在飞机飞行的时候,螺旋桨一边旋转一边往前飞。如果将飞机作为参考系,风从前往后吹,那么相对于螺旋桨叶片的风速可以看做两个速度: 轴向速度、切向速度的合成,其中轴向速度等于飞机空速,切向速度等于半径×转速(其实应该是“角速度”,为了方便理解这里暂且认为“转速”就是“角速度”)。
如图,可推出黑色框里的关系式。其中V合是作用再螺旋桨A-A'剖面上真正的速度方向。
可以看出当转速w不变时,飞机速度越快,θ角越大,就是说风趋近于从垂直于桨面的方向向后吹。
当θ超过螺旋桨安装角(螺距是安装角的一个表征直)时,螺旋桨就已经没有或几乎没有推力了,甚至产生阻力(当θ很大,螺旋桨突迎风的时候)。
所以,想飞的快,要么加大螺距,要么加大转速。但发动机功率是确定的,功率=扭矩*角位移/时间,化简可得: 功率=扭矩*转速。(角位移/时间=转速,类似于位移/时间=速度) 所以,在不加大电池、电调的情况下,提高转速的代价是损失扭矩,因此螺旋桨尺寸必须减小,否则会使电机、电调过热 。
增大螺距这个操作也是很常见的,但螺距大,阻力就大,为了保证功率不增加太多,通常也有适当减少螺旋桨尺寸。当然,螺距过大会造成叶片失速,原理类似于机翼失速。这时推力极小而发动机负载极大。
对于电机配置,还有一点是值得注意的。通常KV值越高的电机热效应造成的能量损失要大于KV值较低的电机。所以,对于直驱动力组而言,大桨+大螺距+低KV比较省电,但一般无法高速飞行。反之,小+大+高,可以适应高速飞行,但低速极其耗电。
顺便说一句,KV值是无刷电机的转速的特征值。