Comment équilibrer les hélices de drone (2 méthodes)

Par Lauren Nagel

L'équilibrage des hélices est essentiel pour optimiser les performances, la fiabilité et la longévité des drones (UAV). Des hélices déséquilibrées génèrent des vibrations excessives, entraînant une diminution de l'efficacité de la poussée, une augmentation du bruit et une usure accélérée des roulements et des capteurs.

Les hélices peuvent être équilibrées selon trois méthodes : statique, dynamique et aérodynamique. 

L'équilibrage statique et dynamique consiste à ajouter des poids à l'hélice pour obtenir une masse égale sur toute l'hélice au repos (équilibrage statique) ou à la vitesse de rotation opérationnelle (équilibrage dynamique). À l'inverse, l'équilibrage aérodynamique se concentre sur l'obtention de pales générant une poussée égale, en ajustant les propriétés physiques des pales, ce que l'on appelle souvent le « tracking ». 

Cet article traite de l'équilibrage statique et dynamique, qui doit être effectué avant l'équilibrage aérodynamique.

Si vous recherchez une comparaison plus approfondie des deux techniques, consultez notre livre blanc sur les Techniques d'équilibrage statique et dynamique des hélices pour drones.

Table des matières :

1. Pourquoi l'équilibrage des hélices est important

2. Méthode d'équilibrage statique

3. Méthode d'équilibrage dynamique

1. Pourquoi l'équilibrage des hélices est important

Les hélices déséquilibrées sont une cause fréquente de vibrations indésirables sur les drones. Ces vibrations peuvent entraîner divers problèmes, notamment une usure accrue des roulements et des contrôleurs de vol, des niveaux de bruit plus élevés et une stabilité réduite en vol. En équilibrant l'hélice, ces vibrations sont minimisées, ce qui permet des vols plus fluides, de meilleures performances du contrôleur de vol et une durée de vie accrue de l'hélice.

Bien que de nombreux drones disponibles dans le commerce soient équipés de rotors pré-équilibrés conformes aux normes ISO, les drones plus grands ou construits en interne peuvent nécessiter un équilibrage des hélices pour atténuer les effets du déséquilibre.

Pour plus d'informations, consultez notre livre blanc sur les Conséquences des hélices déséquilibrées sur les performances des drones.

Figure 1 : Hélices sur un drone hexacoptère

2. Équilibrage statique : une méthode simple pour les petits drones

L'équilibrage statique est une méthode simple et abordable pour équilibrer les hélices, généralement utilisée pour les drones non commerciaux. Cette méthode consiste à monter l'hélice sur un support fixe et à effectuer des ajustements jusqu'à ce que l'hélice soit visiblement équilibrée.

Comment ça fonctionne :

Pour effectuer l'équilibrage statique, l'hélice est montée sur un équilibreur, qui fournit un point de pivot à faible friction, le plus souvent via des aimants. Cette configuration permet à l'hélice de pivoter légèrement. Si une pale a tendance à descendre, elle est probablement plus lourde que l'autre. Du matériau peut alors être ajouté ou retiré de la pale pour atteindre l'équilibre.

Pour des conseils techniques, consultez notre article sur la façon d'ajouter et de retirer du matériau sur les hélices de drone.

Vous saurez que l'hélice est bien équilibrée lorsque vous pourrez la placer dans n'importe quelle position et qu'elle restera immobile.

Figure 2 : Utilisation de ruban adhésif pour équilibrer statiquement une hélice de drone (Servo Magazine)

Méthodes pour ajouter et retirer du matériau :

• Ajout de matériau : Des matériaux comme de la peinture transparente, de la colle, du vernis à ongles, du ruban adhésif ou de petites vis peuvent être appliqués sur la pale pour ajuster son poids.

• Retrait de matériau : Le ponçage, la coupe ou le perçage de trous dans l'hélice peuvent réduire le poids. Le ponçage est généralement effectué sur le dessous de la pale, tandis que la coupe est effectuée sur le bord de fuite ou les extrémités pour minimiser les effets aérodynamiques.

Avantages de l'équilibrage statique :

• Rentable : L'équipement d'équilibrage statique est moins cher que les systèmes dynamiques.

• Facilité d'utilisation : C'est simple à apprendre et à réaliser, ce qui en fait une excellente option pour les amateurs.

• Installation rapide : Une fois l'équipement en place, l'équilibrage peut être effectué relativement rapidement.

Limites :

• Précision : L'équilibrage statique est moins précis que l'équilibrage dynamique, et aucune valeur G n'est générée pour mesurer l'équilibre.

• Travail manuel : Le processus d'équilibrage est plus manuel, ce qui peut entraîner des variations dans les résultats, surtout avec des hélices complexes comme les hélices pliables.

3. Équilibrage dynamique : précision pour les drones commerciaux

L'équilibrage dynamique est la méthode privilégiée par les développeurs et les opérateurs de drones commerciaux. Contrairement à l'équilibrage statique, l'équilibrage dynamique mesure les vibrations de l'hélice pendant qu'elle tourne, permettant un équilibre plus pertinent par rapport aux conditions de fonctionnement réelles.

Comment ça fonctionne :

L'équilibrage dynamique consiste à monter le moteur et l'hélice sur un banc d'essai équipé de capteurs pour mesurer le régime moteur (RPM) et les vibrations. Le Flight Stand de Tyto Robotics est un bon exemple de banc d'essai doté de capacités d'équilibrage d'hélice conformes à la norme ISO. Un logiciel est ensuite utilisé pour analyser les données et fournir des instructions sur l'ajout ou le retrait de matériau pour corriger le déséquilibre.

Figure 3 : Équilibrage dynamique des hélices à l'aide de corrections par ruban adhésif

Étapes de l'équilibrage dynamique :

1. Configuration : Montez le moteur et l'hélice sur un banc d'essai et connectez le capteur de régime.

2. Saisie des propriétés du rotor : Entrez la masse du rotor, le régime moteur et le grade d'équilibre souhaité dans le logiciel d'équilibrage.

3. Test initial : Effectuez un test de rotation et laissez le système capturer une lecture de base.

4. Application du poids d'étalonnage : Le logiciel vous indiquera quelle quantité de matériau ajouter (par exemple, ruban adhésif, colle) pour effectuer une lecture d'étalonnage.

5. Application du poids de correction : Le logiciel vous indiquera quelle quantité de matériau ajouter pour atteindre un grade de qualité d'équilibre satisfaisant, le plus souvent < G 6.3.

6. Résultat final : Après une troisième rotation, le logiciel confirmera si l'équilibre atteint le grade souhaité. Si nécessaire, des corrections supplémentaires seront recommandées.

Figure 4 : Interface graphique d'équilibrage dynamique des hélices du logiciel Flight Stand

Avantages de l'équilibrage dynamique :

• Précision : L'équilibrage dynamique fournit des résultats très précis, ce qui le rend idéal pour les applications professionnelles où les conséquences d'un déséquilibre sont importantes.

• Conformité aux normes : Les systèmes dynamiques peuvent mesurer l'équilibre selon les normes d'équilibrage de l'industrie des drones, telles que l'ISO 21940-11:2016.

• Vitesse : Les systèmes automatisés rendent le processus rapide, prenant souvent moins de cinq minutes par hélice.

Limites :

• Coût : L'équipement requis pour l'équilibrage dynamique est plus coûteux que les configurations statiques.

• Complexité : Certaines connaissances techniques sont nécessaires pour faire fonctionner les systèmes d'équilibrage dynamique, notamment pour déterminer des variables comme le régime moteur cible et la valeur G.

Conclusion

Les méthodes d'équilibrage statique et dynamique ont toutes deux leur place dans le monde du développement de drones. Pour les petits drones non commerciaux, l'équilibrage statique est une solution simple et rentable, tandis que l'équilibrage dynamique est la méthode incontournable pour les développeurs commerciaux qui exigent précision et conformité aux normes industrielles.

Pour en savoir plus, consultez notre livre blanc détaillé sur les techniques d'équilibrage des hélices :

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