Rechner für Flugzeit und Nutzlast von Drohnen

Ein Akku-Auslegungsrechner für Quadrokopter macht die Auswahl schnell und nachvollziehbar. Er berechnet die notwendige Kapazität in Milliamperestunden auf Basis von Fluggewicht, Nutzlast, gewünschter Flugzeit und Batteriespannung. So lässt sich abschätzen, ob ein vorhandener Akku für eine Mission reicht oder welche Batterie nötig ist, um die gewünschte Flugdauer zu erreichen.

👉 Die Berechnung ist bewusst einfach gehalten, liefert aber verlässliche Größenordnungen für Planung und Vergleich. Für finale Auslegungen sind Wirkungsgrade der Motoren, Propellerwirkungsgrad und zusätzliche Verluste zu berücksichtigen. Trotzdem hilft der Rechner, schnell mehrere Varianten zu prüfen und rationale Entscheidungen zu treffen.

So arbeitet der Rechner

Sie geben die Masse des Kopters ohne Nutzlast an, danach die Masse der Nutzlast in Kilogramm. Weiter wählen Sie die Batteriespannung in Volt und optional die Kapazität des Akkus in Milliamperestunden zur Plausibilitätsprüfung. Der Rechner meldet dann den benötigten Strom, die minimal empfohlene Kapazität und die erwartete Flugzeit bei der eingegebenen Batterie.

Wesentliche Parameter und Formeln

Als Zwischenwert wird die Gesamtmasse Wtotal gebildet durch die Summe aus Leergewicht und Nutzlast. Für eine einfache Leistungsabschätzung verwende ich die Regel P gleich 100 mal Wtotal. Diese Näherung bedeutet, dass ein Multikopter zur Schwebelast pro Kilogramm etwa 100 Watt benötigt. Daraus ergibt sich der Strom I als P geteilt durch V. Die erforderliche Kapazität C in mAh errechnet sich aus I multipliziert mit gewünschter Flugzeit in Stunden und umgerechnet in mAh.

Die Formeln lauten

$$
W_{total} = W_{frame} + W_{payload}
$$

$$
P = 100 \times W_{total}
$$

$$
I = \frac{P}{V}
$$

$$
C = \frac{I \times t}{1} \times 1000/60
$$

Die letzte Formel rechnet Minuten in Stunden um und liefert den Wert in mAh. Für die Anwendung sind solche Näherungen ausreichend, um schnell Varianten zu vergleichen. Für präzise Planungen sollten Motordaten und Propellerkennlinien herangezogen werden.

Rechenbeispiel mit veränderten Zahlen

Als Beispiel nehme ich ein Kopterleergewicht von 1,8 Kilogramm und eine Nutzlast von 0,9 Kilogramm. Die gewählte Batteriespannung beträgt 11,1 Volt. Als Prüfakku wird eine Kapazität von 5200 mAh eingegeben.

Schritt 1 Gesamtmasse

$$
W_{total} = 1{,}8 + 0{,}9 = 2{,}7\ \text{kg}
$$

Schritt 2 benötigte Leistung

$$
P = 100 \times 2{,}7 = 270\ \text{W}
$$

Schritt 3 Verbrauchsstrom

$$
I = \frac{270}{11{,}1} \approx 24{,}32\ \text{A}
$$

Schritt 4 erwartete Flugzeit mit 5200 mAh

$$
t = \frac{5200 \times 60}{24{,}32 \times 1000} \approx 12{,}83\ \text{Minuten}
$$

Ergebnis: Mit dem angegebenen Akku ist mit etwa 12,8 Minuten Flugzeit zu rechnen. Für längere Flüge müsste die Kapazität erhöht oder die Spannung angepasst werden.

Was der Rechner ausgibt

Nach der Berechnung erhalten Sie die empfohlene minimale Kapazität zur Erreichung der gewünschten Flugzeit, eine Schätzung der tatsächlich erreichbaren Flugzeit bei eingegebener Batterie sowie den erwarteten Stromverbrauch. Diese Werte sind als Richtwerte zu verstehen und werden durch Motorwirkungsgrad, Propellerwahl und Umweltbedingungen beeinflusst.

Drohrtyp	Masse kg	Strom pro kg A pro kg	Kommentar
Mini Quad	bis 0,9	3 bis 5	Spielzeug und kleine FPV Modelle
Allround Fotoquad	0,9 bis 2,5	4 bis 7	Hobby und Semiprofessionell
Schwerer Kamerakopter	2,5 bis 5	6 bis 10	Professionelle Foto und Filmarbeit
Transportdrohne	ab 5	8 bis 14	Gütertransport und Industrieeinsatz

Praktische Hinweise und Einflussfaktoren

Die einfache Formel berücksichtigt nicht den Wirkungsgrad von Motorreglern und Motoren. Bei realistischen Abschätzungen sollte ein Wirkungsgradfaktor eingeplant werden. Wind, Flugstil und Manöver reduzieren die Flugzeit deutlich. Bei niedrigen Temperaturen fällt die nutzbare Kapazität von Lithium-Polymer-Akkus ab. Daher ist es ratsam, eine Sicherheitsreserve von zehn bis dreißig Prozent einzuplanen.

✍ Bei Auswahl der Spannung gilt: höhere Spannung reduziert den Strom bei gleicher Leistung und kann Verluste in Leitungen und Reglern senken. Das heißt, bei gleicher Leistung ist der Strom bei 22,2 Volt deutlich geringer als bei 11,1 Volt. Andererseits erhöhen höhere Spannungen die Anforderungen an ESC und Motoren sowie das Gewicht des Akkupacks.

Tabelle mit Beispielakkus

Die folgende Übersicht listet einige gängige LiPo Akkus mit geänderten Eigenschaften zur Orientierung. Gewichte und Abmessungen sind Richtwerte und variieren je Hersteller.

Modell	U V	Kapazität mAh	Zellen S	Max Entladestrom A	Gewicht g	Maße mm
HobbyStar 900mAh 3S	11,1	900	3	60	110	65×30×20
SkyPower 2000mAh 4S	14,8	2000	4	80	220	90×36×22
ProFlight 3200mAh 4S	14,8	3200	4	70	330	100×42×25
LongRun 6000mAh 6S	22,2	6000	6	40	850	150×50×35
UltraMini 450mAh 2S	7,4	450	2	35	45	48×22×12

Tipps zur sicheren Auswahl

Prüfen Sie beim Kauf die C Rate des Akkus und die maximale Belastbarkeit der Motoren. Achten Sie auf das Verhältnis Kapazität zu Gewicht. Für Transportzwecke und längere Einsätze sind Akkus mit hoher Energiedichte und moderatem Entladestrom empfehlenswert. Beim Einsatz in Firmenanwendungen gelten zusätzliche Sicherheits- und Zulassungspflichten.

✍ Zur Verlängerung der Lebensdauer lade und lagere Akkus bei moderater Temperatur und verwenden Sie Ladegeräte mit Balancerfunktion. Regelmäßige Kontrolle auf Beulen und Delamination ist Pflicht.

Der Akku-Rechner liefert schnelle Orientierung für die Auswahl einer geeigneten Batterie für Ihren Quadrokopter. Nutzen Sie die Ergebnisse als Grundlage, prüfen Sie die Motor- und ESC-Datenblätter und planen Sie Reserven ein. Für finale Entscheidungen sind Messungen im Flug sowie detailliertere Simulationen ratsam.

Empfohlene Fachbücher

• Multikopter bauen und fliegen, Praxis und Technik
• Akkutechnik für Modellbauer, LiPo richtig einsetzen
• Elektrische Antriebe für UAV, Grundlagen und Komponenten
• Flugleistung und Aerodynamik für Multikopter
• Leichtbau und Materialwahl für Drohnen