无人机桨叶背后的玄机

多数90后的童年记忆里的“竹蜻蜓”都来自一只有着百宝箱的机器猫，口袋里装满了漫画家对22世纪的想象。有人在知乎提问：“在多年后的今天，哆啦A梦漫画中的哪些道具已经被实现了呢？”

有心的答主把漫画和实景图放在一起颇为令人感慨，漫画里能擦地板的机器人、偏光式速成制景相机、自动电子打字机，如今以扫地机器人、3D打印、语音识别的方式走进了普通人的生活。

那个带着大雄去旅行的竹蜻蜓则酷似无人机的桨叶，为了揭开无人机桨叶的秘密，《焦点》杂志独家采访了大疆动力部门的工程师。下面带来他们采访的详细内容。

以下文章选自焦点杂志社

ID：jiaodianzz

采访：lingxing

Q：桨叶的设计都有哪些步骤？

A：设计是对需求的满足，新的无人机项目组首先会对整机的动力模块有一个初步的评估，给出整机的一些基本信息，整机重量、轴距等等，然后提出对动力的需求：续航时间、推重比、最大前飞速度、安装方式、桨叶结构等，收到需求之后开始同步设计电机和桨叶。分析需求后，完整的设计过程主要包括了：前端设计，设计出合适的桨型，进行CFD，然后加工出实物进行测试。

Q：能否介绍一下DJI消费级无人机的产品从精灵系列到“御”Mavic Air的桨叶变化，它们分别有什么特点？

A：DJI 消费级无人机桨叶变化主要是安装结构的改变。安装结构对飞机性能的影响主要在于两个方面，一是用户体验，包括安装和携带时的体验，二是对飞机安全性能的影响。

对于精灵系列产品：精灵1到精灵3的一系列都是采用自紧桨的结构设计，这种结构是利用螺纹越转越紧的原理，加上无人机在飞行过程中，无论是加速还是减速的时候，桨叶都只会沿着一个方向转动，从而保证飞行过程中桨叶固定得越来越牢固，不会从电机上脱出。然后在精灵4的设计过程中，采用了一种快拆的结构方式，这种结构方式保证桨叶在不受向下的外力作用下，相对电机而言是无法转动的，这种结构形式的安全程度更高，且安装过程非常高效，推出之后更受用户的欢迎。

对于精灵4的桨，我们称之为快拆直桨，在其基础上，针对“御”Mavic Pro产品设计出一种更为便携的结构，从之前的快拆直桨更迭为快拆折叠桨，这种结构在快拆直桨的基础上，变得更为便携，飞行完之后直接把桨叶折叠在一起即可，减少了拆装的过程，下次飞行的时候也可以做到上电即飞，大大减少用户的操作难度。

在“晓”Spark的这款产品中，延续了Mavic Pro的这种设计方式，搭配上“晓”Spark小巧的机身，显得非常完美。随后，在设计Mavic Air的桨叶结构时，考虑到飞机脚架的折叠方式，采用了精灵4的快拆直桨结构，也能够非常协调地把桨叶折叠到机身之内，直桨和折叠桨在飞行气动性能上基本无差别，外观上兼具速度感和流线感。

精灵4 Pro 暗夜版桨叶

Q：能否透露一下桨叶上的一串数字和字母是什么含义？

A：以Mavic Pro的折叠桨为例，桨上面标的数字和字母是8330F，首先看数字部分，可以分成83和30，这两个数字分别代表了桨展开之后的直径为8.3英寸以及桨的螺距（螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转一圈之后桨平面前进的距离）为3.0英寸，F代表了可折叠的意思，即Folding。

Mavic Pro折叠桨的数字和字母编号

Q：静音桨是如何变得静音的？

A：桨在旋转过程中，会高速切割空气，从而会产生尖锐的噪声，目前我们推出的静音桨主要由两个途径来降低噪声。

一是改变桨型。通过选取一个更优的桨型，降低无人机飞行过程中电机转速，使得无人机的桨叶切割空气的速度相对而言没那么快，就能降低一部分的噪声。

二是桨尖特殊的结构设计。桨叶在旋转过程中，桨尖转动的线速度最大，基于这种原理，静音桨在设计的时候，桨尖稍往后掠，且变得更窄一点的结构方式能减小桨叶切割空气的声音，从而实现“静音”的效果。

Mavic Pro 铂金版静音桨

Q：在飞行过程中如果有一支或几支桨叶受损飞机还有可能保持平衡吗？

A：所谓“保持平衡”我理解为无人机的悬停状态，首先答案是如果受损区域不大的话，是可以保持悬停的。

对于无人机的悬停，从物理角度来考虑就是四个桨叶提供相同的拉力，即1/4 的飞机重量，这个时候就可以保持悬停。我们知道，桨叶的拉力跟电机的转速呈正相关，转速越大，拉力就越大。那么对于一个受损的桨叶而言，还要求能够提供那么大的拉力，只需要电机转速提高到一定程度即可，对于多只桨叶受损也是如此，因此，一只或多只桨受损之后，如果受损区域不太大的话，飞机也是能保持平衡的，但即使能保持平衡，这也是一种不正常的平衡，无人机的机动性能会降低很多，大大增加无人机炸机风险。

精灵标配9450螺旋桨

Q：在平原地区使用高原桨会有什么后果？

A：高原桨的推出，主要是考虑到用户在非常高海拔地区的使用需求，高海拔的地区之所以需要相应的高原桨，在于海拔越高，空气质量越稀薄，使得桨在相同转速下，所能提供的拉力变小了，从而无法使飞机达到较好机动性能。基于此，高原桨设计必须在电机相同的转速下，其能提供更大的拉力，从而满足高原的使用需求。考虑到高原桨的这种原理，如果在平原地区使用高原桨的话，对无人机也不会有什么影响，也能正常飞行。