現(xiàn)在大家看到的電動飛機螺旋槳都是開放式的結(jié)構(gòu)，目前滿足無人機的應(yīng)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(fù)載需求，以及提高續(xù)航能力，對飛機螺旋槳系統(tǒng)提出更高的設(shè)計要求。

那么我們從以下幾種螺旋槳結(jié)構(gòu)的展示，對比一下不同結(jié)構(gòu)的螺旋槳設(shè)計對電動飛機的影響有多大。

上圖是現(xiàn)在流行的開放式螺旋槳系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單實用，如果要使螺旋槳能發(fā)揮更大的推力，加大電機功率和轉(zhuǎn)速是一種方案，但帶來的是對電池供電系統(tǒng)更大的壓力，直接影響著電動飛機的續(xù)航能力。

那么通過將螺旋槳放置于管道中的設(shè)計，也可以有效地提升進風(fēng)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(jié)構(gòu)的對比。

開放式螺旋槳系統(tǒng)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(zhuǎn)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(fēng)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(yīng)用呢?

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

喇叭口式螺旋槳管道風(fēng)扇設(shè)計，可以有效地增加進風(fēng)量，降低損耗。那么設(shè)計成自適應(yīng)可收縮的通道螺旋槳系統(tǒng)，將會具有更高的效率、推力和適應(yīng)性。

自適應(yīng)收縮式管道螺旋槳風(fēng)扇在打開狀態(tài)時，可以在管道中產(chǎn)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(tài)時，具有更優(yōu)的空氣動力學(xué)效應(yīng)，減少風(fēng)阻，適應(yīng)于電動飛機巡航和直線飛行的狀態(tài)。

在管道打開狀態(tài)時，可以提高40%的效率，對于電動飛機有多個螺旋槳系統(tǒng)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(tài)和收回狀態(tài)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(tài)時增加了更大的面積，增大進風(fēng)量，而在收回狀態(tài)時，管道有更小的剖面，減小風(fēng)阻，有利于巡航狀態(tài)的飛行。

在概念驗證原型機測試中，收縮狀態(tài)時最大風(fēng)量為18m3/h。而打開狀態(tài)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(yīng)性的螺旋槳結(jié)構(gòu)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(yōu)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(tǒng)的外徑尺寸和軸向尺寸都有較大的差異，自適應(yīng)可收縮的管道螺旋槳將在尺寸重量上也會有更大的優(yōu)勢體現(xiàn)。

在未來，電動飛機的大批量應(yīng)用，極大地提升載人載貨的運行效率，節(jié)約能源降低運輸成本，在電動飛機的設(shè)計上也將出現(xiàn)層出不窮的新穎巧妙的設(shè)計，以及更高性能的軸向磁場電機驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)都將促進電動飛機的快速發(fā)展和應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅