方舟90 的动力系统是整个项目的"心脏"。比赛指定电机为 X2216 KV1250，指定电池为 3S 锂电，原厂推荐最大桨只有 10 寸（APC 1047）。对于一型大载重限时载运飞机来说，10 寸桨的拉力效率远远不够——更大的桨盘面积意味着更低的桨盘载荷、更高的拉力效率。
解决思路很直接：加一级减速组，让电机转得快一点，桨转得慢一点，用转速换扭矩，用小电机驱动大桨。经过四个方案的对比计算，最终选定 2:1 减速比（20T 小齿轮 + 40T 大齿轮），3S 下静拉力约 1.5kg，电流约 25A，安全余量充足。
为什么要加减速组？
设计思路先看一眼比赛指定的 X2216 KV1250 电机参数：
从原厂数据可以看到，X2216 直驱最大桨是 10 寸（APC 1047），3S 全油门时电流约 24.8A，拉力约 1200g。对于一型大载重限时载运飞机来说，10 寸桨的拉力效率远远不够——更大的桨盘面积意味着更低的桨盘载荷、更高的拉力效率。
12 寸桨的桨盘面积比 10 寸大了 44%，理论上拉力效率会高很多。但问题是，12 寸桨的转动惯量和阻力矩都远大于 10 寸，如果直接装在电机轴上，电机会被"憋"在低转速高电流的状态，不仅效率低，还容易烧电机。
12 寸大桨 + 低转速 = 更高的桨盘效率，静拉力比直驱 10 寸桨提升约 25%
电机工作在 8000–11000 RPM 的高效区间，发热小、续航长
3S 全油门约 25A，远低于 40A 上限，有约 40% 的安全余量
单级直齿轮减速结构简单，淘宝现成配件即可组装，全套仅 30g
减速比怎么选？
方案对比减速比不是越大越好。太大了，桨转速太低，飞行速度上不去，功率浪费；太小了，电流太大，电机吃不消。我列了四个候选方案，一一对比：
A1.5:1 · 高速型
24T→36T，输出 ~7300 RPM，预估 ~35A。转速高、速度快，但电流接近上限，余量不足，发热大。
B2:1 · 平衡型 ✓
20T→40T，输出 ~5500 RPM，预估 ~25A。电流充裕、电机效率高、发热小，齿轮规格常见。
C2.5:1 · 大拉力型
16T→40T，输出 ~4400 RPM，预估 ~16A。拉力效率高，但巡航速度偏低，功率利用率低。
D3:1 · 超重型
14T→42T，输出 ~3700 RPM，预估 ~12A。转速过低，飞行速度太慢，功率浪费严重。
性能预估
3S 供电以下为基于 12×6 螺旋桨的估算值（实际数值需以地面拉力测试为准）：
| 静拉力 | ~1.5 kg | 12 寸大桨 + 低转速 = 高效率 |
| 静态电流 | ~25A | 远低于 40A 上限，安全 |
| 静态功率 | ~280W | 约为电机最大功率的 47% |
| 桨尖速度 | ~88 m/s | 约为音速的 26%，效率高 |
| 拉力效率 | ~5.4 g/W | 大桨低转效率更高 |
| 螺距速度 | ~50 km/h | 理论最大平飞速度 |
推重比分析
整机层面减速组带来的拉力提升，放到整架飞机上意味着什么？我们用方舟90 双发 90 块机的真实重量来算一笔账。
重量基数
| 空机重量 | ~1500 g | 电机 + 舵机 + 电调 + 电池 + 结构 + 起落架 |
| 90 块 EVA 载荷 | 2880 g | 单块 32g × 90 |
| 减速组增重（双发） | ~60 g | 2 × 30g（齿轮箱 + 齿轮 + 轴承） |
| 满载 MTOW | ~4560 g | 含减速组增重 |
两种方案对比
| 指标 | 10 寸直驱（现状） | 12 寸减速（本方案） | 变化 |
|---|---|---|---|
| 单发静拉力 | ~1200 g | ~1500 g（估） | +25% |
| 双发总推力 | ~2400 g | ~3000 g（估） | +25% |
| 满载 MTOW | ~4500 g | ~4560 g | +1.3% |
| 推重比 T/W | ≈ 0.53 | ≈ 0.66 | +0.13 |
| 状态 | 低于 0.6 红线，吃紧 | 进入舒适区，冗余充足 | 质变 |
状态解读
推重比低于 0.6 红线，属于勉强能飞的状态：
• 满载起飞滑跑距离长
• 爬升率不足，机动余量小
• 抗风能力弱
• 单发失效几乎不可复飞
推重比进入舒适区，是货运机的理想值：
• 起飞爬升从容，滑跑更短
• 巡航油门中等，更省电
• 抗风与单发失效有冗余
• 仍在 0.6–0.7 合理区间，不过剩
需要仿真验证的三件事
112 寸桨地面净空
12 寸桨半径 152mm，比 10 寸大 25mm。需确认主起落架高度是否足够，桨尖离地至少留 30–50mm 余量，防止起飞抬头打地。
2双发桨尖间距
两个 12 寸桨的桨尖间距需 ≥ 0.5 倍桨径（约 150mm），避免气流互相干扰。原来 10 寸桨的间距如果刚好，12 寸可能就紧张了。
3巡航效率与续航
桨变大、转速变低，最佳效率点会变化。需重新核算巡航油门和 1300mAh 电池能否支撑三轮任务，原 news-111 的 10 寸仿真数据需要更新。
机械结构设计
齿轮箱采用单级平行轴圆柱直齿轮减速结构，整体结构简洁，零件少，全部配件淘宝可购，组装维护方便。
齿轮参数
| 参数 | 小齿轮 (主动) | 大齿轮 (从动) |
|---|---|---|
| 齿数 Z | 20 | 40 |
| 模数 m | 0.8 | 0.8 |
| 分度圆直径 | Ø16.0 mm | Ø32.0 mm |
| 齿顶圆直径 | Ø17.6 mm | Ø33.6 mm |
| 中心距 | 24.0 mm | |
| 齿宽 | 6 mm | 6 mm |
| 内孔直径 | Ø5.0 mm（适配电机轴，带 M5 螺纹） | Ø5.0 mm |
外壳结构
外壳采用铝合金分体式设计（淘宝成品减速箱），分为前盖和后盖两部分，通过 4 颗 M2 螺丝连接。输出轴采用双轴承支撑（MR105ZZ × 2），保证运转平稳。小齿轮直接装在电机 Ø5mm 轴上，利用轴端 M5 螺纹锁紧，无需顶丝。
| 外壳总宽 | ~44 mm | 含电机安装凸台 |
| 外壳总高 | ~42 mm | 含输出轴轴承座 |
| 外壳总长 | ~18 mm | 齿轮箱厚度 |
| 电机安装孔距 | Ø16 mm (M3) | X2216 标准安装 |
| 轴承型号 | MR105ZZ × 2 | 5×10×4 mm |
零件清单 (BOM)
10 种零件| 序号 | 零件名称 | 规格 | 数量 | 来源 | 重量 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 小齿轮 (主动轮) | 20T, 模数0.8, 内孔Ø5mm, 尼龙 | 1 | 淘宝采购 | ~2g |
| 2 | 大齿轮 (从动轮) | 40T, 模数0.8, 内孔Ø5mm, 尼龙 | 1 | 淘宝采购 | ~5g |
| 3 | 齿轮箱前盖 | 铝合金, 成品减速箱配件 | 1 | 淘宝采购 | ~6g |
| 4 | 齿轮箱后盖 + 电机座 | 铝合金, 适配 X2216 安装 | 1 | 淘宝采购 | ~8g |
| 5 | 输出轴 | Ø5mm × 30mm, 钢轴 | 1 | 淘宝采购 | ~5g |
| 6 | 轴承 | MR105ZZ (5×10×4) | 2 | 淘宝采购 | ~2g/个 |
| 7 | 桨夹 | Ø5mm 轴, 适配12寸桨 | 1 | 淘宝采购 | ~3g |
| 8 | 电机固定螺丝 | M3 × 6mm 圆头 | 4 | 淘宝采购 | ~0.2g/个 |
| 9 | 外壳连接螺丝 | M2 × 8mm 圆头 | 4 | 淘宝采购 | ~0.1g/个 |
| 10 | 齿轮固定顶丝 | M3 紧定螺钉（大齿轮用） | 1 | 淘宝采购 | ~0.1g |
| 合计 | ~30g | ||||
淘宝采购方案
配件清单模数 0.8 尼龙圆柱直齿轮
小齿轮：20T，内孔 Ø5mm
大齿轮：40T，内孔 Ø5mm
淘宝关键词："模数0.8 尼龙齿轮 20T 40T"
价格约 2-5 元/个
成品铝合金齿轮箱外壳
适配 X2216 电机安装（Ø16mm 孔距）
含 MR105ZZ 双轴承座
淘宝关键词："减速箱 铝合金 航模"
价格约 20-40 元
下一步计划
试制与测试减速组设计完成后，接下来进入实物试制与地面测试阶段：
| 阶段 | 关键任务 | 状态 |
|---|---|---|
| ① 配件采购 | 淘宝采购尼龙齿轮、铝合金减速箱、轴承、钢轴等 | 进行中 |
| ② 装配与调试 | 装配齿轮箱、调整侧隙、通电空载测试 | 本周 |
| ③ 地面拉力测试 | 固定拉力计，3S 全油门测拉力、电流、温度 | 下周 |
| ④ 装机试飞 | 安装到方舟90，首飞验证动力匹配 | 待测 |
动力系统是方舟90 的心脏。从 X2216 电机出发，加一级 2:1 减速，把 10 寸桨升级到 12 寸，看似只多了两个齿轮，实则是整个飞机载重能力的一次跃升。接下来采购配件、装样机、上拉力计，用数据说话。
