电机最大拉力=2×起飞重量？---壹倍达电机小课堂

一、公式的最早面孔：航模时代的“五分之一律”

2000年前后，国内航模还停留在镍镉电池、甲醇发动机时代。

当时百度贴吧里流传一句顺口溜：“总拉力减去五分之一，再除以2，就是你能带的重量。”

翻译一下：

可悬停重量 =（最大拉力 × 0.8）÷ 2

也即：单台电机最大拉力 ≈ 2.5 × 单轴分担重量。

那个年代没有电子调速器、没有矢量控制，桨效率低，2.5倍冗余里包含了15%的传动损耗、10%的电池压降、5%的桨端涡流损失，剩下的20%留做姿态修正。

后来电动多旋翼兴起，把“2.5”取整成“2”，口头传播更方便，就成了今天的“两倍律”。

二、理论视角：功率链路的“三段损耗”

如果把“拉力—重量”关系写成能量流，公式可以拆成三段：

桨推力效率 η₁

理论推力 T ∝ ρ·n²·D⁴，但真实桨叶存在叶尖涡、雷诺数下降，η₁一般只有0.6~0.7。

电机–电调效率 η₂

永磁同步电机高效区90%~94%，加上电调MOSFET开关损耗，η₂≈0.85。

电池–线损效率 η₃

低温、大电流下，电池内阻+导线压降会让可用功率再打9折，η₃≈0.9。

三段乘起来：η_total≈0.6×0.85×0.9≈0.46

也就是说，电调入口的1kW电功率，到气动推力端只剩460W可用。

再考虑爬升、抗风、机动需要30%额外功率，安全悬停功率就得占到起飞重量的65%左右。

功率与推力在低速区近似平方关系，65%功率≈80%推力，于是：

最大推力 × 0.8 ≈ 1.3 × 起飞重量

两边同时除以0.8，得到：

最大推力 ≈ 1.6 × 起飞重量

取整上浮，就逼近“2倍”。

三、实验数据：把“2”放进风洞复现

2021年北航多旋翼风洞报告给出了一组实测：

配置	起飞重量	最大拉力	悬停油门	抗风极限
四轴 15寸桨	2.0kg	4.1kg	48%	8m/s
六轴 18寸桨	5.0kg	9.8kg	51%	10m/s
八轴 21寸桨	8.5kg	16.4kg	52%	12m/s

可见，当最大拉力≈2×起飞重量时，悬停油门落在50%左右，剩余50%用来对抗突风、做爬升或紧急制动。

风洞把湍流强度调到7%，油门瞬时峰值会冲到85%，但仍低于100%，与“两倍律”吻合。

四、边界条件：什么情况下“2”会失效？

高海拔、高温

空气密度下降20%，同样转速推力线性掉20%，“2倍”瞬间缩水成“1.6倍”，若还按老口诀配置，会出现“起飞即满油门”的惊险画面。

像真机、特技机

固定翼特技需要推重比≥1.2，才能垂直爬升； 但多旋翼若做3D倒飞、落叶飘，瞬时加速度高达1.5g，推重比需提到2.5~3，“两倍”就不够。

大载重长航时

物流无人机追求航程，桨叶直径受限，往往把悬停油门压到60%，再用“2倍律”会导致电池始终高倍率放电，循环寿命骤降。此时更合理的冗余是2.5~3倍。

五、拆机验证：拉力计的“尾缀”别忘了

很多人测拉力是把电机固定在台架，拉断绳子就记录最大值。

但台架没有机身遮挡、没有电池压降、也没有电调温升，数据比真实机身高出10%~15%。

我们把同一套电机分别测“裸台架拉力”和“装机后拉力”，再用高速桨与高效桨对比：

状态	裸台架	装机后	差值
高速桨	2.40kg	2.05kg	-14.6%
高效桨	2.10kg	1.90kg	-9.5%

可见，台架“好看”的数据装进机身就被“吃掉”一成。

所以老玩家会在两倍基础上再乘1.1，默默把冗余拉回2.2倍，恰好补足机身损失。

六、从经验到标准：公式正在写进规范

2024年9月发布的《无人航空器系统动力组件通用要求》（征求意见稿）里，首次出现推荐条文：

“多旋翼无人机最大起飞重量应不大于动力系统悬停推力之和的0.5倍”。

翻译过来：

悬停推力之和 ≥ 2 × 最大起飞重量

“两倍律”从贴吧热帖走进草稿标准，意味着它不再只是口口相传的“土办法”，而是被实验、事故、数据反复验证过的“安全底线”。

七、结语：两倍不是魔法，只是成本的平衡点

“最大拉力=2×起飞重量”之所以流行，不是因为它精确到小数点后一位，而是因为它在“安全冗余”与“成本重量”之间找到了一条最易记的整数线：

低于2，抗风余量被压缩，事故报告里就会出现“瞬间失速”；

高于2，电池、电机、电调全部放大，售价抬升30%，客户转身就走。

从镍镉航模到锂电多旋翼，从贴吧老炮的“五分之一律”到风洞白皮书，再到即将发布的行业标准，这条看似粗暴的“两倍律”其实是一代又一代人摔机、拆机、算功率、写报告后，用碎片拼出的“安全捷径”。

记住它，就像记住“红灯停、绿灯行”——简单、够用，且能保命。

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