Por Lauren Nagel
A vibração excessiva prejudica o desempenho dos VANT, provocando a degradação prematura dos componentes, a redução do tempo de voo, gravações de vídeo instáveis e outras consequências adversas.
Uma das principais fontes desta vibração são as hélices desequilibradas, nas quais a massa está distribuída de forma desigual pelas pás. Este desequilíbrio pode estar presente logo após a saída de fábrica ou pode ocorrer devido a danos durante o transporte ou a operação.
Neste artigo, analisamos estudos que exploram a relação entre o desequilíbrio da hélice e a vibração, e apresentamos uma recomendação sobre como limitar a vibração nos VANT.
Índice
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Vibração vs. RPM e diâmetro da hélice
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Desenvolvimento de um modelo para detetar vibração induzida por desequilíbrio
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Como reduzir a vibração das hélices nos VANT
Figura 1: Hélice montada num VANT
1. Vibração vs. RPM e diâmetro da hélice
No mundo dos multirotores, vários estudos confirmaram que a relação causal entre o desequilíbrio da hélice e a vibração se estende aos VANT. Tais estudos ajudaram-nos a compreender melhor este fenómeno, incluindo quando este se torna motivo de preocupação.
Em Kuantama (2019), foi utilizado um vibrómetro Doppler a laser para medir a vibração em hélices de VANT equilibradas e desequilibradas. No estudo, um feixe de laser foi focado em três áreas das hélices: a ponta, o centro da pá e o cubo, onde monitorizou o movimento dinâmico da hélice para determinar a velocidade de vibração.
Foram comparadas hélices de 13 e 14 polegadas.
Antes dos experimentos, os autores utilizaram um sistema de equilíbrio estático para equilibrar as hélices em duas áreas: o centro das pás e o cubo. As hélices foram depois montadas num suporte de rotor e submetidas a 7000 RPM.
Figura 2: Configuração do teste de vibrómetro a laser de Kuantama (2019) (Reproduzido de Kuantama, 2019, licenciado sob CC BY 4.0.)
Curiosamente, a RPMs mais elevadas, a hélice de 14” demonstrou uma diferença muito maior na velocidade de vibração entre os modelos equilibrados e desequilibrados, quando comparada com a hélice de 13”.
A 5000 RPM, a hélice de 13” desequilibrada apresentou uma velocidade de vibração 12% ou 0,4 m/s superior à da hélice equilibrada. Em comparação, esta diferença atingiu 33% ou um aumento de 2,3 m/s na velocidade de vibração entre as hélices de 14” desequilibrada e equilibrada. Os autores observaram que “ocorreu um aumento drástico da velocidade de vibração acima de 4000 RPM.
Figura 3: Velocidade de vibração de uma hélice de 13” (esquerda) e de uma hélice de 14” (direita) (Reproduzido de Kuantama, 2019, licenciado sob CC BY 4.0.)
Estes resultados corroboram descobertas anteriores de que as vibrações causadas pelo desequilíbrio da hélice têm um impacto maior a RPMs mais elevadas e sugerem que podem ter consequências mais graves nos VANT com hélices maiores.
Leitura adicional: Normas de Equilíbrio das Hélices dos Drones
2. Desenvolvimento de um modelo para detetar vibração induzida por desequilíbrio
Um estudo mais recente de Salem et al. (2025) teve como objetivo abordar os desafios associados à deteção do desequilíbrio do rotor em ambientes dinâmicos, como os que envolvem turbulência do vento e ruído ambiental.
O desequilíbrio foi introduzido no sistema ao afrouxar um dos parafusos da pá de uma hélice. Os padrões de vibração foram registados utilizando um sensor de sistema microeletromecânico (MEMS) montado no corpo do VANT, e os dados registados foram utilizados para treinar o seu modelo de rede neuronal MLP (Perceptron Multicamadas), que posteriormente seria aplicado a um conjunto de dados de teste.
Nos seus resultados, observaram que o perfil de vibração do rotor desequilibrado apresentou significativamente mais vibração em todos os três eixos (X, Y, Z) em comparação com o rotor equilibrado. O desvio foi mais pronunciado no eixo X, com picos superiores a 2g, mas os padrões irregulares observados nos eixos Y e Z sugerem que o desequilíbrio induziu vibrações secundárias em todo o sistema.
O autor observa que “Estas flutuações não só poderiam comprometer a estabilidade do VANT, como também aumentar o risco de falha mecânica se não fossem corrigidas.”
Figura 4: Aceleração de vibração para hélices a) equilibradas e b) desequilibradas (Salem, 2025) (Reproduzido de Salem, 2025, licenciado sob CC BY 4.0.)
A sua rede neuronal conseguiu atingir um coeficiente de correlação de 0,9224 em conjuntos de dados de teste, sugerindo que o modelo pode ser utilizado para identificar desequilíbrios específicos noutros sistemas de propulsão utilizando dados semelhantes.
É essencial que a vibração seja caracterizada com precisão nos sistemas VANT, uma vez que contribui para os fatores discutidos nas secções seguintes.
Recomendado para si: Opções de Teste em Túnel de Vento (Comparadas)
3. Como reduzir a vibração das hélices nos VANT
Estudos como estes levantam várias questões: A que RPM os efeitos do desequilíbrio causam vibração excessiva numa determinada hélice? Os modelos de vibração das hélices podem ajudar a identificar desequilíbrios noutras aeronaves? Como pode a vibração das hélices ser reduzida?
Para responder a ambas as questões, precisamos de dados robustos para caracterizar as hélices em questão.
Na Tyto Robotics, desenvolvemos um sistema dinâmico de equilíbrio de hélices que permite aos utilizadores quantificar e corrigir desequilíbrios nas suas hélices.
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Figura 5: Adição de pesos às pás de uma hélice para alcançar uma distribuição de massa uniforme
Para saber mais sobre como as hélices desequilibradas podem afetar o seu VANT, descarregue o nosso artigo técnico: Consequências do Desequilíbrio da Hélice no Desempenho dos VANT:
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