Por Lauren Nagel
El equilibrado de hélices es un proceso fundamental para garantizar el funcionamiento suave, la fiabilidad y la longevidad de los UAV (vehículos aéreos no tripulados). El desequilibrio de una hélice puede provocar vibraciones, ruido y un desgaste acelerado de los componentes esenciales, lo que puede afectar negativamente al rendimiento del vuelo.
La norma ISO 21940-11:2016 proporciona un marco ampliamente utilizado para el equilibrado de rotores, en el que se definen los niveles permitidos de desequilibrio para lograr un rendimiento óptimo del rotor.
Este artículo explora los conceptos clave de la norma ISO 21940-11:2016, los métodos utilizados para determinar la calidad del equilibrado y los próximos pasos para equilibrar las hélices de los UAV.
Contenidos
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Norma ISO de equilibrado de rotores
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Métodos para determinar el desequilibrio residual permitido
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Tabla resumen de los grados de equilibrado
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Próximos pasos
Haz clic en estos enlaces para descubrir cómo las hélices desequilibradas provocan excesivas vibraciones y un aumento del ruido en los drones.
1. Norma ISO de equilibrado de rotores
La norma más utilizada para el equilibrado de hélices es ISO 21940-11:2016, «Procedimientos y tolerancias para rotores de comportamiento rígido». Sustituye a la norma anterior, 1940:1-2003, con definiciones actualizadas y un campo de aplicación más amplio.
La nueva norma, establecida en 2016, se basa en una premisa sencilla: el nivel de desequilibrio (U) de un rotor se considera aceptable cuando el desequilibrio residual, U, es menor o igual a un desequilibrio residual permitido predefinido, Uper, que se define como la tolerancia total en el plano del centro de masa y es proporcional a la masa del rotor:
Se mide en kg·m (kilogramo metro), g·mm (gramo milímetro), kg·mm (kilogramo milímetro) o mg·mm (miligramo milímetro).
La relación entre Uper y la masa del rotor se denomina eper, que se define como el desequilibrio específico residual permitido:
Se mide en kg·m/kg (kilogramo metro por kilogramo), m (metros), g·mm/kg (gramo milímetro por kilogramo) o μm (micrómetros), que suele ser la unidad preferida, ya que muchos valores de eper se sitúan entre 0,1 μm y 10 μm.
Para un rotor con únicamente un desequilibrio resultante (y un desequilibrio de momento despreciable), eper es la distancia entre el centro de masa del rotor y el eje del eje.Se ha observado que eper suele variar inversamente con la velocidad de servicio, n, del rotor:
Para el equilibrado de rotores de UAV, se podría sustituir «velocidad de servicio» por «velocidad de rotación de crucero», es decir, las RPM a las que funciona la hélice durante el vuelo de crucero.
Esta relación también puede expresarse como:
donde
Ω = la velocidad angular de la velocidad de crucero, en rad/s
c es una constante
Dicho de otro modo, 
donde n = velocidad de rotación de crucero en revoluciones por minuto.
Recomendado para ti: Comparación de bancos de empuje para hélices2. Métodos para determinar el desequilibrio residual permitido
ISO 21940-11:2016 especifica cinco métodos que pueden utilizarse para determinar la magnitud del desequilibrio residual permitido:-
Grados de calidad de equilibrado derivados de una amplia experiencia práctica a largo plazo con un gran número de rotores diferentes
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Evaluación experimental de los desequilibrios residuales permitidos
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Fuerzas limitadas en los cojinetes debido al desequilibrio
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Vibraciones limitadas debido al desequilibrio
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Experiencia consolidada con las tolerancias de desequilibrio
Los métodos 2 y 5 son los que más comúnmente emplean las organizaciones que han acumulado una cantidad significativa de datos de equilibrado de sus rotores específicos, suficiente para establecer internamente las tolerancias de calidad de equilibrado.
El método 1 utiliza una norma global basada en la «experiencia mundial y en consideraciones de similitud» para establecer los requisitos de calidad de equilibrado de los tipos de maquinaria típicos.La unidad del grado de calidad de equilibrado según el método 1 es «G», equivalente a la magnitud de eperΩ expresada en mm/s (milímetros por segundo). Por ejemplo, si eperΩ = 6,3 mm/s, entonces el grado de calidad de equilibrado = G 6,3.
3. Tabla resumen de los grados de calidad de equilibrado
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Tipos de maquinaria: ejemplos generales |
Grado de calidad de equilibrado (G) |
Magnitud (eperΩ mm/s) |
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Ejes de transmisión para motores diésel marinos grandes y lentos, equilibrados por naturaleza |
G 1600 |
1600 |
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Automóviles: ruedas, llantas, ejes de transmisión |
G 40 |
40 |
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Turbina de gas de aeronave |
G 6,3 |
6,3 |
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Motores eléctricos con altura de eje ≥80 mm |
G 2,5 |
2,5 |
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Giroscopios |
G 0,4 |
0,4 |
Las hélices de los UAV suelen equilibrarse con un grado de calidad G 6,3, lo que garantiza niveles bajos de vibración y un funcionamiento suave. Esto minimiza la tensión en los componentes, evita un desgaste excesivo y previene interferencias con el rendimiento de los sensores.
4. Próximos pasos
Esperamos que este artículo haya sido informativo. Si tienes más preguntas sobre las normas de equilibrado de hélices, háznoslo saber en los comentarios.
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Si estás listo para empezar a equilibrar tus hélices, consulta nuestro Equipo de equilibrado dinámico de hélices.