近年來隨著民用無人機的快速發展，無人機的應用開始滲透到各個領域。在物流運輸、農業植保、地理測繪、視頻拍攝等領域，無人機發揮著舉足輕重的作用。不同領域對無人機的性能要求並不一樣，例如，物流運輸和農業植保更關心無人機的最大載荷，地理測繪更注重無人機的飛行高度和航程，而視頻拍攝對無人機的穩定性有更高的要求。為了設計出滿足不同需求的無人機，一個需要充分考慮的因素是無人機的空氣動力學特性。簡單來說，無人機螺旋槳的分佈和螺旋槳葉片的形狀、大小甚至是材料對無人機的飛行速度、高度和穩定性等飛行性能有十分重要的影響。
大疆精靈3無人機
NASA利用CFD對大疆精靈3(DJIPhantom 3)無人機的空氣動力學特性進行了詳細的計算和分析[2-4]。在該項目中，NASA首先利用高精度激光掃描技術得到無人機的幾何形狀並利用Overset網格技術生成對應的CFD計算模型，隨後利用高精度的計算方法得到CFD的計算結果並進行分析。
下圖顯示的是CFD計算得到的大疆精靈3無人機飛行時的產生的渦結構。從圖中可以看出，螺旋槳葉片產生的渦結構從上往下運動，說明葉片的旋轉推動了周圍的空氣向下運動。因此，被向下推動的空氣會給葉片有向上的反作用力，這個反作用力就提供了無人機懸浮在空中或者向上飛行時所需要的升力。圖中不同的顏色表示了無人機表面的壓力分佈，紅色表示壓力較大的區域而藍色表示壓力較小的區域。可以看出，螺旋槳葉片的下表面壓力較大而上表面壓力較小，從而下表面和上表面之間存在壓力差，該壓力差就是葉片升力的根本來源。
原裝葉片 vs. 碳纖維葉片
螺旋槳葉片的材料對整體無人機的整體性能有很大的影響。在無人機使用者中，經常有人選擇使用碳纖維螺旋槳葉片。通常來說，碳纖維葉片比原裝的葉片產生的噪聲更小，壽命也更長。但是，原裝葉片和碳纖維葉片對無人機的飛行性能有沒有影響呢？CFD計算可以給出這個問題的答案。下圖顯示的是使用原裝葉片和碳纖維葉片的無人機螺旋槳所產生的渦的強度，可以很明顯的看出原裝葉片產生的渦的強度更大，也就意味著在相同條件下，原裝葉片可以提供的升力比碳纖維葉片提供的升力要大。CFD計算結果顯示，在一些情況下，原裝葉片產生的升力比碳纖維葉片產生的升力大26%。
螺旋槳位置的影響
在大疆精靈3無人機中，螺旋槳的位置在頂部，機身和攝像頭等其他部件在螺旋槳的下方。那如果把螺旋槳置於無人機的底部，對螺旋槳產生的升力會有什麼的影響？下圖顯示了螺旋槳在頂部和底部時，螺旋槳周圍空氣的速度大小。可以看出，螺旋槳無論是在頂部還是在底部，周圍空氣的速度基本相同，也就說明螺旋槳的位置對升力幾乎沒有影響。但是，進一步的CFD計算分析表明，機身和攝像頭等其他部件在螺旋槳的下方時，會減弱不同螺旋槳產生的渦之間的相互作用，因而有助於減小無人機飛行時產生的噪音。
天氣的影響
在實際情況中，諸如大疆精靈3這類小型無人機的飛行可能會對風速和風向等天氣情況比較敏感。為了測試風速和風向對無人機飛行的影響，在CFD計算中，可以加入了不同的風速和風向並分析對無人機的影響。下圖顯示的是大疆精靈3無人機在不同風速和風向下產生的渦結構強度。可以看到，當在有風的環境中，不同螺旋槳產生的渦結構會不對稱，也就意味著不同螺旋槳產生的升力不一樣，這種不對稱的升力會讓無人機有翻轉的傾向。當風速達到一定值的時候，無人機就就出現翻轉。因此，在無人機的設計中，能夠承載的最大風速是需要考慮的重要因素之一。
致力於用技術與創新力為世界帶來全新視角，公司以“未來無所不能”為主旨理念，在無人機系統、手持影像系統與機器人教育領域成為業內領先的品牌，以一流的技術產品重新定義了“中國製造”的創新內涵。
十二年間，通過不斷革新技術和產品，公司開啟了全球“天地一體”影像新時代；在影視、農業、地產、新聞、消防、救援、能源、遙感測繪、野生動物保護等多個領域，重塑了人們的生產和生活方式。
從創立至今，公司一直堅守“激極盡志，求真品誠”的企業精神。始終踐行全新的文化和價值觀，將卓爾不群的產品之道貫穿到每一個細節，展現科技的無限可能。
DJI就是個敢於說真話的孩子。這裡由一群從不妥協、極富洞見、堅持夢想的人聚合而成。我們堅信實幹而非投機，堅信夢想而非功利。我們堅決踐行全新的文化價值觀和思維方法論，從創始之初至今從未改變。
DJI是一個創新的烏托邦，我們搭建了一個尊重夢想的舞臺，構建了純粹的企業環境，努力探索卓爾不群的產品之道和企業文化。沒有一家公司像DJI一樣，將求真品誠的理念貫穿到每一個細節，對此我們引以為傲。
十年間，DJI站在了行業之巔，開啟全球飛行影像新時代，展現出改造世界的無限可能。我們的經歷證明，一個初出茅廬的年輕人不去曲意逢迎、不去投機取巧，只要踏實做事，就一定能取得成功。我們相信，那些迴歸常識、尊重奮鬥的人，終將洞見時代機遇，並最終改變世界。
大道無疆，創新無限。如果你志存高遠、懷揣夢想，決心踏實做事、創造價值，卻在扭曲的現實中自我懷疑、彷徨無奈，那就加入DJI吧！ 在這裡，與更多真知灼見者碰撞，與更多志同道合者同行！
未來，無所不能！
閱讀更多 無人機網 的文章
