Авторка — Лорен Нейґел
Надмірна вібрація погіршує характеристики БПЛА: прискорює зношення компонентів, скорочує політ, дестабілізує відеозаписи й спричиняє інші небажані наслідки.
Одне з головних джерел — дисбаланс пропелерів, коли маса нерівномірно розподілена між лопатями. Він може бути присутній із заводу або виникнути через пошкодження під час транспортування чи роботи.
У статті розглянуто дослідження зв’язку дисбалансу з вібрацією та наведено рекомендацію щодо її обмеження в БПЛА.
Зміст
Вібрація залежно від обертів і діаметра пропелера
Модель виявлення вібрації, спричиненої дисбалансом
Як зменшити вібрацію пропелерів БПЛА
Рисунок 1. Пропелер на БПЛА
1. Вібрація залежно від обертів і діаметра пропелера
Кілька досліджень мультикоптерів підтвердили причинний зв’язок між дисбалансом пропелерів і вібрацією БПЛА. Вони допомогли краще зрозуміти явище та умови, за яких воно стає проблемою.
У дослідженні Kuantama (2019) лазерний доплерівський віброметр вимірював вібрацію збалансованих і незбалансованих пропелерів. Промінь спрямовували на кінець лопаті, її середину та маточину, відстежуючи динамічний рух і визначаючи віброшвидкість.
Порівнювали пропелери діаметром 13 і 14 дюймів.
Перед дослідами автори виконали статичне балансування в двох ділянках: середині лопатей і маточині. Потім пропелери встановили на роторний стенд і розкрутили до 7 000 об/хв.
Рисунок 2. Установка з лазерним віброметром Kuantama (2019) (Відтворено з Kuantama, 2019, за ліцензією CC BY 4.0.)
Цікаво, що за вищих обертів різниця віброшвидкості між збалансованим і незбалансованим пропелером 14 дюймів була значно більшою, ніж для 13 дюймів.
За 5 000 об/хв незбалансований пропелер 13 дюймів мав віброшвидкість на 12%, або 0,4 м/с, вищу за збалансований. Для 14 дюймів різниця сягала 33%, або 2,3 м/с. Автори відзначили різке зростання віброшвидкості понад 4 000 об/хв.
Рисунок 3. Віброшвидкість пропелерів 13 дюймів (ліворуч) і 14 дюймів (праворуч) (Відтворено з Kuantama, 2019, за ліцензією CC BY 4.0.)
Результати підтверджують, що вібрація від дисбалансу сильніше впливає за вищих обертів і може мати серйозніші наслідки для БПЛА з більшими пропелерами.
Читайте також: Стандарти балансування пропелерів дронів
2. Модель виявлення вібрації, спричиненої дисбалансом
Новіше дослідження Salem та співавторів (2025) присвячене виявленню дисбалансу ротора в динамічному середовищі з турбулентністю вітру й зовнішнім шумом.
Дисбаланс створювали послабленням одного гвинта лопаті. Вібрацію записували MEMS-датчиком на корпусі БПЛА. Дані використовували для навчання нейромережі багатошарового перцептрона (MLP), яку потім застосували до тестового набору.
Незбалансований ротор показав значно більшу вібрацію за всіма осями X, Y, Z. Найпомітніше відхилення було за X — піки понад 2g. Нерегулярність за Y та Z свідчила про вторинні коливання в усій системі.
Автор зазначає: «Ці коливання можуть не лише погіршити стійкість БПЛА, а й підвищити ризик механічної відмови, якщо їх не усунути».
Рисунок 4. Віброприскорення для а) збалансованих і б) незбалансованих пропелерів (Salem, 2025) (Відтворено з Salem, 2025, за ліцензією CC BY 4.0.)
Нейромережа досягла коефіцієнта кореляції 0,9224 на тестових даних. Це свідчить про можливість виявляти конкретні дисбаланси інших рушійних систем за подібними даними.
Вібрацію БПЛА необхідно точно характеризувати, оскільки вона впливає на чинники, розглянуті далі.
Рекомендуємо: Порівняння варіантів випробувань в аеродинамічній трубі
3. Як зменшити вібрацію пропелерів БПЛА
Такі дослідження порушують кілька запитань: за яких обертів дисбаланс певного пропелера спричиняє надмірну вібрацію? Чи допоможуть моделі вібрації виявляти дисбаланс інших апаратів? Як зменшити вібрацію пропелера?
Для відповідей потрібні надійні дані характеристик відповідних пропелерів.
Tyto Robotics розробила систему динамічного балансування, яка дає змогу кількісно визначати й усувати дисбаланс пропелерів.
Лише за кілька коротких запусків можна досягти класу балансування за ISO. Натисніть тут , щоб дізнатися більше.
Рисунок 5. Додавання вантажів до лопатей для рівномірного розподілу маси
Щоб дізнатися більше про вплив дисбалансу на БПЛА, завантажте наш технічний матеріал «Наслідки дисбалансу пропелерів для характеристик БПЛА».
Завантажити технічний матеріал
