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少年组限时载运飞机设计系列(二十九):方

前一篇(news-101,已按系列三十五 news-108 正确轨迹修订)把方舟90 的时间账算完:三循环只需 221.8 秒,6 分钟余量 138 秒。这一篇把同一剖面(已按系列三十五 news-108 正确轨迹更新)的能量账算到每一 mAh,回答两个关键问题:200g 的 3S 电池够不够?能不能换更小的电池减重?

一、各阶段功率需求

按仿真模型(螺旋桨×电机总效率 η≈0.47):

阶段机体状态功率(电)备注
满载巡航4.5kg / 9.13m/s80.2W阻力 4.13N,占任务时间最长
空舱回段巡航1.62kg / 9.13m/s37.5W阻力仅 1.93N
满载爬升至 5m4.5kg / 8°爬升约 45W油门 45% 即可维持
空舱爬升至 5m1.62kg / 12°爬升约 17W油门 23% 即可维持

二、单趟与三趟电耗

项目数值
单趟总电耗607mWh
三趟总电耗1.82Wh
1300mAh 3S 总能量14.4Wh
可用能量(按80%放电深度)11.5Wh
任务耗电占比15.8%
任务结束剩余 SOC84%
单趟电耗与三趟SOC曲线

图4:左图为单趟各阶段电耗,爬升段虽然时间短但功率高,是单趟耗电大户;右图为三趟任务电池 SOC 曲线,1300mAh 3S 电池结束时仍剩余 84%。

三、关键结论:能量不是瓶颈,冗余来自两个原因

  • 原因一:任务飞行总时间极短。 三趟空中阶段合计约 120 秒,低速巡航功率只有 80W/38W,电池"没机会"被放空;
  • 原因二:推重比 0.6 对爬升是"奢侈配置"。 满载爬升只需 45% 油门、空舱只需 23%,不需要长时间满功率爬升。

这也解释了为什么之前按"空载 13m/s 高速返程 + 5 分钟持续巡航"估算会得到"缺口 20~30%"——那个剖面假设里任务时间长、巡航功率高,与真实规则不符。

四、电池选择建议

红线约束是 3S 电池 ≤200g。既然能量冗余高达 84%,可以反过来利用:

方案容量重量(约)可用能量任务耗电占比建议
保守方案1300mAh180~200g11.5Wh16%初学训练用,容错最高
减重方案1000mAh130~150g8.9Wh20%可省约50g,等价于少背18块EVA
极限方案850mAh100~120g7.5Wh24%需实测电池内阻,电压跌落不能过大

推荐:训练先用 1300mAh 保底;等飞手动作稳定后,改用 1000mAh 减重。每省 50g 电池,总重从 4.5kg 降到 4.45kg,失速速度下降约 0.06m/s,起飞和着陆都更轻松。

五、推重比口径修正

前两天气动测试以 11m/s 作为设计巡航速度计算配平,那个速度是"宽速度范围校核",不是任务速度。真实任务里飞机绝大多数时间以 9.1m/s 飞行,配平舵量会比 11m/s 时更"拉杆"一些。下一系列做 300mm 翼弦对比时,我会同时给出两种速度下的配平舵量表,避免口径混淆。

仿真方法:分段功率积分|电机+螺旋桨总效率取 0.47|未计入电池内阻压降,建议实测时保留 20% 以上 SOC 余量|报告日期:2026-08-22

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