螺旋槳平衡是確保無人機(UAV)平穩運行、可靠性和使用壽命的關鍵過程。螺旋槳的不平衡會導致振動、噪音，并加速關鍵部件的磨損，從而對飛行性能產生負面影響。
ISO 21940-11:2016標準為旋翼平衡提供了一個廣泛引用的框架，定義了可接受的不平衡水平，以實現最佳的旋翼性能。
本文探討了ISO 21940-11:2016標準背后的關鍵概念、確定平衡質量的方法以及下一步如何平衡無人機螺旋槳：
- ISO旋翼平衡標準
- 確定允許殘余不平衡的方法
- 平衡等級匯總表
- 無人機螺旋槳動平衡測試臺推薦
一、ISO 21940-11螺旋槳平衡標準
當前最常用的螺旋槳平衡標準是ISO 21940-11:2016，“剛性行為旋翼的程序和公差”。它取代了之前的標準1940:1-2003，提供了更新的定義和更廣泛的應用。
該新標準于2016年制定，遵循一個簡單的前提：當旋翼的不平衡度（U）小于或等于預定義的允許殘余不平衡度（Uper）時，認為旋翼的不平衡水平是可接受的。Uper定義為質心平面的總公差，并與旋翼的質量成正比：
其單位為kg·m（千克米），g·mm（克毫米），kg·mm（千克毫米）或mg·mm（毫克毫米）。
Uper與旋翼質量的比值稱為eper，定義為允許的殘余特定不平衡度：
其單位為kg·m/kg（千克米每千克），m（米），g·mm/kg（克毫米每千克）或μm（微米），許多eper值通常在0.1 μm到10 μm之間，因此微米通常是首選單位。
對于僅存在結果不平衡（且力矩不平衡可忽略不計）的旋翼，eper是旋翼質心與軸軸線之間的距離。
觀察到eper通常與旋翼的服務速度n成反比：
對于無人機旋翼平衡，可以用“巡航轉速”替換“服務速度”，即螺旋槳在巡航飛行時的轉速（RPM）。
這種關系也可以表示為：
其中
Ω = 巡航速度的角速度，單位為rad/s
c是一個常數
換句話說，
其中n = 巡航轉速，單位為轉/分鐘。
二、確定允許殘余不平衡的方法
ISO 21940-11:2016規定了五種可以確定允許殘余不平衡大小的方法：
- 基于長期實踐經驗，使用大量不同旋翼得出的平衡質量等級
- 實驗評估允許的殘余不平衡
- 因不平衡導致的有限軸承力
- 因不平衡導致的有限振動
- 基于不平衡容差的既定經驗
對于方法3和4，目標分別是限制軸承力和振動。通過相應的軸承力和振動限值來設置平衡質量公差。
方法2和5最常用于積累了大量特定旋翼平衡數據的組織，這些數據足以內部設定平衡質量公差。
方法1采用基于“全球經驗及相似性考慮”的全球標準，為典型機械類型設定平衡質量要求。
根據方法1，平衡質量等級的單位是“G”，相當于eperΩ以mm/s（毫米/秒）為單位的大小。例如，如果eperΩ = 6.3 mm/s，則平衡質量等級 = G 6.3。
三、平衡質量等級匯總表
無人機螺旋槳通常平衡到G 6.3質量等級，以確保低振動水平和平穩運行。這減少了部件的應變，防止過度磨損，并避免干擾傳感器性能。
四、無人機螺旋槳動平衡測試臺推薦
Flight Stand 系列動力測試臺全部支持螺旋槳動平衡分析測試功能，用戶僅需幾個簡單的操作步驟，輕松實現電機和螺旋槳ISO21940-11: 2016 標準級的動平衡精度。
測試臺一體化集成有三坐標振動傳感器和轉速傳感器，通過測量動力系統的振動可以精準測量電機和螺旋槳的動不平衡程度。
僅需兩次快速旋轉，輕松獲取動力系統的不平衡數據：首次旋轉沒有配重，第二次旋轉根據軟件計算數據首次添加配重。根據兩次旋轉獲得的綜合數據，軟件提供配重修正值。第二次添加配重值后，系統最終旋轉來驗證動力系統的動平衡水平是否達到期望的ISO 21940-11: 2016 動平衡等級。
無人機螺旋槳動平衡分析測試臺
 的基本使用資料)
