无人机螺旋桨图片大全大图及价格(无人机螺旋桨的基础知识)
1、部件综述
螺旋桨是指靠桨叶在空气旋转,将电机转动功率转化为推进力的装置,可有两个或较多的叶与毂相连,叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种推进器。螺旋桨在不同转速的下的推进力直接决定了穿越机的机动性能,所以这个部件直接决定飞机的属性。
2、使用范围
全部单轴和多轴飞行器。
3、名词解释
3.1直径(D)
影响螺旋桨性能重要参数之一。一般情况下,直径增大拉力随之增大,效率随之提高。所以在结构允许的情况下尽量选直径较大的螺旋桨。此外还要考虑螺旋桨桨尖气流速度不应过大(<0.7音速),否则可能出现激波,导致效率降低。但直径越大转动惯量越大,飞机机动性也就越差,转弯、加减速能力、阻力也会越大。直径小拉力就越小,同时流体稳定性也会更复杂,效率也会降低。所以目前5英寸~5.2英寸是穿越机竞技的最佳尺寸。那T5046C为例,50就是桨的尺寸,5.0英寸。T5249C中的52就是5.2英寸的意思。
3.2桨叶数目(B)
可以认为螺旋桨的拉力系数和功率系数与桨叶数目成正比。FPV机一般采用结构简单的双叶桨。在穿越机使用上,螺旋桨直径受到限制时,采用增加桨叶数目的方法使螺旋桨与电机获得良好的配合。这个下一贴套路篇将详细说。
3.3实度(σ)
桨叶面积与螺旋桨旋转面积(πR2)的比值。它的影响与桨叶数目的影响相似。随实度增加拉力系数和功率系数增大。但这个实度不是越大越好,这是根据转速和空速决定的。实度越大迎风面积也会越大,气流粘性会使效率下降。实度也可以简单理解成桨叶的宽窄。
3.4几何螺距(H)
桨叶剖面迎角为零时,桨叶旋转一周所前进的距离。它反映了桨叶角的大小,更直接指出螺旋桨的工作特性。桨叶各剖面的几何螺矩可能是不相等的。习惯上以70%直径处的几何螺矩做名称值。比如T5046C中的46就指的是螺距。理论上来讲螺距越大越适合高速飞行。
3.5桨叶材质
桨叶是一个高速转动的部件。由于转速极快,一点点质量的变化就会对转动惯量带来极大的影响。转动惯量大对螺旋桨的加速和减速带来的影响非常大。由于桨是产生推力的部件,如果材质太软桨尖会出现上翘,太硬材料易折断。5寸桨的主流穿越机的要求和其它桨的要求还不太一样。它不需要7寸以上大桨那么高的机构强度,但对耐用性、柔韧的要求远远大于其他螺旋桨。目前PC材料是制作5寸左右穿越机螺旋桨的最好材质。不仅质量轻、柔韧,结构强度还有保障。其中以德国拜耳生产的PC材料为最好。
4、推力分析:
4.1现代螺旋桨的由来:
1836年,英国的“阿基米德号”使用了螺旋推进器,那是一个木制的长长的像螺丝钉的螺杆。开始试验时,它以每小时4海里的航速航行。(可以看做实度超大的螺旋桨)。突然,水中的障碍物碰断了螺杆,只剩了一小截。正当造船工程师史密斯急得不知所措时,这船却意外地加快了速度,达到每小时13海里。这事启发了造船工程师们,他们把长螺杆变成短螺杆,又把短螺杆变成叶片状,螺旋桨就这样诞生了。
4.2螺旋桨推力:
看了螺旋桨的诞生,我们会知道,迎面气流在螺旋桨转动中带来的分力,是螺旋桨产生的第一个力。桨距越大分的越多。有的桨几乎没有翼型,仅靠这种力来飞比如3D直升机的桨。木板绑对了角度也能前进。
4.3现代航空螺旋桨
近代空气螺旋桨产生了另一种力,螺旋桨产生这种推力的原理跟固定翼机翼是一样的。
你可以把螺旋桨想象成机翼,将螺旋桨无限放大每个页面刨面相对于切向气流都是一个机翼。桨叶转动经过气流,产生向前的拉力就像机翼产生向上的升力一样。这就是现代螺旋桨的第二种力。
4.4桨推力的最大障碍
就跟你玩水一样你滑动快了会产生漩涡或气泡。玩固定翼面临最大的问题是机翼失速 螺旋桨既然原理跟机翼相似那么也面临失速的问题。
简单的说就是机翼的所有设计都是按照空气动力学来的,空气动力学好用是建立在气流能包裹机翼的基础上(也就是紧贴机翼)。你搅和快了产生了漩涡或气泡,螺旋桨的第一个力和第二个力就出了毛病。也就会推力大打折扣。就是电机热桨没劲。
5器材选择建议
推力分析完了,我们的目标就确定了。我们要的是推力更大、效率更高、阻力更小的桨。我们追求最大拉力是跟桨距有直接关系,桨距大小是跟迎面气流也就是飞机速度有关系的!还跟螺旋桨的转速有关系。这个关系都是在不失速的前提下的最大螺距。但桨距太大电机的扭矩又拧不动、转不快。
比如5046的桨,50就是尺寸5寸,46就是桨距。也有用12*7来表示的,12就是尺寸12英寸,7就是桨距。剖面翼型的选择和设计是桨叶气动性能的核心影响因素。要得到高性能的螺旋桨,必须优化设计高升阻比翼型。可以把螺旋桨看作旋转的机翼,因此如同设计机翼,高升阻比意味着高拉力、低扭矩。螺旋桨重新全面采用优化过的高性能翼型族,在满足高强度、低重量要求的前提下使低雷诺数气动性能达到最优。
螺旋桨推力靠两种力,第二种靠桨形状,第一种靠桨距。 桨距小了不出力,桨距大了又失速。形状好了效率高,形状差了电机烫。这就是桨形(指的是剖面形状)的细微差别带来的不同。
我们要的理想螺旋桨,是:
1、 电机带上转速在螺旋桨的有效转速内第一种力能有效发挥
2、 桨形高效,第二种力能有效发挥。
3、 明确自己的飞行方式。对螺距和实度的综合选择。
4、 材质可靠,注意5寸穿越机对桨的特殊要求。
这个第三点我要着重说一下,自己的飞行方式:要是总在高速飞,机动大,竞技。你的螺旋桨就可以近似看成竞速固定翼的螺旋桨。需要找窄桨叶的,桨跟厚一些,螺距大一些的。不是总高速飞行,需要大推力要载重,要平稳,你就应该找桨薄一些,桨叶宽一点的螺旋桨。你要是综合飞行,你就要找综合性螺旋桨。将根厚,桨尖薄,跟上桨距大窄,尖端桨距小宽比如这种。
首先大家先理解这个一个概念。飞机能前进,是因为向后抛出了一坨空气。
气质量x气速度=飞机质量x飞机速度
从这个公式中,力学圣贤牛顿让我们能够看出。想要飞机飞的快,有三种方法,加大扔出去空气的质量,加快扔出去空气的速度,减小飞机的重量。扔空气这个活是螺旋桨干的。所以我们要看看螺旋桨是怎么扔这坨空气的,怎么能扔的又多又快。
这玩应是螺旋桨的祖先,开始是把这东西装到船地下扔水,用反作用力推船。后来发现不用这么多圈,一圈也行,后来发现半圈也行,最后发现一角就行。这么一来螺旋桨就从一个长螺旋变成了一个桨叶。
也就是说一个桨叶就约等于这么个桶子。我们就用这个桶子来研究螺旋桨扔空气的原理。桨叶的长度就是桶子的半径。前面公式说了,想让飞机更快有一条是让空气质量更大。密度你控制不了但是体积可以控制。也就是增加桨叶长度让桶子变粗。或者让桨快点转让桶子变长,再或者就增加桶子。
增加桶子好办啊~!一个桨叶是一个桶子,两个桨叶不就是两个桶了吗?三个桨叶三个桶。整二三十个桨叶飞机不就上天了~!搞个100个桨叶的螺旋桨那不是更牛逼了。这时候法拉第和伯努利出来搞事情了!
首先电气大神法拉第会告诉你,拧一个桨叶好办,两个三个桨叶能办,你搞一堆桨叶需要多大扭矩,臣妾做不到啊~!电机的特点就是高转速低扭矩,你整那么多桶子谁拧的动?实际情况是你桨叶多了,桶子增加了,但是你转速低了,桶子短了。到最后还不一定谁的体积大呢~!你跟法拉第说:去死!我就要拧,我不降速,我花钱上核电!紧接着流体动力学大神伯努利就会来找你茬。
螺旋桨是在空气中运动的,那么你就不能违背流体力学原理。上核电也不行,处非你是上帝。螺旋桨前面的区域也就是画红框的区域我们叫它桨前空气。你可以理解成取水的池塘。你的桶子是叠在一起的。就拿三叶桨为例,三个桶子取水的池塘都是一个,也就是红框区域。
假设这种情况,这个桨是逆时针旋转。A先取水之后,B来了水就不多了,C到的时候就没水了。道理是这么个道理但是实际上是水就那么多,不管怎么变流入池塘的水是有限的,取水的管道再多没水你有啥办法,三个桶子都没装满。所以三个桨叶效率都很低。当然这是种极限情况,不可能三叶桨将桨前空气抽空。但是原理是一样的,按照单个桨叶效率来看。一叶桨(如果有的话)效率最高,两叶略低,三叶更低,四叶再低,越多越低。但是从总量来看那就要开大公式计算了。而且计算情况
不等于实际情况。还要看你液体粘稠程度、密度、温度等等。
看到这里你会说那还聊个P,就用两叶桨呗。因为效率最高嘛~!你说的对,大部分真飞机,螺旋桨飞机能用两叶都是用两叶桨。那么为什么还有用三叶、四叶甚至用八叶桨的情况呢?
这就要聊到另外的两个物理量,一个是空间,一个是加速度。首先说空间。这个好理解。假设这个飞机正常机动性下用的是10寸的两叶桨,但是不行,用10寸的两叶桨螺旋桨打地上了,起飞和降落都打桨。穿越机机臂就5寸,本来应该用7寸的两叶桨装上打机身,用5寸的两叶又不够力怎么办?
没办法为了能够足够的推力只能牺牲效率,增加桨叶数量。按照实际使用效果6寸两叶和5寸三叶推力效果差不多。为了减小体积还能维持推力只好用三叶,或者四叶。如果空间足够两叶效率最好。这就是为什么一些航拍机,农业机强调续航的四轴都用两叶桨的原因。
再有就是加速度。有些飞机能“跳”有些飞机只能快速上升,这就是加速度不一样。我之前讲飞行手法的时候说过一个“小跳收油”。好多人问我,怎么跳?我告诉他们问题不是怎么跳,而是你的飞机不能跳。就比如战斗机我要的不是最大推力,我要的是猛,是灵活。所以战斗机普遍用多桨叶。
我们来推到一下原因
飞机“跳”说明飞机的加速性能好,加速性能好需要推力猛,推力猛需要螺旋桨突然加速的能力好,除了电机的扭矩够大等因素外,还需要你的螺旋桨的转动惯量够小。
转动惯量我就不上公式了,你就理解大轮子难转起来也难停住就行。大桨转动惯量大,要加速需要更大的扭矩。7寸两叶比5寸的三叶推力大多了,但是加速度却赶不上5寸三叶。
总结一下我们叨B叨都说了啥~!
1、桨叶越少效率越高。
2、桨叶越长推力越大。
3、桨叶越短加速越好。
这三条怎么应用呢。说说成型的套路吧~!
你要续航长,推力大就用两叶的大桨。比如原来你是2寸四叶的whoop,同样的电装不动,你用2.5寸~3寸的两叶,续航会更长,飞机推力会更大。但是不暴力,动力会肉,会跳不起来,不能抖油飞。再比如我的5寸暴力赛道机准备换架子变成远航机,飞机重了要加推力,要加续航。直接把桨从5寸三叶换7寸两叶就行。续航直接就上来了,不过飞机会很肉。你要飞机更灵活更爆力,就换小的桨,加一两个桨叶。比如原来我用7寸两叶飞机续航好但是非常肉,那我就换6寸三叶,或者5.2寸的三叶。
简单来说就是要不就换大桨减桨叶数量追求效率,要不就是换小桨增加桨叶数量追求暴力。(也不知道我说明白了没有)
从本章的知识中我们能够看出,穿越机动力的好坏和特性是跟螺旋桨性能和电机曲线综合作用的结果。好桨+好电机≠好动力,要看配合。当然有些适应性比较强的桨比如5046C能够配合更多的电机,但这种桨的单项能力不一定最强。
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