肯特州立大学的Kendy Edmonds和Blake Stringer博士在他们的研究论文《无人驾驶VTOL 推进研究—在sUAS体制外的四轴飞行器转子-电机配置的可扩展性》中探讨了当前sUAS推进方法的可扩展性。 

无人机的机动性和在复杂地形中运行的能力使其成为军队等机构或UPS和亚马逊等公司的大型物流无人机的绝佳选择。增加四轴飞行器尺寸的优势是显而易见的：更大的有效载荷、更长的航程、更长的悬停时间等。但是，大型多旋翼飞行器的测试和制造成本更高，通常先对较小的模型机进行测试验证，但设计师必须意识到他们模型的局限性。

本文探讨的主要问题之一是变速转子电机配置的瞬态响应：增加的惯性如何影响大型系统的响应时间？

他们指出了可变速度、固定螺距无人机和恒定速度、可变螺距直升机之间的功率和机动性差异。与具有相同有效载荷承载能力的直升机相比，四旋翼无人机在悬停和机动期间所需的功率要多27%（图1）。从这一分析中，他们得出两个结论：

• 随着飞机尺寸的增长，增加旋翼直径有助于维持可管理的功率需求。
• 随着旋翼尺寸的增加，旋转旋翼以克服惯性和叶片轮廓阻力的功率需求也在增加。

图1：悬停功率要求与重量和磁盘负载的关系，以hp（左）和kW（右）为单位

为了进一步研究变速转子的可扩展性，研究人员使用RCbenchmark 1780系列测试台进行了多项测试，以测量不同转子配置的瞬态响应（图2）。测试了5种电机以及3种不同的转子：

电机：

• Turnigy RotoMax 150cc
• KDE Direct 10218XF105 (Mega)
• T-Motor P80 120kv
• KDE Direct 7215XF-135 (KDE)
• KDE Direct 4215XF465 (Mini)

转子：

• KDE Direct公司生产的直径30.5英寸、螺距9.7英寸的碳纤维三桨叶螺旋桨
• Falcon公司设计的直径和螺距分别为27英寸和8.8英寸的碳纤维双桨叶螺旋桨
• T-Motor公司生产的直径为15英寸、螺距为5.5英寸的碳纤维2叶螺旋桨

所有不同转子组合的瞬态响应实验结果如图3所示。有趣的是，他们指出，“每个转子-电机配置的响应变化性明显高于预期”，这突出了推进的重要性系统设计中的测试。

从这些数据中，他们得出两个主要结论：

• 滑行过程对转子电机的尺寸比加速过程更敏感。
• 应进一步研究所有输入因素的影响，以确定主要瞬态响应的输入变量。输入值的范围应尽可能宽。

该研究得出的第三个意外结论与热力学有关，“温度和热管理是变速电机的重要考虑因素，特别是如果它们正在增长并且除了转子风流之外没有冷却。”在实验中的一台电机开始冒烟后，他们进行了后续测试，并能够表征螺旋桨停止并停止冷却后电机的温度峰值。

这表明需要在携带更大电机的无人机中采用热管理策略，这是制造商的重要设计考虑因素。当按比例放大电机时，可用于散热的面积随尺寸的平方而增加，而散热片的质量随尺寸的立方而增加。