Question:
Pourquoi les grandes hélices sont-elles généralement plus efficaces que les plus petites?
Jacob B
2020-05-04 04:20:42 UTC
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Dans presque tous les cas, les drones à longue portée utilisent des hélices plus grosses que les autres drones qui n'ont pas besoin de voyager très loin ou de voler très longtemps. J'ai entendu dire que l'une des principales raisons à cela est qu'un drone avec des accessoires plus gros peut être beaucoup plus efficace qu'un drone avec des accessoires plus petits. Si tel est le cas, quelle est la raison pour laquelle les accessoires plus volumineux sont généralement plus efficaces à utiliser?

Jacob B, votre question n'a pas de sens quand elle insiste sur des accessoires spécifiquement de 6 ou 7 pouces. Tout est relatif, et dans mon domaine, un accessoire de 6 pouces serait ridiculement petit et inefficace. Cependant, les grandes hélices sont plus efficaces que les plus petites dans à peu près tous les domaines. Ce qui est «longue portée» est arbitraire, mais la relation entre ce qui est souhaitable pour «long» et «court» ne l'est pas.
@KennSebesta Je disais juste 6 ou 7 pouces car ils sont très fréquemment utilisés dans les constructions à longue portée, mais je suppose que vous avez raison et je l'ai donc changé.
Je veux dire, pour une certaine échelle, vous n'avez pas tort. Mais lorsque vous vous éloignez des objets portatifs et que vous vous dirigez vers les GRANDS drones, tout à coup, le boîtier de la cloche du moteur a un diamètre de 6 ".
Quatre réponses:
Robin Bennett
2020-05-04 13:23:38 UTC
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La poussée est proportionnelle au changement d'élan de l'air passant à travers l'hélice - c'est-à-dire à quel point l'hélice l'accélère.

La puissance requise pour ce faire est proportionnelle à l'énergie cinétique de l'air, qui est proportionnelle à la vitesse au carré. Ce «carré» est le problème.

Un accessoire plus petit agit sur moins d'air, il doit donc l'accélérer davantage pour générer la même poussée. Deux fois moins d'air se déplaçant deux fois plus vite génère la même poussée, mais prend deux fois plus de puissance.

Cela explique pourquoi les hélicoptères peuvent planer de manière relativement économique, les avions à hélices uniquement s'ils sont de puissants modèles de voltige, les jets uniquement si ils sont extrêmement puissants et portent un minimum de poids, et personne n'utilise de roquettes à moins d'y être obligé.

ifconfig
2020-05-04 04:51:23 UTC
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Une explication de ce problème peut être trouvée dans cette réponse Aviation.SE: Pourquoi les grandes hélices à basse vitesse ne sont-elles pas largement utilisées?, que je paraphraserai ici.

La poussée générée par une hélice est fonction de sa vitesse et de sa géométrie. Il est logique qu'une hélice qui tourne plus vite génère également plus de poussée. Pour qu'une hélice plus petite génère la même poussée qu'une plus grande, elle doit tourner beaucoup plus vite en raison de sa géométrie plus petite.

L'énergie cinétique d'un objet en rotation est égale à (1/2 ) * I * ω ^ 2 où I est le moment d'inertie ( une mesure de la difficulté de changer la vitesse de rotation ) et ω ( omega ) est une mesure de la vitesse de rotation. Cela signifie que l'énergie cinétique de l'hélice est proportionnelle au carré de la vitesse de rotation.

Le même argument est vrai pour l'air que les hélices accélèrent, cette fois par la règle de l'énergie cinétique (1/2) * m * v ^ 2 où m est la masse d'air accélérée et v est la vitesse à laquelle il est accéléré. De même, l'énergie cinétique de l'air est proportionnelle au carré de la vitesse linéaire.

En raison de ces deux faits, ( l'accélération de l'air finit par être beaucoup plus important que l'hélice ) l'énergie dont le moteur a besoin pour faire tourner une hélice plus petite pour produire la même quantité de poussée qu'une hélice plus grande est nettement plus grande, et donc les petites hélices sont moins efficaces que les plus grandes.

Je pense que vous avez mal compris cette réponse de l'aviation, c'est qu'il est plus efficace d'accélérer plus air mais plus lentement. C'est exactement ce que font les grandes hélices, les rendant plus efficaces. Il ne s'agit pas d'accélérer les hélices elles-mêmes, ce n'est qu'un petit coût énergétique de démarrage.
@ToddSewell Je n'y ai pas pensé avant, et je suis d'accord. La modification de ma réponse décrit-elle avec précision vos commentaires?
Il y arrive, mais l'énergie cinétique de l'hélice est en fait un (minuscule minuscule) effet _ négatif_. Je supprimerais tout ce qui concerne l'énergie cinétique d'un objet en rotation pour éviter toute confusion.
Drones and Whatnot
2020-05-04 04:44:28 UTC
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Le commentaire numéro 7 sur ce lien est une excellente source (et assez digne de confiance car il a été écrit par Joshua Bardwell).

La principale raison spécifiée pour l'efficacité est que pour une quantité de poussée donnée, une hélice plus grande (sur un moteur avec un KV approprié) consommera moins de courant qu'une hélice plus petite sur un moteur à KV plus élevé, donc il y a moins d'affaissement.

Une autre chose à penser ce qui n'est pas mentionné dans le commentaire est le nombre de lames utilisées. Si vous pensez à la plupart des quads à longue portée, ou des quads de caméras comme un Phantom, Marvic ou même un Matrice, vous remarquerez qu'ils ont deux pales par hélice. Cela peut augmenter l'efficacité car il aura un bout d'aile de moins par hélice, ce qui signifie moins de tourbillons de bout d'aile et moins de traînée. Multipliez cela par le nombre d'hélices et les effets s'additionnent.

Je ne suis pas sûr que la corrélation entre l'efficacité et la chute de tension soit valide. Pouvez-vous expliquer votre raisonnement?
@ifconfig sûr - si la chute de tension augmente, les moteurs devront tirer plus de courant pour compenser, jusqu'à un point où la tension est si faible qu'elle ne peut plus supporter le vol de l'avion. De plus, si l'on est consciencieux à préserver la durée de vie de la batterie, il est souvent recommandé de ne pas la laisser s'affaisser trop bas. En suivant cette logique, si vous devez atterrir plus tôt pour éviter l'affaissement de la batterie, vous n'obtiendrez pas autant de temps de vol.
D'accord ... mais la longévité de la batterie n'est pas la même chose que l'efficacité énergétique, c'est ce que l'OP demande.
@ifconfig dans le contexte de cette question, je l'ai compris comme signifiant comment un quad avec des accessoires plus grands peut vous donner des temps de vol plus longs. Dans ce cas, ne pas avoir besoin d'atterrir plus tôt donnerait des temps de vol plus longs, donc j'ai pensé que c'était applicable.
Fraser Steen
2020-05-13 22:34:20 UTC
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La façon la plus simple d'y penser est de se rappeler que la traînée augmente avec la vitesse au carré. Une hélice plus petite devra tourner plus vite pour obtenir la même poussée qu'une hélice plus grosse, et tourner plus vite crée plus de traînée.



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Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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