное количество тепла и требуют высокой точности при производстве. Такие моторы делают, например, YASA, EMRAX, T-Motor. Но стоимость их решений делает применение распределенной тяги (например, 8 моторов на октокоптер) коммерчески бессмысленным: летный час становится дороже найма пилотируемого вертолета.
Накидываем моторы на умозрительный коптер и считаем по приведенной формуле с допущениями:
Почему нет других решений? Во всем виновата авиационная «спираль масс»: хочешь таскать больше груза — нужно больше мощности. Для этого вкачивай больше тока. Больше тока — больше тепла. Чтобы мотор не сгорел, нужен большой радиатор или водяная рубашка. Больше охладитель — больше общая масса. И так далее по кругу. В итоге дрон таскает сам себя. Упомянутые производители решают эту проблему по-разному, но объединяет их одно: запредельная стоимость, завязанная на дорогие высокотемпературные комплектующие, сложную механику и тяжелые охладительные контуры.
Вывод звучит до банального просто: чтобы изменить положение дел, надо создать легкий и одновременно дешевый мотор. Сказано — сделано. Переходим к созданию архитектуры электродвигателя, которая совмещает малый вес с низкой себестоимостью комплектующих.
Вопросы авиационной сертификации мы пока сознательно оставим за скобками — до нее еще нужно дожить. Прямо сейчас хочу доказать, что на уровне стенда базовая физика и экономика мотора вообще могут сойтись.
Часть 1: Аксиальная архитектура и температурный предел
За основу берем модный аксиально-поточный электродвигатель. Без ферромагнитного сердечника (coreless). В его статоре нет тяжелого трансформаторного железа, он легче и, главное, мне нравится. Берем.
Для снижения CAPEX необходимо использовать массовые решения, в том числе, магниты. Однако, у массовых решений есть свои нюансы, у тех же магнитов N52 предел рабочей температуры составляет 80 C. Так как теплоемкость бессердечникового статора стремится к нулю, на мощности 50 кВт ядро перегревается за секунды. Вот тут-то и та точка, куда надо прикладывать рычаг – по завету Архимеда.
Карандашом накидал интегрированную в ядро статора матрицу активного теплосброса. Получился открытый термодинамический интерфейс, шустро утилизирующий тепловую энергию прямо из центра обмоток, вон из мотора, без тяжелых радиаторов и циркуляционных насосов. Ну и пошел тестировать – теория хороша только теоретически.
Часть 2: Методика и результаты стендовых испытаний
На полномасштабный прототип денег пока нет свободных, так что дабы не терять время, провел лабораторное моделирование термонагруженного узла статора для верификации тепловых расчетов (уровень готовности TRL-3 по пути фиксируем).
Объект испытаний и оборудование:
Имитатор обмотки: Патронный нагреватель (ТЭН) 6х20 мм (номинал 12В, 40 Вт). Малая площадь поверхности специально выбрана для реалистичной имитации плотности теплового потока будущего ядра катушки.
Термоинтерфейс: Теплосъемник собственной конструкции (не скажу, пока что, какой).
Питание: Лабораторный блок питания (ЛБП) 30V / 10A для шагового контроля подводимой электрической мощности.
Контроль: Три независимые термопары (Т1 — ядро / ТЭН, Т2 — Теплосъемник, Т3 — температура окружающей среды, тут обычный комнатный термометр кинул).
Методика (Ступенчатое нагружение):
Испытания проводились путем ступенчатого повышения силы тока на ЛБП с фиксацией установившегося теплового баланса на каждом этапе:
Результаты:
На Ступени 3 (220 Вт) система стабилизировалась, температура ядра не превысила 90°C (целевое). Удержание 46-50 C на Ступени 2 подтверждает возможность безопасной эксплуатации бюджетных материалов и комплектующих в номинальном рабочем цикле ВМГ без риска термической деградации. Мне кажется, что хороший результат, учитывая что конструкция отвода тепла простая, дешевая, надежная и даже патентно-пригодна (!).
Бонус: Эксплуатация в разреженной атмосфере
Расчет для целевых ниш (раскопки на тему возможного полезного применения) выявил не очевидный побочный эффект. Кроме обычных высот 1000-2000 метров над морем можно и нужно забираться на 5000+ метров – ВМГ позволит. И это открывает целый веер сценариев применения, кроме, собственно, логистики. Ну и по пути “отстраиваемся от конкурентов”: даже топовые электромоторы на высоте 5 км задыхаются — разреженный холодный воздух не имеет достаточной плотности для конвективного съема тепла (если только не воткнуть их в планер, где есть набегающий поток, но мы то тут тяжелый октокоптер строим!). Эффективность моей архитектуры системы охлаждения двигателя почти не зависит от плотности воздуха, поэтому на 5000 м (+) он будет чувствовать себя также хорошо, как и у моря – в теории, пока что, разумеется.
Планы
Начнем подводить предварительные итоги с экономики, куда без нее:
Итак, я подтвердил стендовую гипотезу. Следующая, то есть текущая задача — построить прототип двигателя.
План на ближайшее время:
Изготовить полноформатный образец двигателя (несколько разных, проверить гипотезы), и после разломать на тестах – фоточки выложить сюда.
Найти партнеров, чтобы образцы строить быстрее, тестировать в подходящих условиях. Ну и в команде было бы веселее, конечно.
Надеюсь, скоро напишу еще статью с продолжением тестов. Посмотрим.
Спасибо заранее за конструктивный диалог в комментариях всем, кому прочтение статьи было интересным настолько, чтобы написать комментарий при современном-то океане контента повсюду.
Комментарии (26)
linux-over
26.05.2026 06:26мне кажется с увеличением мощности до десятков киловатт аккумуляторные БПЛА будут проигрывать БПЛА с ДВС. Просто по массогабариту батарей.
То есть приводной электродвигатель БПЛА будет иметь смысл только в схеме:
ДВС->генератор->бортовая силовая электросеть->несколько электродвигателей
Но здесь ещё надо доказать, что такая схема лучше чем "несколько ДВС".
я не могу это доказать, но у меня ощущение, что это так.
Я не прав?
Иначе бы вертолёты давно бы делали на аккумуляторах.
linux-over
26.05.2026 06:26я не могу это доказать, но у меня ощущение, что это так.
Вернее, могу. Вот что говорит ИИ:
Сравнение удельной энергии (на 1 кг массы системы)
Ниже приведено сравнение систем мощностью около 50 кВт (примерно 68 л.с.) с запасом хода на 4-5 часов непрерывной работы.
Плотность энергии топлива: Бензин содержит около 12 000 Вт·ч (12 кВт·ч) энергии на 1 кг.
Эффективность ДВС: КЛД бензинового двигателя составляет около 30%. То есть на движение уходит 3600 Вт·ч с каждого кг бензина.
Плотность энергии АКБ: Современные литий-ионные аккумуляторы (на 2026 год) выдают на уровне всей батареи около 250–300 Вт·ч на 1 кг.
Эффективность электропривода: КПД электродвигателя и инвертора высокий — около 90%. То есть полезная энергия составляет порядка 240–270 Вт·ч с каждого кг батареи.
RTFM13
26.05.2026 06:26Плотность энергии АКБ: Современные литий-ионные аккумуляторы (на 2026 год) выдают на уровне всей батареи около 250–300 Вт·ч на 1 кг.
Посмотрите батереи (в сборе со всеми причиндалами) которые используются на транспорте - там хорошо если 100 Вт*ч наберется. Для транспортных целей нужно хотябы 5-10к циклов, иначе это нерентабельно. Если конечно это не одноразовый доставщик.
Koyanisqatsi
26.05.2026 06:26Схема в гибридных БЛА даже сложней
ДВС -> Генератор -> Выпрямитель -> Эдектросеть с батареями небольшими чтобы компенсировать провалы мощности -> ESC электродвигателя -> Электродвигатель
Получается тяжело, потери на каждом этапе, сложная дорогая электроника, да ещё из-за обилия узлов в такой цепочке ниже надёжность и теоретическая наработка на отказ. При этом ДВС должен будет работать не как в гибридном автомобиле в самом эффективном режиме, а на оборотах в минуту около 5к - обычный двигатель не поставить, т.к. у него ресурс будет часов 100, надо брать авиационный, который стоит раз в 20 дороже обычного.
Если кратко, то лучший вариант для большого БЛА это ДВС (авиационный, вроде Rotax) -> редуктор -> большой несущий винт (или два в соосной схеме) - получаем вертолёт. Собственно так и делают некоторые КБ.linux-over
26.05.2026 06:26получаем вертолёт
ну, я именно это и имел в виду.
однако если мы хотим многовинтовую машину, то возможно (возможно!) схема: большой двигатель -> генератор -> сеть -> электропривод
будет конкурентоспособна.
Например, большие грузовики делают именно по этой схеме (см. те же Белазы и некоторые модели Caterpillar). Вполне допускаю, что и для тяжёлой летающей техники подобный подход будет применим тоже.
OverheatDev Автор
26.05.2026 06:26Ну, да, тут только гибрид, конечно. Суммарное потребление 4-8 таких моторчиков будет немалым. А "несколько ДВС" мне кажется, не очень подходит для полетов без автоматов перекосов — в полете надо управлять скоростью работы винтов, реагировать на ветер и всякое такое. ДВС инертный и в секунду мощность не изменит никак.
OverheatDev Автор
26.05.2026 06:26Ну, да, тут только гибрид, конечно. Суммарное потребление 4-8 таких моторчиков будет немалым. А "несколько ДВС" мне кажется, не очень подходит для полетов без автоматов перекосов — в полете дрону надо управлять скоростью работы винтов, реагировать на ветер и всякое такое. ДВС инертный и в секунду мощность не изменит никак.
Prokop1977
26.05.2026 06:26Какая тонна? Сначала разберитесь сколько сейчас можно снять тяги с одной винто-моторной пары в максимуме, поделите на 2, чтобы получить тяговооруженность нормальную. И тогда поймете сколько нужно их таких по количеству. И вообще - изучите вопрос. Все, что без крыла как дальнолет или долголет не подходит, и уж тем более любая электричка в нынешнем состоянии индустрии.
RTFM13
26.05.2026 06:26у мультикоптера есть две фундаментально нерешаемые проблемы масштабирования.
вернее, они давно решены и это решение называется....
OverheatDev Автор
26.05.2026 06:26А что вы называете "нормальной тяговооруженностью"?
Prokop1977
26.05.2026 06:26Для больших дронов 2 (ну это тоже зависит от максимальной скорости ветра), грубо говоря, чтобы тяга висения была в районе 50%, остальной запас на стабилизацию, маневры и компенсацию ветра. Смотрите вот какая красота бывает :) https://rcdrone.top/products/src-mad-876-am160-4-5kv-heavy-lift-power-system-kit, https://rcdrone.top/products/mad-hb110-72x31-drone-arm-set-9kv-motor-55kw-power-output-110kg-thrust-for-multi-rotor-e-vtol-drones
OverheatDev Автор
26.05.2026 06:26Насчет тяговооруженности 2:1 для мультироторов — спору нет. Если взлетная масса аппарата 1 тонна (например), то пиковая тяга ВМГ должна быть в два раза больше.
Посмотрите на характеристики замечательного моторчика по вашей ссылке: чтобы выдать свои 110 кг постоянной тяги и 200 кг в пике его сделали тяжелым, 12.7 кг без учета охладительной системы. Для тяжелого дрона потребуется 10–16 таких моторов (спарками 5-8 лучей), и одни только двигатели (без лопастей, регуляторов и охлаждения) съедят 130–200 кг, а все остальное суммарно на тонну и потянет. И это всё кроме цены 1.5-2 млн.руб. На круг 10-16 шт = от 15 млн только моторы, и получается ровно то, о чем писал в статье: амортизация при эксплуатации такого аппарата нецелесообразна экономически, даже для военных. Потому их — массовых и коммерчески успешных БАС — нет.
Надо целиться в ВМГ 2-3 млн руб. за все, тогда есть шанс.
Не претендую на точность расчетов — это грубые прикидки по памяти. Если есть точные расчеты, то буду благодарен за ссылки или доки.Prokop1977
26.05.2026 06:26Так Вы сами себе и ответили :) и тут получается нет практически полезной нагрузки И вопрос прежде всего не в деньгах, а в дальности и времени полета. Мультикоптеры точно не замена настоящих вертолетов. Для дальности и времени нужно крыло. В общем, сейчас народ для таких вещей бадяжит VTOL в разных вариантах. Но даже там еще далеко до 1 тонны, я имею ввиду конечно достаточно отработанные образцы. Более-менее устоявшаяся схема - это самолет с ДВС винтомоторной пары и 4-8 электромоторов для взлета и посадки. Ну или типа как у гугла: https://powerdrives.net/projects/project-wing
Arhammon
26.05.2026 06:26Но стоимость их решений делает применение распределенной тяги (например, 8 моторов на октокоптер) коммерчески бессмысленным: летный час становится дороже найма пилотируемого вертолета.
Так он в какой-то мере и бессмысленный - потому что у вертолета вес уменьшается по мере израсходования топлива, а у электрички нет. Тут скорее в обратную сторону надо посмотреть дроны и появились изза геморроя делать и эксплуатировать миниатюрный ДВС и его управление. А по мере роста веса разница в геморрое уменьшается, а фактор таскания батареи остаётся...
RTFM13
26.05.2026 06:26тяжелых мультироторных БАС (взлетный вес 1–2 тонны)
Я, по крайней мере, не слышал про успешные массовые решения. Моя гипотеза – основная причина кроется в юнит-экономике:
Нет, причина кроется в физике.
Дальше не читал в виду отсутствия смысла в базовых предпосылках.
OverheatDev Автор
26.05.2026 06:26у мультикоптера есть две фундаментально нерешаемые проблемы масштабирования.
вернее, они давно решены и это решение называется...
Вы и недоговариваете и недочитываете. Если есть понимание вопроса лучшее, чем у меня, то поделитесь, пожалуйста.
Gutt
26.05.2026 06:26Это всё интересно, но почему октокоптер, в не один большой несущий винт? У вертолётной схемы изначально экономика лучше, и это указано в самом начале статьи.
bobcatt
26.05.2026 06:26Потому что реализовать в бытовых условиях, да даже в условиях средней мастерской, такую схему нереально. Сложность изготовления и требования к материалам выше на порядки.
RTFM13
26.05.2026 06:26Чтобы просто взлетел - не очень сложно. По меркам пионеров моделистов конечно сложно, но в целом реально. Но если надо будет обеспечить надёжность настоящего ЛА то вся экономика испарится.
Prokop1977
26.05.2026 06:26На таком большом винте (по диаметру), который по сути вращается на одной скорости все время, должен быть очень большой ток (наверняка за 1000 А), так как момент огромный. Это и создает большие проблемы. Видимо поэтому в электромобилях разные ухищрения для того, чтобы легко трогаться с места, - в момент троганья с места тоже токи не хилые, а в самокатах просто "дают пинка" ногой.
KEugene
26.05.2026 06:26Какой пинок? Нормально стартуют даже самые дешевые китайские нонеймы. Даже под пассажиром в 120 кг.
RTFM13
26.05.2026 06:26У некоторых самокатов (чтобы он был именно самокатом) нужно ногами разогнаться до какой-то скорости чтобы он мотор включил. Видимо из соображений безопасности или для сохранения категории. Это не техническое ограничение, а искуственное.
Так же видимо это эхо прошлого века и коллекторных двигателей, у которых из-за насыщения сердечника может наблюдаться большой пусковой ток. В данном случае это не актуально, т.к. никто летать в пусковом режиме не будет и частотники сто лет в обед как научились ограничивать ток. Соотношение обороты/ток/напряжение и внутренняя магнитная редукция мотора делают абсолютные цифры тока и оборотов бессмысленными.
Markscheider
На 5000 подъемная сила разве не снизится? Там же воздух жиже, опираться не на что...
OverheatDev Автор
Есть специализированные винты, кажется. Это только одно из решений.
OverheatDev Автор
Да и на 5000+ метров это скорее в порядке экзотических способов применения — было бы хорошо, конечно, полезно и там есть хорошие сценарии. Но не обязательно. А обязательно поднять и доставить 500-1000 кг ПН на 50-70 км при разумной цене. Шансы есть, нужно пробовать!