So balancieren Sie Drohnenpropeller (2 Methoden)

Von Lauren Nagel

Die Auswuchtung von Propellern ist unerlässlich, um Leistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer von UAVs zu optimieren. Unwuchtige Propeller erzeugen übermäßige Vibrationen, die zu verringerter Schubeffizienz, erhöhter Geräuschentwicklung und beschleunigtem Verschleiß von Lagern und Sensoren führen.

Propeller können auf drei Arten ausgewuchtet werden: statisch, dynamisch und aerodynamisch. 

Bei der statischen und dynamischen Auswuchtung werden Gewichte am Propeller angebracht, um im Ruhezustand (statische Auswuchtung) oder bei Betriebsdrehzahl (dynamische Auswuchtung) eine gleichmäßige Massenverteilung über den Propeller zu erreichen. Im Gegensatz dazu konzentriert sich die aerodynamische Auswuchtung darauf, Blätter mit gleicher Schubkraft zu erreichen, indem die physikalischen Eigenschaften der Blätter angepasst werden, was oft als Tracking bezeichnet wird. 

In diesem Artikel werden die statische und dynamische Auswuchtung behandelt, die vor der aerodynamischen Auswuchtung durchgeführt werden sollten.

Wenn Sie einen ausführlicheren Vergleich beider Techniken suchen, sehen Sie sich unser Whitepaper über Techniken zur statischen und dynamischen Propeller-Auswuchtung für Drohnen.

Inhaltsverzeichnis:

1. Warum die Auswuchtung von Propellern wichtig ist

2. Methode der statischen Auswuchtung

3. Methode der dynamischen Auswuchtung

1. Warum die Auswuchtung von Propellern wichtig ist

Unwuchtige Propeller sind eine häufige Ursache für unerwünschte Vibrationen bei Drohnen. Diese Vibrationen können zu verschiedenen Problemen führen, darunter erhöhter Verschleiß von Lagern und Flugcontrollern, höheren Geräuschpegeln und verringerter Stabilität während des Fluges. Durch die Auswuchtung des Propellers werden diese Vibrationen minimiert, was zu ruhigeren Flügen, einer besseren Leistung des Flugcontrollers und einer längeren Lebensdauer des Propellers führt.

Während viele handelsübliche UAVs mit bereits ausgewuchteten Rotoren geliefert werden, die den ISO-Standards entsprechen, können größere oder selbstgebaute UAVs eine Auswuchtung der Propeller erfordern, um die Auswirkungen der Unwucht zu mildern.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Whitepaper über die Auswirkungen unwuchtiger Propeller auf die UAV-Leistung.

Abbildung 1: Propeller an einer Hexacopter-Drohne

2. Statische Auswuchtung: Eine einfache Methode für kleinere UAVs

Die statische Auswuchtung ist eine unkomplizierte und erschwingliche Methode zur Auswuchtung von Propellern, die typischerweise für nicht-kommerzielle UAVs verwendet wird. Bei dieser Methode wird der Propeller auf einem festen Ständer montiert und so lange angepasst, bis der Propeller sichtbar ausgewuchtet ist.

Funktionsweise:

Um eine statische Auswuchtung durchzuführen, wird der Propeller auf einen Auswuchthalter montiert, der über einen Reibungswiderstand geringen Drehpunkt bietet, meist mithilfe von Magneten. Dieser Aufbau ermöglicht es dem Propeller, sich leicht zu drehen. Wenn ein Blatt dazu neigt, nach unten zu sinken, ist es wahrscheinlich schwerer als das andere. Material kann dann zum Blatt hinzugefügt oder entfernt werden, um die Balance zu erreichen.

Für Tipps zur Technik sehen Sie sich unseren Artikel über Material hinzufügen und entfernen von Drohnenpropellern an.

Sie erkennen, dass der Propeller gut ausgewuchtet ist, wenn Sie ihn in jede beliebige Position bringen können und er dort liegen bleibt.

Abbildung 2: Statische Auswuchtung eines Drohnenpropellers mithilfe von Klebeband (Servo Magazine)

Methoden zum Hinzufügen und Entfernen von Material:

• Material hinzufügen: Materialien wie transparente Farbe, Klebstoff, Nagellack, Klebeband oder kleine Schrauben können auf das Blatt aufgetragen werden, um dessen Gewicht anzupassen.

• Material entfernen: Schleifen, Kürzen oder das Bohren von Löchern in den Propeller kann das Gewicht reduzieren. Das Schleifen erfolgt typischerweise an der Unterseite des Blattes, während das Kürzen an der Hinterkante oder den Spitzen vorgenommen wird, um aerodynamische Effekte zu minimieren.

Vorteile der statischen Auswuchtung:

• Kostengünstig: Statische Auswuchtgeräte sind im Vergleich zu dynamischen Systemen weniger teuer.

• Einfache Bedienung: Sie ist leicht zu erlernen und durchzuführen, was sie zu einer ausgezeichneten Option für Hobbyanwender macht.

• Schnelle Einrichtung: Sobald die Ausrüstung bereit ist, kann die Auswuchtung relativ schnell durchgeführt werden.

Einschränkungen:

• Genauigkeit: Die statische Auswuchtung ist weniger präzise als die dynamische Auswuchtung, und es wird kein G-Wert erzeugt, um die Auswuchtung zu messen.

• Manuelle Arbeit: Der Auswuchtungsprozess ist handlicher, was zu Abweichungen in den Ergebnissen führen kann, insbesondere bei komplexen Propellern wie faltbaren Propellern.

3. Dynamische Auswuchtung: Präzision für kommerzielle UAVs

Die dynamische Auswuchtung ist die bevorzugte Methode für Entwickler und Betreiber kommerzieller UAVs. Im Gegensatz zur statischen Auswuchtung misst die dynamische Auswuchtung die Vibration des Propellers während der Rotation, was eine Auswuchtung ermöglicht, die für die Betriebsbedingungen relevanter ist.

Funktionsweise:

Die dynamische Auswuchtung umfasst die Montage des Motors und des Propellers auf einem Testständer mit Sensoren zur Messung von Drehzahl und Vibration. Der Flight Stand von Tyto Robotics ist ein gutes Beispiel für einen Testständer mit integrierten, ISO-konformen Propeller-Auswuchtungsfunktionen. Anschließend wird eine Software verwendet, um die Daten zu analysieren und Anweisungen zum Hinzufügen oder Entfernen von Material zur Korrektur der Unwucht zu geben.

Abbildung 3: Dynamische Propeller-Auswuchtung mithilfe von Klebekorrekturen

Schritte zur dynamischen Auswuchtung:

1. Einrichtung: Montieren Sie den Motor und den Propeller auf einem Testständer und schließen Sie den Drehzahlmesser an.

2. Rotoreigenschaften eingeben: Geben Sie die Masse des Rotors, die Drehzahl und die gewünschte Auswuchtungsstufe in die Auswuchtungssoftware ein.

3. Erster Test: Führen Sie einen Testlauf durch und lassen Sie das System einen Basismesswert erfassen.

4. Kalibriergewicht anbringen: Die Software teilt Ihnen mit, wie viel Material Sie hinzufügen müssen (z. B. Klebeband, Klebstoff), um einen Kalibrierungswert zu erhalten.

5. Korrekturgewicht anbringen: Die Software teilt Ihnen mit, wie viel Material Sie hinzufügen müssen, um eine bestandene Auswuchtungsqualität zu erreichen, meist < G 6.3.

6. Endgültiges Ergebnis: Nach einem dritten Lauf bestätigt die Software, ob die Auswuchtung die gewünschte Stufe erfüllt. Wenn erforderlich, werden zusätzliche Korrekturen empfohlen.

Abbildung 4: Benutzeroberfläche der Flight Stand Software zur dynamischen Propeller-Auswuchtung

Vorteile der dynamischen Auswuchtung:

• Präzision: Die dynamische Auswuchtung liefert hochpräzise Ergebnisse und ist daher ideal für professionelle Anwendungen, bei denen die Folgen einer Unwucht erheblich sind.

• Einhaltung von Standards: Dynamische Systeme können die Auswuchtung gemäß Auswuchtungsstandards der Drohnenindustrie messen, wie z. B. ISO 21940-11:2016.

• Geschwindigkeit: Automatisierte Systeme machen den Prozess schnell, oft dauert es weniger als fünf Minuten pro Propeller.

Einschränkungen:

• Kosten: Die für die dynamische Auswuchtung erforderliche Ausrüstung ist teurer als statische Aufbauten.

• Komplexität: Einige technische Kenntnisse sind erforderlich, um dynamische Auswuchtsysteme zu bedienen, insbesondere zur Bestimmung von Variablen wie Ziel-Drehzahl und G-Wert.

Fazit

Sowohl statische als auch dynamische Auswuchtungsverfahren haben ihre Berechtigung in der Welt der Drohnenentwicklung. Für kleinere, nicht-kommerzielle Drohnen ist die statische Auswuchtung eine kostengünstige und einfache Lösung, während die dynamische Auswuchtung die bevorzugte Methode für kommerzielle Entwickler ist, die Präzision und die Einhaltung von Branchenstandards benötigen.

Um mehr zu erfahren, sehen Sie sich unser ausführliches Whitepaper über Propeller-Auswuchtungstechniken an:

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