文章作者：Lauren Nagel
降低无人机噪音是许多无人机开发商和运营商的首要任务。购买低噪音螺旋桨或低噪音无人机是实现这一目标的方法之一，但几乎总有进一步改进的空间。
作为无人机开发商或运营商，您还能采取哪些措施来降低无人机的噪音？
本文将探讨螺旋桨对无人机噪音的影响，以及平衡与不平衡螺旋桨之间的噪音水平差异。最后，我们将提出一些实用建议，说明如何降低无人机螺旋桨产生的噪音。
目录
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螺旋桨损坏与噪音
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低噪音无人机螺旋桨的性能
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如何降低无人机噪音
图 1：飞行中的四旋翼无人机
1. 螺旋桨损坏与噪音
直观上，人们会认为不平衡螺旋桨产生的噪音比平衡螺旋桨更多。然而，对于不会显著影响无人机飞行的轻微不平衡，研究结果却不一。
例如，Pechan（2015）的研究作者却观察到了相反的现象。研究人员测试了带有凸起、缺口和质量不平衡等各种缺陷的螺旋桨产生的噪音，并将其转速在 3000 至 5500 RPM 之间变化。
在他们的大多数实验中，带有凸起或缺口的螺旋桨产生的噪音平均高于或等于未受损螺旋桨（LZmax）。
图 2：受损（B1 - B5）、不平衡（B6）和光滑螺旋桨的最大探测噪音水平（LZmax）（Pechan, 2015）
在不平衡螺旋桨的案例中，研究人员通过打磨去除了一片叶片上的部分材料，结果显示，在 5000 RPM 时，平衡螺旋桨实际上在更高频段产生了更多噪音。
图 3：3000（左）和 5000 RPM（右）时光滑与不平衡螺旋桨的噪音频谱（Pechan, 2015）
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作者并未说明从叶片上移除了多少材料，因此很难解释这些发现。通过添加或移除材料而受损的螺旋桨也未得到详细表征，它们本身可能也处于不平衡状态。
作者讨论了纯音噪音与宽频噪音之间的区别，并将其区分如下：“纯音噪音与均匀流中叶片的空气动力学和运动学有关，……包括厚度、载荷和四极噪音。宽频噪音则更为复杂，是由流体与叶片的各种部件之间相互作用产生的”。
纯音噪音水平占总噪音的大部分，而宽频噪音仅占一小部分。他们指出，纯音噪音的主要来源是厚度噪音，由螺旋桨叶片的厚度决定。
可以假设，通过打磨减薄不平衡螺旋桨的叶片，他们可能降低了厚度噪音，从而降低了整体纯音噪音的产生。
如果您需要为螺旋桨添加或移除配重以进行平衡或其他用途，有安全的方法可以实现。
2. 低噪音无人机螺旋桨的性能
Semke（2021）进行的第三项研究，旨在表征损坏如何影响无人机的加速度、声级和飞行性能。测试使用了一架 DJI Phantom 4 Pro，并配备了四组不同的螺旋桨；其中两组采用低噪音设计，另外两组采用标准设计。在每组中，研究人员从其中一个螺旋桨的尖端移除了 1 厘米的材料以制造不平衡，而另一个则保持原样。
结果表明，在两组标准螺旋桨中，不平衡螺旋桨的噪音水平比未修改的螺旋桨增加了 4 dB。相比之下，低噪音螺旋桨在受损和未受损情况下的差异很小，甚至没有差异。
图 4：未受损与受损螺旋桨无人机的声压级（dB）（Semke, 2021）
他们还使用机载加速度计研究了飞行器的振动。结果与声学测量相呼应：所有受损的飞行器都表现出振动增加，但在配备低噪音螺旋桨的无人机中，这种增加并不明显。
图 5：未受损与受损螺旋桨无人机之间的加速度增加（Semke, 2021）
这些研究都默认无人机的螺旋桨和电机在实验前已达到良好平衡。如果能对这些效应进行进一步研究，并加入以下内容，将会很有意义：1）已知的螺旋桨质量，2）已知的质量或不平衡程度，3）根据既定标准对螺旋桨平衡进行的测量。
这些研究得出的结论是，无人机螺旋桨的轻微不平衡可能导致噪音增加。严重不平衡可能会产生更多噪音，并且在螺旋桨更大或转速极高时会变得更加明显。
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3. 如何降低无人机噪音
这类研究提出了几个关于螺旋桨平衡与噪音产生之间关系的问题。总体而言，保持螺旋桨良好平衡有助于降低无人机噪音。
市场上有很多静态平衡仪可以帮助您对螺旋桨进行基础平衡，但对于更精确的平衡以及降低最后几分贝的噪音，动态平衡必不可少。
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图 6：在螺旋桨叶片上添加配重以实现质量均匀分布
结论
我们希望本文能让您对螺旋桨平衡与无人机噪音产生之间的关系有所了解。如果您有任何其他想法或问题，请在评论中告知我们。
要进一步了解不平衡螺旋桨如何影响无人机性能，请下载我们的白皮书：无人机螺旋桨不平衡对无人机性能的影响：
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参考文献
Pechan, T., & Sescu, A. (2015). Experimental study of noise emitted by propeller's surface imperfections. Applied Acoustics, 92, 12–18. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2014.12.011