드론 제작 순서 5. 드론 비행시간 계산 하기

드론 비행시간 계산 방법

  

모터와 프로펠러, 배터리를 다 골랐다면,

그 조합의 비행시간을 계산해봐야 잘 선택했는지 알 수 있다.    

드론의 비행시간은 배터리 용량을 소모 전류로 나눈 후 시간을 곱하면 쉽게 계산이 가능하다.

식으로 표현해 보면,

 

배터리 용량 ÷ 소모전류  =  예상 비행시간

 

전력을 구해서 나누고 이러쿵 저러쿵 여러 알파벳을 가져다 사용하는 등

쉽게 알아듣기 힘들게 설명한 사람들이 많은데 다 필요 없고 위 식이 핵심이다.

이렇게 구하는 것이 가장 간단하고 이해하기가 쉽다.

 

물이 들어있는 2000ml 페트병에서 시간당 200ml 씩 물이 빠지면 몇 시간 후에 물이 다 빠질까?

 

2000ml ÷(200ml/시간) = 10시간 × 60 = 600분

계산 식을 안보더라도 직감적으로 10시간이면 물이 다 빠진다는 것을 알았을 것이다.

분을 구하려면 60을 곱해주면 된다.

비행시간을 구하는 것은 이 과정과 똑같다고 보면 된다. 

배터리의 용량과 소모되는 용량을 알면 시간은 당연히 알 수 있는 것이다.

 

그러면 소모되는 배터리 용량은 어떻게 알 수 있을까?

드론에서 가장 배터리 소모가 많은 부분은 당연 모터이다.

모터와 비교하면 다른 부품들이 소모시키는 배터리양은 미미하다고 보면 된다.

그러므로 모터가 배터리를 얼마나 소모시키는지만 알아내면 된다.

그리고 정말 친절하게도 모터 제조사에서 모터가 배터리를 얼마나 소모시키는지 알려주고 있다.

T-motor 에서 제공하는 U5 kv400 모터의 경우를 보자.

https://uav-en.tmotor.com/html/2018/u_0330/4.html

 

이 테이블에서 Current(A)가 소모량이다.

16인치 프로펠러를 사용한다면 Throttle50% 일 때 Current(A)가 5.2 이고 Thrust(G)가 1200 이다.

모터가 1200g을 들어 올릴 때 5.2A가 소모된다는 의미다.

드론이 헥사콥터이면 모터가 여 섯개 이니 6을 곱해준다.

Current(A) = 31.2  Thrust(G) = 7200

드론의 무게가 7200g 이라면 공중에 뜨는 순간 즉, 호버링하고 있는 상황에서 31.2A가 소모 된다는 것이다.

 

소모되는 양을 알았으니 이제 배터리의 용량에서 나눠주어 비행시간을 계산해 보겠다.

16000mAh 배터리를 쓴다고 하면

16Ah ÷ 31.2A = 약 0.51h 

0.51 시간 비행이 가능한 것이다.

60을 곱하면 대충 30분 정도 비행이 가능함을 알 수 있다.

 

이렇게만 되면 정말 이상적인데 실제로는 이렇게 안된다.

알고 있듯이 배터리를 전량 사용할 수도 없고, 소량이지만 다른 부품들도 배터리를 사용한다.

또 모터에서 열에너지로 바뀌기도 하고 드론이 호버링만 하고 있지도 않다.

그러니 정확히는 알 수 없지만 이렇게 유실되는 배터리 양을 빼줘야 한다.

 

이런 알 수 없는 부분까지 생각해 배터리의 70%~85% 정도만 사용할 수 있다고 생각해야 한다.  

정리하면,

배터리 용량 ÷ 소모전류 × 60 × 0.7  =  예상 비행시간(분)

 

배터리의 70%라고 할지 80% 라고 할지는 본인이 정하면 된다.

그래서 위의 U5모터는 30분이 아니라 21분 정도 비행한다고 보면 된다. 

 

 

 

그럼 전력을 구해서 비행시간을 계산하는 건 뭐야 라고 생각할 수도 있을 거 같아 설명하겠다.

V×I=P

전압(V)과 전류(I)를 곱하면 전력(P)을 구할 수 있다.

내가 위에서 설명한 방법은 전류(I)만 가지고 시간을 구한 것이다.

Ih(배터리) ÷I(소모량) = 시간 

그리고 전력(P)을 가지고 구한 것은

P(배터리) ÷ P(소모전력) = 시간

즉, ( Ih×V ) ÷ ( I×V ) = 시간 

이렇게 전압이 곱해진 값을 사용한 것이다. 

전압(V)은 나눠주면 어차피 없어지니 굳이 전력을 구해서 계산할 필요가 없다.

뭐가 더 정확한가? 이런것도 따질 필요가 없다.

애초에 정확한 값을 구할 수 없으니 0.7 이나 0.8을 곱해서 시간을 예측하는 것 아닌가

이래나 저래나 어차피 대략적인 값을 구하는 것이므로 계산은 간결하게 하면 된다.