推进与推力

1. 静态推力测试系统的制作（见示意图和照片，图2）

1. 在车床上加工两个圆柱形衬套，外径为42.16 mm，长度约10 mm，中心轴向通孔直径为9.50 mm。
2. 将一个带法兰的球轴承压入每个衬套的通孔中。将衬套平整地插入四通三通接头的两个平行接口中，使轴承位于外侧。衬套应与三通接头紧密贴合。（参见图2b中的枢轴组件示意图）。
3. 截取两段长度为100 mm的铝制直角型材。在型材较长一侧的中部钻一个直径为3.2 mm的孔，位置距底端约45 mm。在型材较短一侧的两端附近各钻两个安装孔。
4. 将轴穿过四通三通接头中的两个轴承，确保两端外露长度相等。将直角型材套在轴的外露端部。通过安装孔将直角型材用螺钉固定在工作台面上。在轴的外露端安装轴套，以保持整个组件在直角支架之间居中。
5. 截取一段短（约18 mm）和一段长（约36 cm）的外径为42.16 mm的PVC管。将短管插入四通三通接头的水平接口，长管插入垂直接口。在水平管末端安装管帽。
6. 将一台精密电子天平（推荐精度±0.1 g或±0.01 g）置于水平管臂末端管帽的正下方。
7. 将螺旋桨电机和风扇安装在管帽上。螺旋桨应适当偏移，避免管帽阻碍气流。建议将螺旋桨电机粘接在安装于管帽上的细螺钉头部（见图2c）。

2. 进行实验

1. 将最小的螺旋桨和电机管帽安装到垂直管臂上。
2. 记录从旋转轴心到螺旋桨电机轴的距离（力臂）（L_prop），以及从旋转轴心到水平臂与秤接触点的距离。
3. 将螺旋桨电机连接至可变电压直流电源（电源处于关闭状态）。
4. 打开秤并去皮（归零）读数。
5. 开启电源，以约 0.4 V 的增幅逐步调节电压至 3.8 V。在每种情况下，记录电压、供电电流、秤的读数（单位为克）以及稳态运行期间秤的波动范围（通常波动范围为 ~0.3 - 5.0 g）。可能需要轻敲螺旋桨叶片以启动其旋转。确保气流方向正确（气流朝向电机后方）。若方向错误，请调换电源的正负极连接。
6. 如有条件，可使用热式风速仪测量螺旋桨后方（下游）在若干工况下的气流速度。由于速度在螺旋桨迎风面上分布不均，该测量仅能提供量级上的估算（order-of-magnitude）。
7. 对其他电机与螺旋桨以及PC散热风扇重复步骤 2.1 - 2.6。风扇最高可工作至 12 V。

3. 分析

1. 使用公式 4，计算每种测量工况下的螺旋桨和风扇推力（T）。主要的不确定度来源是运行过程中秤重读数的变化/振荡。将该范围（步骤 2.5）代入公式 4 中的 m，以确定推力的不确定度。
2. 对于每种工况，计算输入功率 。不确定度可估计为 ，其中 ΔI 和 ΔV 分别为电流和电压测量的不确定度（此处为 0.005 A 和 0.005 V）。
3. 对于每种工况，计算推力效率 。推力效率的不确定度为 。
4. 将测得的推力与利用风速计测得速度估算的理论值进行比较（公式 3）。此处出口面积可估算为螺旋桨/风扇迎风面积减去轮毂或电机部分的面积：。这些估算值与实测值相比如何？