Cómo equilibrar las hélices de un dron (2 métodos)

Por Lauren Nagel

El equilibrado de hélices es esencial para optimizar el rendimiento, la fiabilidad y la longevidad de los UAV. Las hélices desequilibradas generan vibraciones excesivas, lo que provoca una reducción de la eficiencia de empuje, un aumento del ruido y un desgaste acelerado de los rodamientos y sensores.

Las hélices se pueden equilibrar de tres maneras: estática, dinámicamente y aerodinámicamente. 

El equilibrado estático y dinámico consiste en añadir pesos a la hélice para lograr una masa uniforme en toda la hélice cuando está en reposo (equilibrado estático) o a las RPM de funcionamiento (equilibrado dinámico). En contraste, el equilibrado aerodinámico se centra en lograr aspas con una generación de empuje igual, ajustando las propiedades físicas de las aspas, lo que a menudo se denomina alineación. 

Este artículo hablará sobre el equilibrado estático y dinámico, que debe realizarse antes del equilibrado aerodinámico.

Si buscas una comparación más profunda de ambas técnicas, consulta nuestro Libro Blanco sobre Técnicas de equilibrado estático y dinámico de hélices para drones.

Contenidos:

1. Por qué es importante el equilibrado de hélices

2. Método de equilibrado estático

3. Método de equilibrado dinámico

1. Por qué es importante el equilibrado de hélices

Las hélices desequilibradas son una causa común de vibraciones no deseadas en los drones. Estas vibraciones pueden causar varios problemas, incluyendo un mayor desgaste de los rodamientos y controladores de vuelo, mayores niveles de ruido y una reducción de la estabilidad durante el vuelo. Al equilibrar la hélice, estas vibraciones se minimizan, lo que lleva a vuelos más suaves, un mejor rendimiento del controlador de vuelo y una mayor vida útil de la hélice.

Aunque muchos UAV comerciales vienen con rotores preequilibrados que cumplen las normas ISO, los UAV más grandes o construidos internamente pueden requerir el equilibrado de hélices para mitigar los efectos del desequilibrio.

Para obtener más información, consulta nuestro libro blanco sobre el Consecuencias de las hélices desequilibradas en el rendimiento de los UAV.

Figura 1: Hélices en un dron hexacóptero

2. Equilibrado estático: Un método sencillo para UAV más pequeños

El equilibrado estático es un método sencillo y asequible para equilibrar hélices, utilizado normalmente para UAV no comerciales. Este método consiste en montar la hélice en un soporte fijo y realizar ajustes hasta que la hélice esté visiblemente equilibrada.

Cómo funciona:

Para realizar el equilibrado estático, la hélice se monta en un equilibrador, que proporciona un punto de pivote de baja fricción, generalmente mediante imanes. Esta configuración permite que la hélice gire ligeramente. Si una de las aspas tiende a bajar, es probable que sea más pesada que la otra. Luego se puede añadir o eliminar material de la aspa para lograr el equilibrio.

Para obtener consejos sobre la técnica, consulta nuestro artículo sobre Cómo añadir y eliminar material de hélices de drones.

Sabrás que la hélice está bien equilibrada cuando puedas colocarla en cualquier posición y se mantenga en su lugar.

Figura 2: Uso de cinta para equilibrar estáticamente una hélice de dron (Servo Magazine)

Métodos para añadir y eliminar material:

• Añadir material: Materiales como pintura transparente, pegamento, esmalte de uñas, cinta adhesiva o tornillos pequeños pueden aplicarse a la aspa para ajustar su peso.

• Eliminar material: Lijar, recortar o taladrar agujeros en la hélice puede reducir el peso. Lijar se realiza normalmente en la parte inferior de la aspa, mientras que recortar se realiza en el borde de salida o en las puntas para minimizar los efectos aerodinámicos.

Ventajas del equilibrado estático:

• Rentable: El equipo de equilibrado estático es menos costoso en comparación con los sistemas dinámicos.

• Facilidad de uso: Es sencillo de aprender y realizar, lo que lo convierte en una excelente opción para aficionados.

• Configuración rápida: Una vez que el equipo está en su lugar, el equilibrado se puede realizar relativamente rápido.

Limitaciones:

• Precisión: El equilibrado estático es menos preciso que el equilibrado dinámico, y no se genera ningún valor G para medir el equilibrio.

• Trabajo manual: El proceso de equilibrado requiere más intervención manual, lo que puede llevar a variaciones en los resultados, especialmente con hélices complejas como las plegables.

3. Equilibrado dinámico: Precisión para UAV comerciales

El equilibrado dinámico es el método preferido para desarrolladores y operadores de UAV comerciales. A diferencia del equilibrado estático, el equilibrado dinámico mide la vibración de la hélice mientras está girando, lo que permite un equilibrio más relevante para las condiciones de funcionamiento.

Cómo funciona:

El equilibrado dinámico consiste en montar el motor y la hélice en un banco de pruebas con sensores para medir las RPM y la vibración. El Flight Stand de Tyto Robotics es un buen ejemplo de un banco de pruebas con capacidades integradas de equilibrado de hélices compatibles con ISO. Luego se utiliza un software para analizar los datos y proporcionar instrucciones para añadir o eliminar material para corregir el desequilibrio.

Figura 3: Equilibrado dinámico de hélices utilizando correcciones con cinta

Pasos para el equilibrado dinámico:

1. Configuración: Monta el motor y la hélice en un banco de pruebas y conecta el sensor de RPM.

2. Ingresar las propiedades del rotor: Introduce la masa del rotor, las RPM y el grado de equilibrio deseado en el software de equilibrado.

3. Prueba inicial: Realiza una prueba de giro y permite que el sistema capture una lectura base.

4. Aplicar peso de calibración: El software te dirá cuánto material añadir (p. ej., cinta, pegamento) para completar una lectura de calibración.

5. Aplicar peso de corrección: El software te dirá cuánto material añadir para lograr una calificación de calidad de equilibrio aprobada, generalmente < G 6.3.

6. Resultado final: Después de un tercer giro, el software confirmará si el equilibrio cumple con el grado deseado. Si es necesario, se recomendarán correcciones adicionales.

Figura 4: Interfaz gráfica de usuario del software de equilibrado dinámico de hélices de Flight Stand

Ventajas del equilibrado dinámico:

• Precisión: El equilibrado dinámico proporciona resultados altamente precisos, lo que lo hace ideal para aplicaciones profesionales donde las consecuencias del desequilibrio son significativas.

• Cumplimiento de normas: Los sistemas dinámicos pueden medir el equilibrio de acuerdo con las normas de equilibrado de la industria de drones, como ISO 21940-11:2016.

• Velocidad: Los sistemas automatizados hacen que el proceso sea rápido, a menudo tomando menos de cinco minutos por hélice.

Limitaciones:

• Costo: El equipo requerido para el equilibrado dinámico es más caro que las configuraciones estáticas.

• Complejidad: Se necesita algo de conocimiento técnico para operar los sistemas de equilibrado dinámico, especialmente para determinar variables como las RPM objetivo y el valor G.

Conclusión

Tanto los métodos de equilibrado estático como dinámico tienen su lugar en el mundo del desarrollo de drones. Para drones más pequeños y no comerciales, el equilibrado estático es una solución rentable y sencilla, mientras que el equilibrado dinámico es el método preferido para desarrolladores comerciales que requieren precisión y cumplimiento con las normas de la industria.

Para obtener más información, consulta nuestro Libro Blanco detallado sobre Técnicas de Equilibrado de Hélices:

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