使用工具: Simcenter STAR-CCM+

前言

STAR-CCM+ 軟體在無人機螺槳葉片的設計基本上應當跟船用螺槳一樣考慮推力、扭力、推扭力比，及不同的風速下所呈現的特徵曲線，此案例我們可以驗證出基本上採用穩態分析的結果已經具有可參考性，無須進行暫態分析，更不用用到自由度的分析模擬，因為對計算時間上是十倍至百倍的耗用資源，以現有的軟件運算能力也已經可以用穩態進行噪音源的大小比對。

圖 1 案例模型

僅單純分析單物件的效能，以 8000 rpm 的轉速下，計算出的推力值為 1.34N，推力值與轉速成正比，而此推力基本上要抵抗重力及後續起飛時的機體速度造成的阻力因素，推力值的設計愈高當然可以乘載的重量越大，當然這部分應該搭配扭力分析，因為這是無人機主要的電力消耗的地方。

單體螺槳分析
 

實際四軸無人機，螺槳基本上是兩正兩反的設計，基本上在軟件中僅需要用映射的方式即可完成模型的建置，我們從這個地方看出來，單體的推力值為 1.34N，基本上四個螺槳可以提供 1.34*4=5.36N 的推力值，但在系統中，這邊僅達到 3.78N (約70%的效能)，主要來自於機體的四個支架造成的逆風結果。

單體與系統整體穩態分析比對
 

採用動態 DOF 自由度運行，計算出來的結果剛好在暫態與穩態的計算結果間，比穩態分析較低的主要可能是因為多了無人機本體的運動效應，當然此差異基本上不算過大，仍在計算可接受的差異範圍內。

 

合理的調整攻角及翼型的設計，可以讓整個推力從 1.34N 提升到 1.91N 的情況，大幅度提升 42% 的效能，也就是附載能力提升 42%，試著變更翼型翼展的弧度下，還能改善推力結果。

先前我們提到螺槳的效率大概僅 70% 的輸出，我們透過在支架上開孔，以減少空氣的回擊到葉型的底部，基本上提升效率雖然有限，但還是有差異，也就是透過幾何外型的設計可以減少一些阻抗，進而增加效能及抗風能力，這是軟體可以提供的設計幫助。

結論

軟體在單體的設計上，當然較為簡便，但對無人機螺槳葉片的設計基本上應當跟船用螺槳一樣考慮推力、扭力、推扭力比，及不同的風速下所呈現的特徵曲線，此案例我們可以驗證出基本上採用穩態分析的結果已經具有可參考性，無須進行暫態分析，更不用用到自由度的分析模擬，因為對計算時間上是十倍至百倍的耗用資源，以現有的軟件運算能力也已經可以用穩態進行噪音源的大小比對。 整機的分析最主要是要確認螺槳與機體的搭配性，並可以確認可修改方向，這部分基本上需要建立起規劃分析。STAR-CCM+ 基本上提供相對完整並有效的快速模擬，不單僅僅在四軸無人機的開發上，基本上在飛航器的運用領域上都可以進行。

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