Por Lauren Nagel
Las vibraciones excesivas perjudican el rendimiento de los UAV, provocando una degradación prematura de los componentes, una reducción del tiempo de vuelo, grabaciones de vídeo inestables y otras consecuencias adversas.
Una de las principales fuentes de estas vibraciones son las hélices desequilibradas, en las que la masa se distribuye de forma desigual entre las palas. Este desequilibrio puede estar presente desde que sale de fábrica o puede producirse debido a daños durante el transporte o la operación.
En este artículo, revisamos estudios que exploran la relación entre el desequilibrio de las hélices y las vibraciones, y ofrecemos una recomendación sobre cómo limitar las vibraciones en los UAV.
Tabla de contenidos
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Vibración frente a RPM y diámetro de la hélice
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Desarrollo de un modelo para detectar vibraciones inducidas por desequilibrio
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Cómo reducir las vibraciones de las hélices en los UAV
Figura 1: Hélice montada en un UAV
1. Vibración frente a RPM y diámetro de la hélice
En el mundo de los multirrotores, varios estudios han confirmado que la relación causal entre el desequilibrio de las hélices y las vibraciones se extiende a los UAV. Dichos estudios nos han ayudado a comprender mejor este fenómeno, incluyendo cuándo se convierte en motivo de preocupación.
En Kuantama (2019), se utilizó un vibrómetro láser Doppler para medir las vibraciones en hélices de UAV equilibradas y desequilibradas. En el estudio, se enfocó un rayo láser en tres áreas de las hélices: la punta, el centro de la pala y el buje, donde se monitoreó el movimiento dinámico de la hélice para derivar la velocidad de vibración.
Se comparó una hélice de 13 pulgadas y otra de 14 pulgadas.
Antes de los experimentos, los autores utilizaron un sistema de equilibrado estático para equilibrar las hélices en dos áreas: el centro de las palas y el buje. Luego, las hélices se montaron en un soporte de rotor y se aceleraron hasta 7000 RPM.
Figura 2: Configuración de prueba del vibrómetro láser de Kuantama (2019) (Reproducido de Kuantama, 2019, con licencia bajo CC BY 4.0.)
Curiosamente, a RPM más altas, la hélice de 14” demostró una diferencia mucho mayor en la velocidad de vibración entre los modelos equilibrados y desequilibrados, en comparación con la hélice de 13”.
A 5000 RPM, la hélice desequilibrada de 13” exhibió una velocidad de vibración un 12% o 0.4 m/s mayor en comparación con la hélice equilibrada. En comparación, esta diferencia alcanzó el 33% o un aumento de 2.3 m/s en la velocidad de vibración entre las hélices desequilibradas y equilibradas de 14”. Los autores señalaron que “se produjo un aumento drástico en la velocidad de vibración por encima de las 4000 RPM.
Figura 3: Velocidad de vibración de una hélice de 13” (izquierda) y una hélice de 14” (derecha) (Reproducido de Kuantama, 2019, con licencia bajo CC BY 4.0.)
Estos resultados respaldan hallazgos anteriores de que las vibraciones debidas al desequilibrio de las hélices tienen un mayor impacto a RPM más altas y sugieren que pueden ser más perjudiciales en los UAV con hélices más grandes.
Lectura adicional: Estándares de equilibrado de hélices para drones
2. Desarrollo de un modelo para detectar vibraciones inducidas por desequilibrio
Un estudio más reciente de Salem et al. (2025) tenía como objetivo abordar los desafíos asociados con la detección del desequilibrio del rotor en entornos dinámicos, como aquellos que involucran turbulencia del viento y ruido ambiental.
El desequilibrio se introdujo en el sistema aflojando uno de los tornillos de la pala en una hélice. Los patrones de vibración se registraron utilizando un sensor de sistema microelectromecánico (MEMS) montado en el cuerpo del UAV, y los datos registrados se utilizaron para entrenar su modelo de red neuronal perceptrón multicapa MLP, que luego se aplicaría a un conjunto de datos de prueba.
En sus resultados, señalaron que el perfil de vibración del rotor desequilibrado mostró significativamente más vibración en los tres ejes (X, Y, Z) en comparación con el rotor equilibrado. La desviación fue más pronunciada en el eje X, con picos que superaron los 2g, pero los patrones irregulares observados en los ejes Y y Z sugieren que el desequilibrio indujo vibraciones secundarias en todo el sistema.
El autor señala que “Estas fluctuaciones no solo podrían comprometer la estabilidad del UAV, sino también aumentar el riesgo de falla mecánica si no se abordan.”
Figura 4: Aceleración de vibración para hélices a) equilibradas y b) desequilibradas (Salem, 2025) (Reproducido de Salem, 2025, con licencia bajo CC BY 4.0.)
Su red neuronal fue capaz de lograr un coeficiente de correlación de 0.9224 en conjuntos de datos de prueba, lo que sugiere que el modelo puede usarse para identificar desequilibrios específicos en otros sistemas de propulsión utilizando datos similares.
Es esencial que las vibraciones se caractericen con precisión en los sistemas UAV, ya que contribuyen a los factores discutidos en las siguientes secciones.
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3. Cómo reducir las vibraciones de las hélices en los UAV
Estudios como estos plantean varias preguntas: ¿A qué RPM los efectos del desequilibrio causan vibraciones excesivas para una hélice determinada? ¿Pueden los modelos de vibración de hélices ayudar a identificar desequilibrios en otras aeronaves? ¿Cómo se puede reducir la vibración de las hélices?
Para responder a ambas preguntas, necesitamos datos robustos para caracterizar las hélices en cuestión.
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Figura 5: Añadir contrapesos a las palas de una hélice para lograr una distribución de masa uniforme
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