注：以下內容基於23年秋發動機研製的系統工程方法課程開放式展示討論，其中包含大量簡化到不能再簡化的討論，並缺少許多必要的實際工程驗證內容，也可能有錯誤，幾乎不具備實際應用價值，僅供娛樂。
要求及參考選題如下：
選題（12），基於原子之心的雙/四旋翼運載無人機動力系統方案設計。
1.需求分析
根據官方藝術設定集，可以得知Drofa無人機（中文譯為“鴇”，但並沒有查到Drofa所代表的動物，不清楚Drofa到底是什麼）的飛行速度為30英里每時，換算成公里約50km/h，載荷有幾百磅，取兩百磅多一點，就有100kg。
在謝切諾夫辦公室門口的走廊裡，會發現有各種機器人的模型和立牌，其中Drofa無人機的立牌顯示其速度與之前估計一致，重量150kg，沒有特別說明是本體還是滿載重量，以下認為滿載重量為150kg。因此機體重量只有50kg。由於缺少其他參數信息，根據大疆無人機中的運載款(FlyCart 30)數據，將其當作Drofa無人機的數據。
2.動力選配(1)
根據當下無人機的主流動力來源，選擇無刷直流電機驅動，葉片採用官方的“阿基米德螺旋形葉片”，佈置方式為左右對稱佈置，且兩個螺旋槳旋向相反，轉動方向也相反。高度調節通過控制轉速實現。前後移動通過兩個螺旋槳共同前傾或共同後傾實現。原地左右轉動通過兩個螺旋槳一前一後傾斜來實現。
3.方案設計(1)
在最簡化的情況下計算。由於這種阿基米德螺旋式的球形葉片不好計算，先將其替換為等直徑的普通螺旋槳（不是等效替換）。也就是換成普通雙旋翼螺旋槳驅動。目測球形直徑1m，考慮直徑1米的螺旋槳，在懸停狀態下的升力。螺旋槳升力計算仍然可以採用機翼升力公式，忽略一切阻力並選取參數後，計算得到葉片角速度要達到140r/s。顯然這一結果不符合常理，每秒140轉的螺旋槳基本沒有在生活中見過。而同樣直徑的螺旋槳如果要葉尖超聲速，其角速度也在600r/s以上，因此這個轉速並沒有突破這一極限。也能查到萬轉左右的電機。
考慮材料的抗拉強度。因為之前忽略阻力，考慮轉速在250r/s的葉尖處拉應力。估算參數後得到拉應力在鈦合金材料的抗拉強度範圍內，能夠承受。
實際精細計算翼型升力需要考慮更多複雜因素，阿基米德螺旋的參數方程也有，應該可以得到更具體的結果。而目前為止該方案的螺旋槳看似並沒有突破物理極限。
4.分析確認(1)
除了葉尖速度和拉應力外，還需考察所需電池重量和電機功率。
採用大疆的數據，滿載飛行時間約18分鐘。螺旋槳功率用拉力×葉尖速度，得到單螺旋槳就需要超過50kW的電機。而如果採用較新的鋰離子電池密度實驗室成果，仍需要44kg的電池。根據之前的安排，機體重量只有50kg，因此在這種配置下無法滿足100kg的載荷要求。但如果犧牲載荷量，應該足以滿足滿載150kg的要求。
此外，以上方案存在致命問題。一是50kW每分鐘超萬轉的電機目前似乎並不存在，雙旋翼方案做不出來。二是如果按原子之心原版的球形螺旋槳設計，巨大的螺旋槳看上去很漂亮，也是原子之心獨特的視覺標誌（不知道之前是否有類似設計），但實際升力慘不忍睹，遠不如同直徑下的螺旋槳升力。第三沒有進行扭矩校核（有點麻煩。。）。
重新進行動力方案設計。採用如今成熟的四旋翼無人機佈局。經過上述同樣的計算方式，可得每個旋翼半徑R=2.2m、角速度5r/s比較符合實際。此時需要電機轉速300r/min，功率4kW。查到的電機可以通過配備減速器來實現，大部分直升機也都有減速器。電池質量也大大降低，不用再讓載荷騰出空間。
4.分析確認(2)
仔細想想之前的功率計算其實並不合理。用螺旋槳的升力×葉尖線速度得到的是什麼功率呢？
重新分析螺旋槳和氣流的作用。槳葉遠上方氣流靜止，槳葉下方氣流速度設為V，由動量定理和懸停平衡狀態可解得V。重算雙旋翼方案，其葉片下方氣流速度已遠遠超過聲速，顯然這種方案是沒法實現的。而四旋翼方案的速度結果比較合理。此時如果認為螺旋槳功率=排開氣流的功率，就可以算出單電機功率約7.2kW和總電池質量12.1kg，較為合理。
為了凸顯原子之心的球形螺旋槳特色，並不像將四旋翼按照常見十字形方案佈置，而是對稱在左右兩側，同時每側的螺旋槳包絡面都處於一個球面上。四旋翼可能效果不明顯，如果旋翼數量更多就會更接近球形。但是，這樣的設計會導致螺旋槳之間的氣流耦合，很可能會降低整體的螺旋槳效率，甚至也會出現飛不起來的情況。可能通過精細的參數設計調整，能夠勉強實現飛行？（除去一切限制因素，載荷、自重、尺寸什麼的都不重要，能飛起來就算成功）
動力系統初步估算完成後，使用系統工程V模型分析整個產品開發設計流程。
致謝
除了以上角標引文外，特別感謝萌萌戰隊老師，在我諮詢原子之心球形螺旋槳的升力問題後做了期視頻講解，順便介紹了一波先進的下一代斜流發動機。在4.分析確認(1)一節中關於球形螺旋槳無法提供足夠升力的內容均為老師分析內容。
附
Workstation太多，Playstation太少。小島“From Sapiens to Ludens”的理念愈發契合當下。