多旋翼无人机

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本文作者:李德强
          第一节 螺旋桨
 
 

        今天我们来聊聊关于多旋翼螺旋桨的相关内容。在最开始的文章中我们已经介绍过关于直升机和多旋翼无人机桨的本质区别。即直升机主螺旋桨的螺距是可变的,从而改变其动力大小和方向。而多旋翼螺旋桨的螺距是固定的,是靠改变桨的转速,也就是通过改变拉力使多旋翼机身产生不同方向的拉力,从而达到改变姿态的目的。

        下面我们就来看看,什么是螺旋桨的螺距。对于一些刚刚接触无人机的朋友来说可能不太好懂。不过没关系,我们先来聊聊一个所有人都了解的东西:螺丝钉。螺距就是延螺旋线方向两个相同螺纹之间的距离,请看下图:

        而对于螺旋桨来说,我们知道桨的叶片与转动平面是有一个夹角的,所以在转动时才会对空气产生推力。而这正因为这个夹角的存在,我们就可以对这个夹角做度量,为其测量螺距。我们假设螺旋桨与螺丝钉一样延着螺旋线转动并延伸下去,如下图:

        这样我们就可以清楚的看到螺旋桨在螺旋线方向上两个相邻螺纹之间的距离。通常这个距离用英寸来表示,例如7045、8045、9045、1045这些指标的后两个数字表示其螺距为4.5英寸;7050、8050、9050、1050表示其螺距为5.0英寸。而前两个数字,表示其直径的大小,例如:8045表示桨的直径为8.0英寸,9045表示桨的直径为9.0英寸,1045表示桨的直径是10英寸,而不是1.0英寸。

        桨的直径越长,在相同电机转速下其拉力越大,直径越小拉力越小。在上面我们谈的都是两叶桨,常见的还有三叶桨和四叶桨。在直径、螺距、电机转速相同的情况下,桨叶越多其拉力越大,但是其转动惯量与空气阻力也就越大。电机使三叶桨达到与二叶桨相同转速时,需要的电流就更大,而当电流增加到十几安培乃至几十安培时,电机的内阻和电调的内阻就会消耗掉一定的功率产生热量,而电机对桨产生的动能相对减小了一部分。使用多叶桨达到与两叶桨相同转速需要消耗的功率就更大。因此,通常情况下三叶桨与四叶桨的效率并没有二叶桨的效率高。所以对于多旋翼无人机我们也推荐使用二叶桨。

        通常在中心向外2 / 3 处测量桨叶宽度,称为桨的弦长

        另外,为了增加桨的动能使用效果,从无人机的结构设计考虑还可以在桨的外侧安装涵道:

        根据伯努力原理,涵道内侧由于有螺旋桨的高速旋转,带动气流快速下降,涵道外侧气流流动缓慢,所以涵道外侧气压会大于外侧气压,于是空气会产生一部分向上的拉力。也就是会提高飞机的动力。但是从机架设计上讲,我们如果增加了四个涵道,也就是增加飞机自身的质量,飞机需要克服飞机自重需要的拉力就更大,因此是否一定使用涵道,或是涵道的的材料如何选择也就需要我们仔细斟酌。

 

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