YouTube频道RCTESTFLIGHT的工程师丹尼尔·莱利发布了一段新视频,记录其耗时数年打造的重型四旋翼无人机,该机配备可变螺距旋翼、皮带传动减速器和固定转速电机。
最终成果是一台41英寸齿轮减速无人机。悬停测试中效率达每瓦18.1克推力,台架测试峰值达每瓦33克,经测力计验证,同等推力下优于主流直驱电机方案。
多旋翼无人机的旋翼效率取决于圆盘载荷(Disc Loading),即旋翼圆盘面积与机身重量之比。普通FPV无人机因螺旋桨小、载重大导致圆盘载荷高,能量损耗显著;而长航时平台采用大尺寸低转速旋翼优化该问题。
大尺寸螺旋桨转动惯量高,传统四旋翼需快速改变电机转速以维持稳定,但大桨响应迟缓无法满足需求。莱利将稳定控制与电机转速解耦:四个电机恒定转速运行,通过调节桨叶螺距控制油门与姿态。
该项目历经约五年开发,核心动力单元包括:
动力系统:5010 360KV电机 + HTD3M同步带减速器 + 15mm碳管螺旋桨轴。
减速比优化:经测试132至216齿六种驱动齿轮,165齿方案效率最优。
桨叶制造:41英寸桨叶由Prusa Core 1打印机分段打印(PETG材料),内置10mm碳纤管加强筋,以碳棒定位销胶合。
螺距控制:推杆穿过空心桨轴连接桨叶舵角,通过舵机实时调节桨叶角度。
测力台测试显示:系统在不足500 RPM转速下产生近2.5公斤推力,350克推力水平效率达33克/瓦。
性能对比:相较同电机直驱方案,减速系统效率全面领先;尽管41英寸3D打印桨叶存在表面粗糙度及皮带传动损耗,其表现仍优于T-Motor 30英寸桨叶参考数据。
实飞特性如下:
静音运行:电机恒定转速消除了传统PWM尖啸声,仅保留桨叶气动声与舵机微调声。
高悬停效率:较轻700克的18英寸桨常规机,功耗降低5-10瓦,效率比18.1克/瓦 vs 11.8克/瓦(优势1.5倍)。
技术挑战:41英寸3D打印桨叶手动平衡困难,震动问题贯穿开发全程,最终选定“最小可行转速”以兼顾起飞与抗共振。
实验结局:自旋降落测试中,油门归零后飞控增稳失效,导致机身翻转并空中解体。

