大疆精灵3(Phantom 3)无人机飞行功能如何？

近年来随着民用无人机的疾速发展，无人机的运用末尾浸透到各个范畴。在物流运输、农业植保、地理测绘、视频拍摄等范畴，无人机发挥着无足轻重的作用。不同范畴对无人机的功能要求并不一样，例如，物流运输和农业植保更关怀无人机的最大载荷，地理测绘更注重无人机的飞行高度和航程，而视频拍摄对无人机的波动性有更高的要求。为了设计出满足不同需求的无人机，一个需求充分思索的要素是无人机的空气动力学特性。简单来说，无人机螺旋桨的分布和螺旋桨叶片的外形、大小甚至是材料对无人机的飞行速度、高度和波动性等飞行功能有非常重要的影响。

大疆精灵3无人机

NASA应用CFD对大疆精灵3(DJIPhantom 3)无人机的空气动力学特性停止了详细的计算和分析[2-4]。在该项目中，NASA首先应用高精度激光扫描技术得到无人机的几何外形并应用Overset网格技术生成对应的CFD计算模型，随后应用高精度的计算方法得到CFD的计算结果并停止分析。

下图显示的是CFD计算得到的大疆精灵3无人机飞行时的产生的涡结构。从图中可以看出，螺旋桨叶片产生的涡结构从上往下运动，阐明叶片的旋转推进了周围的空气向下运动。因此，被向下推进的空气会给叶片有向上的反作用力，这个反作用力就提供了无人机悬浮在空中或者向上飞行时所需求的升力。图中不同的颜色表示了无人机表面的压力分布，红色表示压力较大的区域而蓝色表示压力较小的区域。可以看出，螺旋桨叶片的下表面压力较大而上表面压力较小，从而下表面和上表面之间存在压力差，该压力差就是叶片升力的根本来源。

原装叶片 vs. 碳纤维叶片

螺旋桨叶片的材料对全体无人机的全体功能有很大的影响。在无人机运用者中，常常有人选择运用碳纤维螺旋桨叶片。通常来说，碳纤维叶片比原装的叶片产生的噪声更小，寿命也更长。但是，原装叶片和碳纤维叶片对无人机的飞行功能有没有影响呢？CFD计算可以给出这个成绩的答案。下图显示的是运用原装叶片和碳纤维叶片的无人机螺旋桨所产生的涡的强度，可以很分明的看出原装叶片产生的涡的强度更大，也就意味着在相反条件下，原装叶片可以提供的升力比碳纤维叶片提供的升力要大。CFD计算结果显示，在一些状况下，原装叶片产生的升力比碳纤维叶片产生的升力大26%。

螺旋桨地位的影响

在大疆精灵3无人机中，螺旋桨的地位在顶部，机身和摄像头号其他部件在螺旋桨的下方。那假如把螺旋桨置于无人机的底部，对螺旋桨产生的升力会有什么的影响？下图显示了螺旋桨在顶部和底部时，螺旋桨周围空气的速度大小。可以看出，螺旋桨无论是在顶部还是在底部，周围空气的速度基本相反，也就阐明螺旋桨的地位对升力几乎没有影响。但是，进一步的CFD计算分析表明，机身和摄像头号其他部件在螺旋桨的下方时，会减弱不同螺旋桨产生的涡之间的互相作用，因此有助于减小无人机飞行时产生的噪音。

天气的影响

在实践状况中，诸如大疆精灵3这类小型无人机的飞行能够会对风速和风向等天气状况比较敏感。为了测试风速和风向对无人机飞行的影响，在CFD计算中，可以加入了不同的风速和风向并分析对无人机的影响。下图显示的是大疆精灵3无人机在不同风速和风向下产生的涡结构强度。可以看到，当在有风的环境中，不同螺旋桨产生的涡结构会不对称，也就意味着不同螺旋桨产生的升力不一样，这种不对称的升力会让无人机有翻转的倾向。当风速达到一定值的时分，无人机就就出现翻转。因此，在无人机的设计中，可以承载的最大风速是需求思索的重要要素之一。

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