開放式和管道式螺旋槳結構的對比

現在大家看到的電動飛機螺旋槳都是開放式的結構，目前滿足無人機的應用是足夠用的，但隨著電機飛機越做越大，包括需要更大的載人和載貨的負載需求，以及提高續航能力，對飛機螺旋槳系統提出更高的設計要求。

那么我們從以下幾種螺旋槳結構的展示，對比一下不同結構的螺旋槳設計對電動飛機的影響有多大。

上圖是現在流行的開放式螺旋槳系統，結構簡單實用，如果要使螺旋槳能發揮更大的推力，加大電機功率和轉速是一種方案，但帶來的是對電池供電系統更大的壓力，直接影響著電動飛機的續航能力。

那么通過將螺旋槳放置于管道中的設計，也可以有效地提升進風量，可以提升螺旋槳的推力，我們來看一下開放式和管道式螺旋槳結構的對比。

開放式螺旋槳系統只有管道式螺旋槳效率的85%-90%，同時有較大的噪音和安全性的問題，在旋轉的情況下對人身安全以及螺旋槳都有一定的安全性隱患。

那么管道式螺旋槳風機有沒有缺點呢?為什么目前很少在無人機和電動飛機上應用呢?

管道式螺旋槳風機對于整體系統上有更高的功率要求，同時多了一定的結構，增加了空氣阻力和系統的重量。那么有沒有更好的設計來解決這個問題呢?

喇叭口式螺旋槳管道風扇設計，可以有效地增加進風量，降低損耗。那么設計成自適應可收縮的通道螺旋槳系統，將會具有更高的效率、推力和適應性。

自適應收縮式管道螺旋槳風扇在打開狀態時，可以在管道中產生更大的空氣量，在垂直起飛和降落時增加推力，提高起飛重量。而在收回狀態時，具有更優的空氣動力學效應，減少風阻，適應于電動飛機巡航和直線飛行的狀態。

在管道打開狀態時，可以提高40%的效率，對于電動飛機有多個螺旋槳系統的條件下，將會具有更大的推力，有效的減輕整體電機飛機的重量。那么我們來看看打開狀態和收回狀態時的原理樣機測試對比，看看是否能提升那么大的效果。

在圖中可以看到，打開狀態時增加了更大的面積，增大進風量，而在收回狀態時，管道有更小的剖面，減小風阻，有利于巡航狀態的飛行。

在概念驗證原型機測試中，收縮狀態時最大風量為18m3/h。而打開狀態時可以達到33m3/h，提升了20%的推力。

在具有更大推力、更高效率和更好地適應性的螺旋槳結構的前提下，對整個電動飛機的性能上有提升，在整機尺寸和重量上也具有更大的優勢。那么可變式管道螺旋槳、管道式螺旋槳以及開放式螺旋槳的外形尺寸上有多大的差異呢?

在圖中可以看到，不同推進系統的外徑尺寸和軸向尺寸都有較大的差異，自適應可收縮的管道螺旋槳將在尺寸重量上也會有更大的優勢體現。

在未來，電動飛機的大批量應用，極大地提升載人載貨的運行效率，節約能源降低運輸成本，在電動飛機的設計上也將出現層出不窮的新穎巧妙的設計，以及更高性能的軸向磁場電機驅動系統的研發都將促進電動飛機的快速發展和應用。

審核編輯：湯梓紅