无人机螺旋桨平衡标准

螺旋桨平衡是确保无人机(UAV)平稳运行、可靠性和使用寿命的关键过程。螺旋桨的不平衡会导致振动、噪音，并加速关键部件的磨损，从而对飞行性能产生负面影响。

ISO 21940-11:2016标准为旋翼平衡提供了一个广泛引用的框架，定义了可接受的不平衡水平，以实现最佳的旋翼性能。

本文探讨了ISO 21940-11:2016标准背后的关键概念、确定平衡质量的方法以及下一步如何平衡无人机螺旋桨：

• ISO旋翼平衡标准
• 确定允许残余不平衡的方法
• 平衡等级汇总表
• 无人机螺旋桨动平衡测试台推荐

一、ISO 21940-11螺旋桨平衡标准

当前最常用的螺旋桨平衡标准是ISO 21940-11:2016，“刚性行为旋翼的程序和公差”。它取代了之前的标准1940:1-2003，提供了更新的定义和更广泛的应用。

该新标准于2016年制定，遵循一个简单的前提：当旋翼的不平衡度（U）小于或等于预定义的允许残余不平衡度（Uper）时，认为旋翼的不平衡水平是可接受的。Uper定义为质心平面的总公差，并与旋翼的质量成正比：

其单位为kg·m（千克米），g·mm（克毫米），kg·mm（千克毫米）或mg·mm（毫克毫米）。

Uper与旋翼质量的比值称为eper，定义为允许的残余特定不平衡度：

其单位为kg·m/kg（千克米每千克），m（米），g·mm/kg（克毫米每千克）或μm（微米），许多eper值通常在0.1 μm到10 μm之间，因此微米通常是首选单位。

对于仅存在结果不平衡（且力矩不平衡可忽略不计）的旋翼，eper是旋翼质心与轴轴线之间的距离。

观察到eper通常与旋翼的服务速度n成反比：

对于无人机旋翼平衡，可以用“巡航转速”替换“服务速度”，即螺旋桨在巡航飞行时的转速（RPM）。

这种关系也可以表示为：

其中

Ω = 巡航速度的角速度，单位为rad/s

c是一个常数

换句话说，

其中n = 巡航转速，单位为转/分钟。

二、确定允许残余不平衡的方法

ISO 21940-11:2016规定了五种可以确定允许残余不平衡大小的方法：

1. 基于长期实践经验，使用大量不同旋翼得出的平衡质量等级
2. 实验评估允许的残余不平衡
3. 因不平衡导致的有限轴承力
4. 因不平衡导致的有限振动
5. 基于不平衡容差的既定经验

对于方法3和4，目标分别是限制轴承力和振动。通过相应的轴承力和振动限值来设置平衡质量公差。

方法2和5最常用于积累了大量特定旋翼平衡数据的组织，这些数据足以内部设定平衡质量公差。

方法1采用基于“全球经验及相似性考虑”的全球标准，为典型机械类型设定平衡质量要求。

根据方法1，平衡质量等级的单位是“G”，相当于eperΩ以mm/s（毫米/秒）为单位的大小。例如，如果eperΩ = 6.3 mm/s，则平衡质量等级 = G 6.3。

三、平衡质量等级汇总表

无人机螺旋桨通常平衡到G 6.3质量等级，以确保低振动水平和平稳运行。这减少了部件的应变，防止过度磨损，并避免干扰传感器性能。

四、无人机螺旋桨动平衡测试台推荐

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