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【他爹】螺旋桨的基础知识——选桨必备(一)

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发表于 2019-4-15 10:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
前几天有同学提出了,想看看螺旋桨的一些基础知识和选购推荐,今天我就拿我常用的DALPROP螺旋桨做例子,跟大家聊聊螺旋桨的​基础知识。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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​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。

​好啦~!先写到这里,下一贴再写写一些常用的电机和螺旋桨搭配的套路。


欢迎继续阅读楼主其他信息

发表于 2019-4-15 13:41 | 显示全部楼层
感谢分享。
发表于 2019-4-15 13:41 | 显示全部楼层
学习了            
发表于 2019-4-15 17:32 | 显示全部楼层
发表于 2019-4-15 18:46 | 显示全部楼层
历史知识受用
发表于 2019-4-15 19:35 | 显示全部楼层
知识贴,还请教楼主银燕RS2306 2400kv电机用哪种型号的螺旋桨综合性比较好?(4S)
 楼主| 发表于 2019-4-16 14:25 | 显示全部楼层
yd37646 发表于 2019-4-15 19:35
知识贴,还请教楼主银燕RS2306 2400kv电机用哪种型号的螺旋桨综合性比较好?(4S)

你飞啥?free还是赛道?啥电池?

发表于 2019-4-16 22:50 | 显示全部楼层
学习了,好贴~~~
发表于 2019-4-17 00:10 | 显示全部楼层
学习了!
来自安卓客户端来自安卓客户端
发表于 2019-4-17 21:01 | 显示全部楼层
楼主,你这写的跟foxeer公众号的文章一模一样,他们就是转载你的?
发表于 2019-4-18 17:18 | 显示全部楼层
GE_90 发表于 2019-4-16 14:25
你飞啥?free还是赛道?啥电池?

花飞,4S电池
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