Par Lauren Nagel
L'équilibrage des hélices est un processus critique pour assurer le bon fonctionnement, la fiabilité et la longévité des UAV (véhicules aériens sans pilote). Le déséquilibre d'une hélice peut entraîner des vibrations, du bruit et une usure accélérée des composants essentiels, ce qui peut nuire aux performances de vol.
La norme ISO 21940-11:2016 fournit un cadre largement référencé pour l'équilibrage des rotors, définissant les niveaux de déséquilibre admissibles pour obtenir une performance optimale du rotor.
Cet article explore les concepts clés derrière la norme ISO 21940-11:2016, les méthodes utilisées pour déterminer la qualité d'équilibrage et les prochaines étapes pour équilibrer les hélices d'UAV.
Table des matières
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Norme ISO d'équilibrage des rotors
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Méthodes pour déterminer le déséquilibre résiduel admissible
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Tableau récapitulatif des classes d'équilibrage
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Prochaines étapes
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1. Norme ISO d'équilibrage des rotors
La norme la plus référencée pour l'équilibrage des hélices est l'ISO 21940-11:2016, « Procédures et tolérances pour rotors en comportement rigide ». Elle remplace la norme précédente, 1940:1-2003, avec des définitions mises à jour et des applications plus larges.
La nouvelle norme, établie en 2016, suit un principe simple : le niveau de déséquilibre (U) dans un rotor est considéré comme acceptable lorsque le déséquilibre résiduel, U, est inférieur ou égal à un déséquilibre résiduel admissible prédéfini. Uper est défini comme la tolérance totale dans le plan du centre de masse et est proportionnel à la masse du rotor :
Il se mesure en kg·m (kilogramme-mètre), g·mm (gramme-millimètre), kg·mm (kilogramme-millimètre) ou mg·mm (milligramme-millimètre).
Le rapport de Uper sur la masse du rotor est appelé eper, défini comme le déséquilibre spécifique résiduel admissible :
Il se mesure en kg·m/kg, m (mètre), g·mm/kg ou μm (micromètre), qui est souvent l'unité privilégiée car de nombreuses valeurs d'eper se situent entre 0,1 μm et 10 μm.
Pour un rotor avec seulement un déséquilibre résultant (et un déséquilibre de moment négligeable), eper est la distance entre le centre de masse du rotor et l'axe de l'arbre.Il a été observé qu'eper varie généralement de façon inverse par rapport à la vitesse de service, n, du rotor :
Pour l'équilibrage des rotors d'UAV, on pourrait remplacer « vitesse de service » par « vitesse de rotation en croisière », le régime (RPM) auquel l'hélice fonctionne pendant le vol de croisière.
Cette relation peut également s'exprimer comme suit :
où
Ω = la vitesse angulaire de la vitesse de croisière, en rad/s
c est une constante
Autrement dit, 
où n = vitesse de rotation de croisière en tours/minute.
Recommandé pour vous : Comparaison des bancs de poussée pour hélices2. Méthodes pour déterminer le déséquilibre résiduel admissible
La norme ISO 21940-11:2016 spécifie cinq méthodes pouvant être utilisées pour déterminer l'ampleur du déséquilibre résiduel admissible :-
Classes de qualité d'équilibrage, dérivées d'une longue expérience pratique avec un grand nombre de rotors différents
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Évaluation expérimentale des déséquilibres résiduels admissibles
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Forces de palier limitées dues au déséquilibre
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Vibrations limitées dues au déséquilibre
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Expérience établie avec les tolérances de déséquilibre
Les méthodes 2 et 5 sont les plus couramment utilisées par les organisations ayant accumulé une quantité significative de données d'équilibrage pour leurs rotors spécifiques, suffisante pour définir en interne des tolérances de qualité d'équilibrage.
La méthode 1 utilise une norme mondiale basée sur « l'expérience mondiale et des considérations de similitude » pour définir les exigences de qualité d'équilibrage pour les types de machines typiques.L'unité pour la classe de qualité d'équilibrage selon la méthode 1 est « G », équivalente à l'ampleur d'eperΩ exprimée en mm/s (millimètres par seconde). Par exemple, si eperΩ = 6,3 mm/s, alors la classe de qualité d'équilibrage = G 6.3.
3. Tableau récapitulatif des classes de qualité d'équilibrage
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Types de machines : exemples généraux |
Classe de qualité d'équilibrage (G) |
Ampleur (eperΩ mm/s) |
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Entraînements de vilebrequins pour grands moteurs diesel marins lents, équilibrés intrinsèquement |
G 1600 |
1600 |
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Voitures : roues, jantes, arbres de transmission |
G 40 |
40 |
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Turbines à gaz d'aéronefs |
G 6.3 |
6,3 |
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Moteurs électriques avec hauteur d'axe ≥ 80 mm |
G 2.5 |
2,5 |
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Gyroscopes |
G 0.4 |
0,4 |
Les hélices d'UAV sont généralement équilibrées selon une classe de qualité G 6.3, assurant de faibles niveaux de vibration et un fonctionnement fluide. Cela minimise la contrainte sur les composants, empêchant une usure excessive et évitant les interférences avec les performances des capteurs.
4. Prochaines étapes
Nous espérons que cet article a été informatif. Si vous avez d'autres questions sur les normes d'équilibrage des hélices, faites-le nous savoir dans les commentaires.
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