«Пропелери для дронів та мінілітаків: класифікація, вибір і використання»

Пропелери є одним із ключових елементів у конструкції безпілотних літальних апаратів, зокрема дронів та мінілітаків. Вони безпосередньо впливають на льотні характеристики апарата: тягу, стабільність, ефективність, витрати енергії, шум та навіть безпеку експлуатації. Вибір і правильне встановлення пропелерів є критично важливими для досягнення оптимальної продуктивності.

Різноманіття типів, форм, матеріалів та розмірів пропелерів зумовлює потребу в систематичному підході до їх класифікації, підбору та обслуговування. Особливо це актуально у контексті роботи з різними типами апаратів — від компактних квадрокоптерів до мініатюрних фіксованокрилих платформ.

Цей документ має на меті надати повний огляд конструктивних особливостей пропелерів, методів їх вибору та практичних рекомендацій щодо встановлення, балансування та обслуговування.

Призначення пропелерів

Пропелер — це основний елемент системи рушія безпілотного літального апарата, що перетворює обертовий момент електродвигуна в поступальний рух. Його головна функція — створення тяги, необхідної для підняття апарата в повітря, його утримання, маневрування та пересування у заданому напрямку.

У дронах типу мультикоптер (наприклад, квадрокоптери, гексакоптери) кілька пропелерів працюють одночасно, створюючи загальну тягу та контроль за орієнтацією апарата в просторі. Різна швидкість обертання окремих пропелерів дозволяє змінювати нахил, повертати апарат навколо осі або підтримувати стабільний політ у вітрових умовах.

У мінілітаках із фіксованим крилом (fixed-wing) пропелер, зазвичай один (або два), відповідає лише за поступальний рух вперед. Підіймальна сила при цьому створюється аеродинамічним профілем крила. Однак і в цьому випадку ефективність, крок і форма пропелера відіграють важливу роль у швидкості, витраті енергії та стабільності польоту.

Крім основної функції створення тяги, пропелери виконують ще низку завдань:

• Забезпечення керованості та стабільності в польоті;

• Оптимізація енергоспоживання залежно від завдання;

• Вплив на акустичний шум, що важливо для розвідки, зйомки чи польотів у міських умовах;

• Захист інших компонентів у разі аварії (залежно від конструкції та матеріалу).

Класифікація пропелерів

1. За напрямком обертання

• CW (Clockwise) — пропелери, що обертаються за годинниковою стрілкою.

• CCW (Counter-Clockwise) — обертаються проти годинникової стрілки.
  

У мультикоптерах CW та CCW пропелери встановлюються попарно для забезпечення стабільного польоту та компенсації обертального моменту.

2. За формою лопаті

• Прямі (Straight Blade) — забезпечують швидку реакцію, використовуються в FPV-дронах.

• Закручені (Twisted/Aerodynamic) — ефективніші при стабільному польоті, застосовуються в комерційних дронах і літаках.

• Вигнуті або з розширеним кінцем (Bullnose, Tapered) — підвищують тягу, але знижують ефективність.

 

3. За матеріалом

• Пластик (Nylon, ABS) — легкий, дешевий, безпечний у разі удару, але менш міцний.

• Карбон (Carbon Fiber) — жорсткий, точний, ефективний на високих швидкостях. Небезпечний при зіткненні (може різати), дорогий.

• Композити (наприклад, пластик + скловолокно) — компроміс між вагою, міцністю і вартістю.

• Дерево — використовується переважно в моделях літаків. Забезпечує хорошу балансованість, низький шум, але крихкий при ударах.

• Метал (рідко) — для експериментальних або індустріальних рішень, зазвичай не використовується в БПЛА через вагу та ризики.

Параметри пропелерів

Цифри на пропелерах у вигляді A×B×C, де:

А. діаметр у дюймах;
B. крок (pitch), тобто вигнутість та відстань, яку пропелер проходить за один оберт;
C. кількість лопатей.

Щоб правильно підібрати пропелер до конкретного апарата, необхідно розуміти його основні технічні параметри. Від кожного з них залежить ефективність, маневреність, енергоощадність та безпечність польоту.

ПРИКЛАД ПАРАМЕТРУ ПРОПЕЛЕРА:
10х5х3

1. Діаметр пропелера (Size) 10х5х3

Діаметр — це повна довжина кола, яке описує лопать пропелера при обертанні. Вимірюється в дюймах (напр. 5″, 10″, 15″) або міліметрах (254 мм = 10 дюймів).

• Більший діаметр → вища тяга, ефективніше підйом важких апаратів, менша швидкість обертання (RPM).

• Менший діаметр → швидший відгук, менша вага, вища маневреність.

2. Крок пропелера (Pitch) 10х5х3

Крок — це відстань, яку пропелер теоретично пройде вперед за один оберт (як гвинт у твердій поверхні), зазвичай у дюймах.

• Низький крок (3″–4″) → вища стабільність, нижча швидкість, менше навантаження на мотор.

• Високий крок (5″–7″+) → більша швидкість, менша ефективність на низьких обертах, вищі навантаження.

3. Кількість пропелерів 10х5х3

2 лопаті — найефективніші, мінімальне споживання енергії, підходять для дальніх польотів.
3 лопаті — оптимальний баланс тяги, стабільності та ефективності; найпопулярніші.
4+ лопатей — більше тяги, але менша ефективність; використовуються для підйому ваги в обмеженому просторі (наприклад, у cinewhoop-дронах).

Отже, менша кількість лопатей – менша тяга, вища ефективність та збереження заряду. Більша кількість лопатей –  більша тяга, вантажопідйомність та витрати заряду.