开放式和管道式螺旋桨结构的对比

现在大家看到的电动飞机螺旋桨都是开放式的结构，目前满足无人机的应用是足够用的，但随着电机飞机越做越大，包括需要更大的载人和载货的负载需求，以及提高续航能力，对飞机螺旋桨系统提出更高的设计要求。

那么我们从以下几种螺旋桨结构的展示，对比一下不同结构的螺旋桨设计对电动飞机的影响有多大。

上图是现在流行的开放式螺旋桨系统，结构简单实用，如果要使螺旋桨能发挥更大的推力，加大电机功率和转速是一种方案，但带来的是对电池供电系统更大的压力，直接影响着电动飞机的续航能力。

那么通过将螺旋桨放置于管道中的设计，也可以有效地提升进风量，可以提升螺旋桨的推力，我们来看一下开放式和管道式螺旋桨结构的对比。

开放式螺旋桨系统只有管道式螺旋桨效率的85%-90%，同时有较大的噪音和安全性的问题，在旋转的情况下对人身安全以及螺旋桨都有一定的安全性隐患。

那么管道式螺旋桨风机有没有缺点呢?为什么目前很少在无人机和电动飞机上应用呢?

管道式螺旋桨风机对于整体系统上有更高的功率要求，同时多了一定的结构，增加了空气阻力和系统的重量。那么有没有更好的设计来解决这个问题呢?

喇叭口式螺旋桨管道风扇设计，可以有效地增加进风量，降低损耗。那么设计成自适应可收缩的通道螺旋桨系统，将会具有更高的效率、推力和适应性。

自适应收缩式管道螺旋桨风扇在打开状态时，可以在管道中产生更大的空气量，在垂直起飞和降落时增加推力，提高起飞重量。而在收回状态时，具有更优的空气动力学效应，减少风阻，适应于电动飞机巡航和直线飞行的状态。

在管道打开状态时，可以提高40%的效率，对于电动飞机有多个螺旋桨系统的条件下，将会具有更大的推力，有效的减轻整体电机飞机的重量。那么我们来看看打开状态和收回状态时的原理样机测试对比，看看是否能提升那么大的效果。

在图中可以看到，打开状态时增加了更大的面积，增大进风量，而在收回状态时，管道有更小的剖面，减小风阻，有利于巡航状态的飞行。

在概念验证原型机测试中，收缩状态时最大风量为18m3/h。而打开状态时可以达到33m3/h，提升了20%的推力。

在具有更大推力、更高效率和更好地适应性的螺旋桨结构的前提下，对整个电动飞机的性能上有提升，在整机尺寸和重量上也具有更大的优势。那么可变式管道螺旋桨、管道式螺旋桨以及开放式螺旋桨的外形尺寸上有多大的差异呢?

在图中可以看到，不同推进系统的外径尺寸和轴向尺寸都有较大的差异，自适应可收缩的管道螺旋桨将在尺寸重量上也会有更大的优势体现。

在未来，电动飞机的大批量应用，极大地提升载人载货的运行效率，节约能源降低运输成本，在电动飞机的设计上也将出现层出不穷的新颖巧妙的设计，以及更高性能的轴向磁场电机驱动系统的研发都将促进电动飞机的快速发展和应用。

审核编辑：汤梓红