多旋翼无人机组装调试与飞行实训-螺旋桨

（1）基本原理

　螺旋桨由桨毂和桨叶组成，桨叶靠近桨毂的部分称为桨根，桨根的另一端称为桨尖，如图3.12所示。

　在多旋翼无人机的电动动力系统中，电机仅仅是将电能转换成机械能，而螺旋桨才是真正产生升力的部件。螺旋桨是一个旋转的翼面，适用于任何翼面的诱导阻力、失速和其他空气动力学原理的也都适用于螺旋桨，其产生升力的原理与固定翼飞机的机翼产生升力非常类似，不同的是，多旋翼在飞行时，螺旋桨一面旋转产生升力，一面又要随飞机前进，所以其工作情况要比固定翼飞机的机翼复杂很多。

　螺旋桨产生的升力大小依赖于桨叶的平面形状、桨叶的迎角和电机的转速。由于桨叶本身是负扭转的，因此桨叶角从桨根到桨尖是变化的，最大迎角在桨根处，最小迎角在桨尖处。扭转的原因是从桨根到桨尖能产生一致的升力，所以当桨叶旋转时，桨叶的不同部位线速度也不同，桨尖处的线速度比桨根处的要快，因为相同时间内桨尖旋转的距离比桨根处要长。如果桨叶设计成在整个长度上迎角相同，则螺旋桨的效率会非常低。　（2）桨径和桨距　1）桨径　桨尖与桨类之间的距离称为螺旋桨的直径，简称桨径，如图3.12所示。根据升力公式，同一个转速的螺旋桨，桨径越大，升力也越大。　图3.12　螺旋桨结构　2）桨距　桨叶剖面迎角为0时，螺旋桨旋转一周沿轴向移动的距离称为桨距，也称螺距，如图3.13所示。显然，桨叶的倾角越大，桨距也越大。同一个转速的螺旋桨，桨距越大，飞行的速度越快。　图3.13　螺旋桨的桨距　螺旋桨的规格型号用“厂家+四位数”的格式来表示，其中四位数的前2位是桨径，后2位是螺距，单位是in。如果桨径大于30 in，需除以10才是实际桨径；而如果螺距大于10，也需要除以10才是实际螺距。例如：DJI1555表示大疆生产的桨，桨径15 in，桨距5.5 in。　桨距分为理论桨距和实际桨距。理论桨距是假设螺旋桨在一种不能压缩和流动的介质中旋转，比如说豆腐，那么螺旋桨每转一圈就会前进一个距离，就像拧矿泉水的瓶盖时，每拧一圈瓶盖就走过一个螺距的距离一样，这就是桨距有时也称为螺距的原因。实际桨距就是考虑液体的可压缩性，在实际使用时螺旋桨每旋转一圈所前进的距离，一般情况下，实际桨距都会小于理论桨距。　（3）螺旋桨材质　按材质分，目前多旋翼无人机使用的螺旋桨主要有注塑桨、木桨和碳纤维桨等3种类型，如图3.14所示。3种桨性能不尽相同，适用场合也各有侧重。例如，航拍需要的是稳定和效率，所以小型多旋翼可选择APC或DJI的注塑桨，大载重的可以选择碳纤维桨，载重很大的话可以考虑选择木桨。　图3.14　无人机螺旋桨的3种材质　1）注塑桨　注塑桨也称塑胶桨或塑料桨，是指使用硬塑胶等复合材料制成的桨叶。目前市面上的注塑桨以美国APC公司生产的桨叶最为有名，质量最好，但价格高。　原装APC桨的效率很高，续航时间相对较长，小型多旋翼无人机使用原装APC桨时的续航时间甚至会优于木桨和碳纤维桨。但由于桨身比较软，大载重、高速、大拉力时会产生轻微变形，产生类似于电线在风中摆动一样的颤振，通俗来说就是悬停时录制的视频很稳，一旦高速飞，航线就容易抖。　针对这种情况，APC又推出了一种多轴专用的MR衍生系列桨叶，优点是增加了桨的硬度，减少了质量，再次提高效率，解决了之前高速转动时桨类的变形问题，缺点是价格贵，且难以找到合适的垫圈，需要自己找物料缩小孔径。　2）碳纤维桨　碳纤维是一种与人造丝、合成纤维一样的纤维状碳材料。碳纤维的材料性能及模具加工工艺决定了碳纤桨有优异的刚度、硬度和准确的桨型，非常适合技巧性飞行和3D飞行。优点是在硬度和刚度上不易变形、效率高、颤振极小，是大多数航拍多旋翼的选择，并且某些桨体可以用螺丝固定免除桨打滑的烦恼。缺点除价格贵外，还需要自己手工做静平衡，上机后根据震动再调动平衡，极脆，碰到硬物易受损。　3）木桨　木桨的材料多为榉木，硬度高，质量轻，经过风干打蜡上漆后不怕受潮。木桨通常应用在固定翼无人机中，如果多旋翼无人机用木桨实际效率有可能会低于碳纤维桨和原装APC。但是优点在于震动极小、静平衡完美、无颤振、价格便宜等。如果你的多旋翼存在难以消除的果冻可以试试更换木桨。当然果冻的存在与电机的动平衡、机架的软硬、飞控的调参也有很大关系。