드론 프로펠러 밸런스 잡는 방법 (2가지 방법)

작성자: Lauren Nagel

프로펠러 밸런싱은 UAV의 성능, 신뢰성 및 수명을 최적화하는 데 필수적입니다. 균형이 맞지 않는 프로펠러는 과도한 진동을 발생시켜 추력 효율 저하, 소음 증가, 베어링 및 센서의 마모 가속화로 이어집니다.

프로펠러는 정적, 동적, 공기역학적 방식 중 하나로 밸런싱할 수 있습니다. 

정적 및 동적 밸런싱은 정지 상태(정적 밸런싱) 또는 작동 RPM(동적 밸런싱)에서 프로펠러 전체에 걸쳐 질량이 균일하도록 프로펠러에 무게추를 추가하는 방식으로 이루어집니다. 반면, 공기역학적 밸런싱은 블레이드의 물리적 특성을 조정하여 동일한 추력을 발생하도록 하는 데 중점을 두며, 흔히 트래킹이라고도 합니다. 

이 글에서는 공기역학적 밸런싱을 수행하기 전에 완료해야 하는 정적 및 동적 밸런싱에 대해 설명합니다.

두 기술에 대한 보다 심층적인 비교를 원하신다면, 드론용 정적 및 동적 프로펠러 밸런싱 기술.

목차:

1. 프로펠러 밸런싱이 중요한 이유

2. 정적 밸런싱 방법

3. 동적 밸런싱 방법

1. 프로펠러 밸런싱이 중요한 이유

균형이 맞지 않는 프로펠러는 드론에서 원치 않는 진동을 일으키는 흔한 원인입니다. 이러한 진동은 베어링 및 비행 컨트롤러의 마모 증가, 소음 수준 상승, 비행 중 안정성 저하를 포함한 다양한 문제를 일으킬 수 있습니다. 프로펠러를 밸런싱하면 이러한 진동이 최소화되어 더 부드러운 비행, 향상된 비행 컨트롤러 성능, 프로펠러 수명 연장으로 이어집니다.

많은 기성 UAV에는 ISO 표준을 충족하는 사전 밸런싱된 로터가 장착되어 있지만, 더 크거나 자체 제작한 UAV의 경우 불균형의 영향을 완화하기 위해 프로펠러 밸런싱이 필요할 수 있습니다.

자세한 내용은 불균형한 프로펠러가 UAV 성능에 미치는 영향에 대한 화이트 페이퍼를 확인해 보십시오.

그림 1: 헥사콥터 드론의 프로펠러

2. 정적 밸런싱: 소형 UAV를 위한 간단한 방법

정적 밸런싱은 프로펠러를 밸런싱하는 간단하고 저렴한 방법으로, 일반적으로 비상업용 UAV에 사용됩니다. 이 방법은 프로펠러를 고정 스탠드에 장착하고 프로펠러가 눈에 띄게 균형을 잡을 때까지 조정하는 방식입니다.

작동 원리:

정적 밸런싱을 수행하려면 프로펠러를 밸런서에 장착해야 합니다. 밸런서는 대부분 자석을 통해 마찰이 적은 회전축을 제공합니다. 이 장치를 사용하면 프로펠러를 약간 회전시킬 수 있습니다. 한쪽 블레이드가 아래로 처지는 경향이 있다면 다른 쪽보다 더 무거운 것입니다. 그런 다음 블레이드에 재료를 추가하거나 제거하여 균형을 맞출 수 있습니다.

기술에 대한 팁은 드론 프로펠러에 재료를 추가하고 제거하는 방법에 대한 글을 확인해 보십시오.

프로펠러를 아무 위치에나 놓아도 제자리에 머물면 잘 밸런싱된 것입니다.

그림 2: 테이프를 사용하여 드론 프로펠러를 정적으로 밸런싱하는 방법 (서보 매거진)

재료를 추가하고 제거하는 방법:

• 재료 추가: 투명 페인트, 접착제, 매니큐어, 접착 테이프 또는 작은 나사와 같은 재료를 블레이드에 적용하여 무게를 조정할 수 있습니다.

• 재료 제거: 프로펠러를 샌딩하거나 다듬거나 구멍을 뚫어 무게를 줄일 수 있습니다. 샌딩은 일반적으로 블레이드 아래쪽에 수행하며, 다듬기는 공기역학적 영향을 최소화하기 위해 후연 또는 팁에서 수행합니다.

정적 밸런싱의 장점:

• 비용 효율성: 정적 밸런싱 장비는 동적 시스템에 비해 저렴합니다.

• 사용 편의성: 배우고 수행하기 쉬워 취미 제작자에게 훌륭한 옵션입니다.

• 빠른 설정: 장비를 배치한 후에는 비교적 빠르게 밸런싱을 수행할 수 있습니다.

한계:

• 정확성: 정적 밸런싱은 동적 밸런싱보다 덜 정밀하며, 균형을 측정하는 G 값이 생성되지 않습니다.

• 수동 작업: 밸런싱 과정이 더 수동적이며, 특히 접이식 프로펠러와 같은 복잡한 프로펠러의 경우 결과에 편차가 생길 수 있습니다.

3. 동적 밸런싱: 상업용 UAV를 위한 정밀성

동적 밸런싱은 상업용 UAV 개발자 및 운영자가 선호하는 방법입니다. 정적 밸런싱과 달리 동적 밸런싱은 회전하는 동안 프로펠러의 진동을 측정하여 작동 조건에 더 적합한 균형을 맞출 수 있습니다.

작동 원리:

동적 밸런싱은 RPM과 진동을 측정하는 센서가 장착된 테스트 스탠드에 모터와 프로펠러를 장착하는 방식으로 이루어집니다. Tyto Robotics의 Flight Stand는 ISO 준수 프로펠러 밸런싱 기능이 내장된 테스트 스탠드의 좋은 예입니다. 그런 다음 소프트웨어를 사용하여 데이터를 분석하고 불균형을 수정하기 위해 재료를 추가하거나 제거하는 지침을 제공합니다.

그림 3: 테이프 보정을 사용한 동적 프로펠러 밸런싱

동적 밸런싱 단계:

1. 설정: 모터와 프로펠러를 테스트 스탠드에 장착하고 RPM 센서를 연결합니다.

2. 로터 속성 입력: 로터의 질량, RPM 및 원하는 밸런싱 등급을 밸런싱 소프트웨어에 입력합니다.

3. 초기 테스트: 테스트 회전을 수행하고 시스템이 기본 측정값을 캡처하도록 합니다.

4. 보정 무게 적용: 소프트웨어는 보정 측정값을 완료하기 위해 추가해야 할 재료의 양(예: 테이프, 접착제)을 알려줍니다.

5. 보정 무게 적용: 소프트웨어는 합격 밸런싱 품질 등급(대부분 < G 6.3)을 달성하기 위해 추가해야 할 재료의 양을 알려줍니다.

6. 최종 결과: 세 번째 회전 후 소프트웨어는 균형이 원하는 등급을 충족하는지 확인합니다. 필요한 경우 추가 보정이 권장됩니다.

그림 4: Flight Stand 소프트웨어 동적 프로펠러 밸런싱 GUI

동적 밸런싱의 장점:

• 정밀성: 동적 밸런싱은 매우 정확한 결과를 제공하여 불균형의 결과가 중대한 전문 애플리케이션에 이상적입니다.

• 표준 준수: 동적 시스템은 ISO 21940-11:2016과 같은 드론 업계 밸런싱 표준에 따라 균형을 측정할 수 있습니다.

• 속도: 자동화된 시스템은 프로세스를 빠르게 만들어 프로펠러 하나당 종종 5분 미만이 소요됩니다.

한계:

• 비용: 동적 밸런싱에 필요한 장비는 정적 장치보다 더 비쌉니다.

• 복잡성: 동적 밸런싱 시스템을 작동하려면 약간의 기술 지식이 필요하며, 특히 목표 RPM 및 G 값과 같은 변수를 결정하는 데 필요합니다.

결론

정적 및 동적 밸런싱 방법은 모두 드론 개발 분야에서 제 역할을 합니다. 더 작고 비상업용인 드론의 경우 정적 밸런싱이 비용 효율적이고 간단한 솔루션인 반면, 동적 밸런싱은 정밀성과 업계 표준 준수를 요구하는 상업용 개발자에게 적합한 방법입니다.

더 자세히 알아보려면 프로펠러 밸런싱 기술에 대한 심층 화이트 페이퍼를 확인해 보십시오:

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