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测试电机和螺旋桨是评估性能并找出设计中可改进之处的最有效方法。
这可以帮助您提高效率，从而直接提升续航力、飞行时间、有效载荷能力等。
本文将介绍电机和螺旋桨测试的方法与原因。
目录
- 为什么要测试电机和螺旋桨
- 应该测量哪些参数？
- 无刷电机效率
- 螺旋桨效率
- 整机系统效率
- 如何使用动力测试台测试电机和螺旋桨
- 静态测试步骤
- 如何利用效率测试结果
为什么要测试电机和螺旋桨
首先，您必须问自己：您或最终用户的需求是什么？这个问题很重要，因为它将帮助您了解需要优化哪些参数。
- 您是否希望延长飞行时间，以便长时间不间断地拍摄？
- 您是否希望携带更大的有效载荷？
- 您是否需要更大的推力和功率，以便提高速度或改善强风环境下的操控性？
- 您是否遇到了过热问题，并且您的应用场景要求尽可能降低故障率？
动力系统的最终选择不仅取决于机身和有效载荷，还取决于您的应用场景。
应该测量哪些参数？
无刷电机效率
图 1：NTM PropDrive 35-30 无刷电机和 Quantum 13-4 碳纤维螺旋桨
要全面了解电机特性并确定其效率，您需要测量以下参数。
- 电压 (V)
- 电流 (A)
- 油门输入 (%)
- 电机负载或扭矩 (Nm)
- 转速 (RPM)
上述参数很重要，因为它们可以帮助您确定以下关键性能指标：
- 机械功率 (瓦特) = 扭矩 (Nm) * 转速 (rad/s)
- 电功率 (瓦特) = 电压 (V) * 电流 (A)
- 电机效率 = 机械功率 / 电功率
输出转速是油门百分比和负载或扭矩（Nm）的函数。如果您想全面了解电机特性，则需要使用多个输入电压和不同负载对其进行测试。油门通过控制器调节，负载则通过螺旋桨的类型和尺寸来改变。
延伸阅读：无刷电机的工作原理及测试方法
螺旋桨效率
要计算螺旋桨效率，您需要测量以下参数：
- 转速 (RPM)
- 扭矩 (Nm)
- 推力 (g)
这些参数可以帮助您确定：
- 机械功率 (瓦特) = 扭矩 (Nm) * 转速 (rad/s) ← 与电机相同
- 螺旋桨效率 (g/瓦特) = 推力 (g) / 机械功率 (瓦特)
请注意，电机和螺旋桨的机械功率是相同的。这是因为电机的全部机械输出功率都传递给了螺旋桨，因为螺旋桨直接耦合在电机轴上。
整机系统效率
系统的整体效率取决于电机和螺旋桨的配合程度。即使电机和螺旋桨各自效率都很高，如果两者不匹配，系统效率也可能非常低。
由于这些部件通过轴连接，系统整体效率表示为：
系统效率 (g/瓦特) = 螺旋桨效率 (g/瓦特) * 电机效率
其中，系统效率以每瓦特产生的克数表示。更换电机、螺旋桨，甚至更换 ESC，都会影响系统效率。
此外，效率值仅对特定的控制输入和机械负载有效。在实际应用中，这意味着您需要对电机在不同控制输入范围和各种螺旋桨（以改变机械负载）下进行测试，才能获得完整的效率特性。
如何使用动力测试台测试电机和螺旋桨
总之，要获取电机和螺旋桨效率，您需要同时记录电压、电流、扭矩、推力和电机转速。通过结合这些测量值，您可以计算出电功率和机械功率，进而得出效率值。
进行这些测试最简单、最有效的方法是使用动力测试台，这是一种专为了解电机和螺旋桨特性而设计的设备。
我们使用Series 1585 动力测试台（5 kgf/2 Nm）收集了下文所述的数据，但我们也提供测量范围最高可达 500 kgf 的动力测试台。
延伸阅读：为什么要测试无人机的电机和螺旋桨
静态测试步骤
本文将仅介绍静态测试（我们不会讨论涉及角加速度、估算堵转扭矩等的动态测试）。
在开始测试之前，我们建议：
- 采用推杆式配置安装螺旋桨，以减少电机安装板产生的地面效应
- 确保螺旋桨与其他物体保持合理距离，同样是为了避免地面效应
- 采取所有安全措施，保护室内人员
- 配置动力测试台，使其在任何参数超过安全限制时自动切断系统
一个简单而有效的方法是小步增加油门，并在每一步之后记录一个样本。在每一步采集样本之前，让系统稳定几秒钟。
在本文开头的视频中，我们演示了如何手动将油门从 0% 增加到 100%，共分为 10 个步骤。此过程也可以使用 RCbenchmark 软件的自动测试功能来完成，相关内容在另一篇教程中有所介绍。
延伸阅读：如何平衡无刷电机
如何利用效率测试结果
您可以使用任何绘图软件分析输出数据。下面是使用上文链接的 CSV 文件数据生成的图表示例。
这里我们比较了螺旋桨推力和机械效率，以查看推进系统在哪些点位运行效率最高。
然后，您可以将此数据与其他使用相同测试流程但采用不同螺旋桨的测试数据进行比较，从而找到与您的电机配合效率最高的螺旋桨。
如需了解更多此类数据分析示例，请查看我们关于电机和螺旋桨测试的文章。
结论
- Series 1585 - 测量推力最高 5 kgf / 扭矩 2 Nm
- Flight Stand 15 - 测量推力最高 15 kgf / 扭矩 8 Nm
- Flight Stand 50 - 测量推力最高 50 kgf / 扭矩 30 Nm
- Flight Stand 150 - 测量推力最高 150 kgf / 扭矩 150 Nm
- Flight Stand 500 - 测量推力最高 500 kgf / 扭矩 1500 Nm
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