رابطه ملخ در کوادکوپتر

تحلیل اثر قطر پروانه بر وزن و ابعاد کوادکوپتر

در طراحی کوادکوپترها، انتخاب قطر پروانه (D) یکی از پارامترهای کلیدی است که رابطه مستقیمی با کارایی سیستم پیشران دارد. روابط حاکم بر این انتخاب را می توان در سه نکته کلیدی خلاصه کرد:

۱. رابطه قطر و بازدهی پیشران (Disk Loading):

طبق تئوری المان تیغه (Blade Element Theory)، با افزایش قطر پروانه، مساحت جاروب شده توسط دیسک (مساحت دایره) افزایش می یابد. این امر باعث کاهش «بارگذاری دیسک» شده و در نتیجه برای تولید نیروی برآی (Thrust) یکسان، نیاز به سرعت دورانی کمتر (RPM) است. این کاهش دور، ضمن افزایش بازده آیرودینامیکی، باعث کاهش مصرف انرژی و افزایش زمان پرواز می شود.

۲. رابطه با وزن (Maximum Takeoff Weight - MTOW):

افزایش قطر پروانه محدودیت وزن را جابه جا می کند. پروانه های بزرگتر امکان تولید تراست بیشتر در دورهای پایین را فراهم می کنند که برای کوادکوپترهای سنگین وزن ضروری است. با این حال، باید توجه داشت که افزایش بیش از حد قطر بدون تغییر در ابعاد بازوهای بدنه، منجر به تداخل آیرودینامیکی (Propwash) و کاهش پایداری می شود.

3. محدودیت ابعاد بدنه (Frame Size):

ابعاد فریم باید به گونه ای طراحی شود که حداقل فاصله بین نوک پروانه ها (Tip clearance) حفظ شود. قانون کلی در بهینه سازی این است که قطر پروانه نباید بیش از ۸۰ تا ۹۰ درصد فاصله مرکز تا مرکز موتورهای مجاور باشد. افزایش قطر پروانه معمولا نیازمند افزایش طول بازوهاست که به نوبه خود باعث افزایش «ممان اینرسی» حول محورهای پروازی و تغییر در مشتقات پایداری (به ویژه مشتقات دمپینگ) می شود.

در نتیجه :

• پروانه بزرگتر: بازدهی بالاتر، مناسب برای پروازهای طولانی و حمل وزن بیشتر، اما با پاسخ دهی (Responsiveness) کندتر به دستورات کنترلر (به دلیل اینرسی بالاتر موتور و پروانه).
• پروانه کوچکتر: پاسخ دهی سریع (Agility) و مناسب برای مانورهای تند، اما با بازدهی کمتر و فشار بیشتر بر موتورها و باتری.
• از آنجایی که هرچقدر وزن کمتر باشه ملخ کوچکتر ، هرچقدر وزن بیشتر باشد ملخ بزرگتر میتوان دسته بندی زیر را انجام داد : 
• - کوادسبک باشد وزن بین 250 تا 500 گرم قطر ملخ بین 3 تا 5 اینچ.
• - کواد متوسط وزن بین 500 گرم تا 1.5 کیلوگرم قطر ملخ 5 تا 8 اینچ .
• - کوادسنگین وزن بین 1.5 تا 3 کیلوگرم قطر ملخ 9 تا 13 اینچ.
• - کواد بالاتر از 3 کیلوگرم معمولا قطر ملخ بیشتر از 13 اینچ.
• چون تراست هر موتور باید برابر با یک چهارم وزن کل باشد لذا برای کنترل پذیری و امنیت بالاتر ، تراست کل حداکثر بهتر است حدود ۲ تا ۲.۵ برابر وزن کل باشد.