počet listů není volba mezi lepším a horším, ale posun na několika osách naráz. Při stejném průměru a stejných otáčkách přidaný list zvětší plochu listů vůči ploše disku — dostanete víc statického tahu, ale zaplatíte ho vyšším odebíraným výkonem. Zároveň se posune hluk (základní tón jde nahoru), odezva řízení (mění se moment setrvačnosti rotující hmoty) a charakter vibrací, které dorazí do řídicí jednotky a do kamery. Třílistá vrtule dává smysl hlavně tam, kde se průměr už zvětšit nedá. Konkrétní čísla pro vaši sestavu tu nenajdete — bez měření na konkrétní kombinaci motor–vrtule–napětí je nikdo seriózně neuvede a my je bez vlastní zkoušky taky ne.
Kdo mění vrtule nebo motor na konkrétním stroji, může poslat označení motoru a KV, současnou i zamýšlenou vrtuli, počet článků baterie a hmotnost s nákladem v rámci úpravy dronu. Podklady lze rovnou odeslat přes poptávku na úpravu.
Tah dělá disk, ne listy
Vrtule vytváří tah tím, že urychluje vzduch procházející plochou, kterou opisuje — takzvaným diskem. Nejsilnější pákou na tah je proto průměr: plocha disku roste s jeho druhou mocninou. Přidání dalšího listu disk nezvětší. Zvětší jen plnost — poměr plochy listů k ploše disku.
Právě proto je otázka počtu listů zajímavá až ve chvíli, kdy je průměr zamčený zvenčí. A ten bývá zamčený skoro vždycky: rozvor ramen rámu, chrániče vrtulí, vůle mezi sousedními vrtulemi u kompaktní sestavy, vůle k držáku kamery nebo antény. Když se disk zvětšit nedá, zbývají tři páky — stoupání, otáčky a počet listů. Počet listů je z nich ta, která zvedne statický tah nejpřímočařeji.
Jedna metodická poznámka, bez které se dá v porovnávání ztratit: vrtule se mají srovnávat při stejném tahu, ne při stejných otáčkách. Při stejných otáčkách porovnáváte dva různé provozní body a vyjde vám banalita, že víc listů dá víc tahu. Zajímavá otázka zní opačně: kolik elektrického příkonu stojí tentýž tah.
Účinnost versus tah v malém průměru
Lidová poučka říká, že dvoulistá vrtule je účinnější. Českému čtenáři ji předkládá i katalog Rotoramy: dvoulisté vrtule popisuje jako „nejefektivnější”, s nízkou spotřebou a nízkým momentem setrvačnosti, vhodné pro long-range stroje, ale s menším statickým tahem; třílisté vede jako „univerzální volbu” s vyváženým poměrem mezi tahem, účinností a stabilitou letu.
Ta poučka platí za jednoho konkrétního předpokladu: že vezmete tentýž list a jen ho přidáte. Pak roste profilový odpor i indukované ztráty a účinnost jde dolů. Jakmile se ale smí měnit i návrh listu, výsledek se obrací. Studie publikovaná v roce 2024 v Physics of Fluids (University of Bristol) optimalizovala genetickým algoritmem rozložení zkroucení listu zvlášť pro každou konfiguraci s 2 až 6 listy a při srovnatelném tahu ve visení vyhodnocovala jakostní číslo rotoru (figure of merit) a celkovou hladinu akustického tlaku. Závěr autorů: „hodnota FM stále roste, jak počet listů roste ze dvou na čtyři, načež se dostane na plató”, zatímco „hodnota OASPL s rostoucím počtem listů stále klesá”.
To není protiřečení katalogu, ale upřesnění, které stojí za zapamatování: rozdíl mezi dvěma a třemi listy není vlastnost počtu listů, ale vlastnost dvou konkrétních vrtulí, které máte v ruce. Když srovnáváte katalogovou pětipalcovku ve dvoulisté a třílisté verzi, srovnáváte kromě počtu listů i jiný profil, jiné zkroucení, jinou tuhost a často i jinou skutečnou hodnotu stoupání.
Praktický důsledek: kdo chce vědět, jak si vedou dvě konkrétní vrtule na jeho stroji, potřebuje měření — tah, proud, otáčky a napětí na zkušební stolici, výsledek přepočtený na gramy tahu na watt ve stejném tahovém bodě. Je to jediný způsob, jak dostat číslo, u kterého umíte popsat podmínky měření.
Hluk: co se posune a co se jen přeladí
Hluk vrtule má tónovou složku, jejíž základ leží na frekvenci přechodu listů (blade passage frequency, BPF). Ta je součinem otáček a počtu listů. Dokumentace ArduPilotu ji popisuje z praktické strany: ve spektru z akcelerometrů je typickým jevem „špička na frekvenci přechodu listů (frekvenci, na které list přechází přes rameno), která vyvolává zrychlení v tělese letadla”.
Když u téhož stroje přejdete ze dvou listů na tři, základní tón se při stejných otáčkách posune o polovinu nahoru a energie se přerozdělí do jiných harmonických. Odtud plyne rozšířený dojem, že třílisté vrtule zní „hladčeji” — vyšší tóny se ve vzduchu tlumí rychleji než nízké. Zároveň je ale ucho na vyšší tóny citlivější, takže „subjektivně jinak” a „měřitelně tišeji” nejsou totéž. Zmíněná studie z Physics of Fluids měřitelný pokles celkové hladiny s rostoucím počtem listů popisuje — ovšem pro optimalizované listy a při srovnatelném tahu, ne pro libovolnou dvojici z katalogu.
A pak je tu zjištění, které se v diskusích o počtu listů skoro nikdy neobjeví, přestože je pro zakázkové úpravy zásadní. NASA Langley (Zawodny a Boyd, 2017) měřila hluk malých rotorů v sestavách reprezentujících bezpilotní systémy a konstatuje, že blízkost ploch draku generuje značný tónový obsah v podobě harmonických BPF a že za určitých podmínek vůle mezi konci listů a drakem můžou plochy draku generovat hladiny hluku srovnatelné s plochami listů rotoru, nebo vyšší. Jinými slovy: kus konstrukce pod vrtulí — rameno, kryt, špatně umístěný držák kamery — může být stejně velký zdroj hluku jako vrtule samotná. Počet listů je tedy jen jedna z pák; vzdálenost vrtule od okolních ploch je druhá a v naší práci často důležitější.
Poslední poznámka k hluku patří do jiné roviny než technická. U bezpilotních systémů s třídním označením je hluk sledovaný parametr — hladinu akustického výkonu řeší nařízení (EU) 2019/945. Jestli je stroj po výměně vrtulí pořád v souladu s tím, co výrobce deklaroval, neposuzujeme my; patří to k dokumentaci výrobce a k Úřadu pro civilní letectví a EASA. My k žádné úpravě netvrdíme, že třídu nebo záruku zachová.
Odezva: rozhoduje moment setrvačnosti, ne počet listů
Multikoptéra se řídí výhradně změnami otáček. Jak rychle stroj zareaguje na povel, závisí mimo jiné na tom, jak rychle dokáže motor změnit otáčky rotující hmoty — tedy na poměru mezi dostupným momentem a momentem setrvačnosti sestavy rotor motoru plus vrtule.
Katalogová zkratka „dvoulistá má nízký moment setrvačnosti” (viz Rotorama) míří správným směrem, ale zamlčuje to podstatné: moment setrvačnosti nezávisí na počtu listů, nýbrž na rozložení hmoty po poloměru, a to s druhou mocninou vzdálenosti od osy. Těžká dvoulistá vrtule s hmotou vytaženou ke konci listu může mít vyšší moment setrvačnosti než lehká třílistá s hmotou u náboje. Pokud vám na odezvě záleží, je rozumnější vážit a dívat se na tvar listu než počítat listy.
Z toho plyne důsledek, na který se pravidelně zapomíná: po výměně vrtulí se mění dynamika celé regulační smyčky. Naladění, které sedělo na původní sestavě, na nové sedět nemusí — a projeví se to jako horší držení polohy, teplé motory nebo rozkmitání při rychlé korekci. Přeladění je součástí úpravy pohonu, ne něco, co se stane samo.
Vibrace: dva listy a tři listy si nejsou rovny
Vibrace u multikoptéry pocházejí především z otáčkové frekvence motorů a z výše popsané frekvence přechodu listů. Dvoulistá vrtule má hmotu soustředěnou do jediné přímky procházející nábojem, kdežto tři listy rozložené po 120° tvoří symetričtější rotor. Rotorama u dvoulistých vrtulí náchylnost na vibrace výslovně zmiňuje.
Praktická pravidla, která z toho plynou, jsou tři.
- Vyvážení je povinnost, ne vylepšení. Dokumentace ArduPilotu doporučuje vyvážit vrtule dobrým ručním vyvažovačem a upozorňuje, že velký vliv má i vyvážení motorů. Nevyvážená vrtule je zdroj vibrací, které žádný filtr úplně neuklidí.
- Mechanické tlumení má strop. Tentýž zdroj konstatuje, že mechanické tlumení autopilota odstraní to nejhorší, ale zbytek je nutné dořešit softwarovým filtrováním — typicky harmonickým notch filtrem navázaným na otáčky motoru, ideálně z telemetrie ESC.
- Změna počtu listů posune špičku ve spektru. Filtr nastavený na starou sestavu tak může po výměně vrtulí mířit vedle. Kdo si po zásahu do pohonu nestáhne záznam a nepodívá se na spektrum, letí naslepo.
Vibrace přitom nejsou jen otázka pohodlí: jsou to vstupní data pro řídicí jednotku, únavové zatížení šroubových spojů a závitových vložek a vlnky ve videu.
Pokud vibrace nezmizí ani s novými vyváženými vrtulemi a příčinou je ohnutá hřídel, vůle v uložení motoru nebo prasklé rameno, výběr vrtule je nevyřeší. Mechanické poškození posoudíme z fotek v rámci opravy dronu.
Kdy dvoulistá a kdy třílistá
Rozhodovací kritéria, bez slibů a bez čísel, která nemáme naměřená:
Dvoulistá dává smysl, když je disk možné zvětšit nebo je už dost velký; jde vám hlavně o spotřebu na dlouhé přímé trati; stroj létá spíš plynule než v prudkých změnách; potřebujete co nejnižší odběr proudu z baterie; a nevadí vám menší statický tah v mezních situacích.
Třílistá dává smysl, když je průměr zamčený rámem, chrániči nebo držákem payloadu; potřebujete statický tah pro brzdění, stoupání s nákladem nebo držení pozice ve větru; stroj létá v poryvech a potřebuje se „zakousnout”; a jste ochotni zaplatit vyšším odběrem.
Rozhodovat se má dřív, než se kreslí díl. Rovina vrtulí, jejich průměr a vůle k okolí jsou vstupem do konstrukce držáku i do odlehčení rámu, ne dodatečnou úpravou. Jestli se počet listů teprve bude měnit, je to informace, kterou potřebujeme na začátku.
Co nedělat: vyměnit vrtule za takové, které dají víc tahu, a nezkontrolovat, co to udělalo s proudem na regulátorech a s teplotou motorů. Vyšší tah znamená vyšší odebíraný proud a víc tepla — a rezerva regulátoru i chlazení motoru jsou konečné.
Srovnání v přehledu
| Co se mění | Dvoulistá | Třílistá | Poznámka |
|---|---|---|---|
| Statický tah při stejném průměru a otáčkách | nižší | vyšší | Disk je stejný, mění se plnost. |
| Odebíraný příkon pro tentýž tah | zpravidla nižší | zpravidla vyšší | Platí pro tentýž list; s optimalizovaným návrhem listu se rozdíl obrací (Physics of Fluids, 2024). |
| Účinnost (figure of merit) | závisí na návrhu listu | závisí na návrhu listu | Ve studii FM roste od 2 do 4 listů a pak přechází na plató — ne u libovolné dvojice z katalogu. |
| Základní tón hluku | nižší frekvence | vyšší frekvence | BPF = otáčky × počet listů; „jinak” není totéž co „tišeji”. |
| Celková hladina hluku | — | — | Bez měření netvrdíme ani jedním směrem; velký podíl má i vůle vrtule ke konstrukci (NASA, 2017). |
| Odezva řízení | rychlejší při nižší setrvačnosti | pomalejší při vyšší setrvačnosti | Rozhoduje rozložení hmoty po poloměru, ne počet listů. |
| Charakter vibrací | citlivější na nevyvážení | symetričtější rotor | Vyvážení a filtrace jsou povinné v obou případech. |
| Potřebný volný průměr | větší pro tentýž tah | menší pro tentýž tah | Hlavní důvod, proč se do třílisté chodí. |
| Typické nasazení | dlouhý vytrvalý let | kompaktní stroje, náklad, vítr | Podle katalogu Rotoramy long-range vs. univerzální volba. |
Jak to souvisí s tím, co děláme my
Volba vrtule vypadá jako nákup spotřebního materiálu, ale sahá přímo do konstrukce.
Držáky. Držák kamery, senzoru nebo antény nesmí zasahovat do roviny vrtulí ani do proudu pod nimi — a měření NASA ukazuje, že plochy blízko konců listů jsou samostatný zdroj tónového hluku. Uchycení, které do proudu zasahuje, tedy nezhoršuje jen aerodynamiku, ale i akustiku a vibrační pozadí. Když se u stroje počítá s přechodem na jiný počet listů, patří to do zadání na zakázkové díly hned na začátku.
Odlehčování. Ubraná hmota mění vlastní frekvence konstrukce a změna počtu listů zároveň posune frekvenci přechodu listů. Dvě samostatně rozumné úpravy se tak můžou potkat v bodě, kde nová budicí frekvence sedne na novou vlastní frekvenci odlehčeného ramena. Proto se odlehčení rámu a zásah do pohonu neposuzují odděleně — je to jedna úloha, která patří do úpravy dronu. Přechod na vyšší tah navíc znamená vyšší proud a víc tepla v regulátorech a motorech; kryt, který dusí elektroniku, je horší než žádný kryt.
A hranice, kterou tady jen připomínáme: vrtule samy nevyrábíme ani netiskneme. Proč přesně a kam ta hranice u rotujících dílů sahá, je popsané v článku co se na dronu dá vytisknout a co ne — neopakujeme to zde. Stejně tak neposuzujeme shodu, letová povolení ani výklad předpisů.
Konkrétní krok: pošlete do poptávky typ „úprava” s modelem dronu, hmotností v letovém stavu, současnou kombinací motor–vrtule–ESC a napětím baterie, popisem toho, čeho chcete změnou dosáhnout (delší let, víc tahu, méně hluku, menší průměr), a fotografií sestavy. Řekneme vám, co je na vaší sestavě mechanicky rozumné a co je potřeba změřit, než se do toho pustíte. Cena podle zadání, nabídka zdarma.
Zdroje
- Effect of blade number on rotor efficiency and noise emission at hovering condition, Physics of Fluids 36, 027142 (2024), University of Bristol — https://research-information.bris.ac.uk/en/publications/effect-of-blade-number-on-rotor-efficiency-and-noise-emission-at-
- Zawodny, N. S., Boyd, D. D.: Investigation of Rotor-Airframe Interaction Noise Associated with Small-Scale Rotary-Wing Unmanned Aircraft Systems, NASA Langley Research Center (2017) — https://ntrs.nasa.gov/citations/20180001470
- ArduPilot — Measuring Vibration with IMU Batch Sampler (frekvence přechodu listů ve spektru) — https://ardupilot.org/copter/docs/common-imu-batchsampling.html
- ArduPilot — Vibration Damping (vyvážení vrtulí a motorů, meze mechanického tlumení, navazující softwarová filtrace) — https://ardupilot.org/copter/docs/common-vibration-damping.html
- Rotorama — Vrtule: průměr, stoupání a počet listů (český katalogový kontext) — https://www.rotorama.cz/t-vrtule
- Nařízení (EU) 2019/945 o bezpilotních systémech, konsolidované znění — https://eur-lex.europa.eu/eli/reg_del/2019/945/2025-06-24/eng
- Úřad pro civilní letectví — Bezpilotní letadla, často kladené dotazy — https://www.caa.cz/provoz/bezpilotni-letadla/faq-casto-kladene-dotazy/