螺旋桨平衡是确保无人机(UAV)平稳运行、可靠性和使用寿命的关键过程。螺旋桨的不平衡会导致振动、噪音，并加速关键部件的磨损，从而对飞行性能产生负面影响。
ISO 21940-11:2016标准为旋翼平衡提供了一个广泛引用的框架，定义了可接受的不平衡水平，以实现最佳的旋翼性能。
本文探讨了ISO 21940-11:2016标准背后的关键概念、确定平衡质量的方法以及下一步如何平衡无人机螺旋桨：
- ISO旋翼平衡标准
- 确定允许残余不平衡的方法
- 平衡等级汇总表
- 无人机螺旋桨动平衡测试台推荐
一、ISO 21940-11螺旋桨平衡标准
当前最常用的螺旋桨平衡标准是ISO 21940-11:2016，“刚性行为旋翼的程序和公差”。它取代了之前的标准1940:1-2003，提供了更新的定义和更广泛的应用。
该新标准于2016年制定，遵循一个简单的前提：当旋翼的不平衡度（U）小于或等于预定义的允许残余不平衡度（Uper）时，认为旋翼的不平衡水平是可接受的。Uper定义为质心平面的总公差，并与旋翼的质量成正比：
其单位为kg·m（千克米），g·mm（克毫米），kg·mm（千克毫米）或mg·mm（毫克毫米）。
Uper与旋翼质量的比值称为eper，定义为允许的残余特定不平衡度：
其单位为kg·m/kg（千克米每千克），m（米），g·mm/kg（克毫米每千克）或μm（微米），许多eper值通常在0.1 μm到10 μm之间，因此微米通常是首选单位。
对于仅存在结果不平衡（且力矩不平衡可忽略不计）的旋翼，eper是旋翼质心与轴轴线之间的距离。
观察到eper通常与旋翼的服务速度n成反比：
对于无人机旋翼平衡，可以用“巡航转速”替换“服务速度”，即螺旋桨在巡航飞行时的转速（RPM）。
这种关系也可以表示为：
其中
Ω = 巡航速度的角速度，单位为rad/s
c是一个常数
换句话说，
其中n = 巡航转速，单位为转/分钟。
二、确定允许残余不平衡的方法
ISO 21940-11:2016规定了五种可以确定允许残余不平衡大小的方法：
- 基于长期实践经验，使用大量不同旋翼得出的平衡质量等级
- 实验评估允许的残余不平衡
- 因不平衡导致的有限轴承力
- 因不平衡导致的有限振动
- 基于不平衡容差的既定经验
对于方法3和4，目标分别是限制轴承力和振动。通过相应的轴承力和振动限值来设置平衡质量公差。
方法2和5最常用于积累了大量特定旋翼平衡数据的组织，这些数据足以内部设定平衡质量公差。
方法1采用基于“全球经验及相似性考虑”的全球标准，为典型机械类型设定平衡质量要求。
根据方法1，平衡质量等级的单位是“G”，相当于eperΩ以mm/s（毫米/秒）为单位的大小。例如，如果eperΩ = 6.3 mm/s，则平衡质量等级 = G 6.3。
三、平衡质量等级汇总表
无人机螺旋桨通常平衡到G 6.3质量等级，以确保低振动水平和平稳运行。这减少了部件的应变，防止过度磨损，并避免干扰传感器性能。
四、无人机螺旋桨动平衡测试台推荐
Flight Stand 系列动力测试台全部支持螺旋桨动平衡分析测试功能，用户仅需几个简单的操作步骤，轻松实现电机和螺旋桨ISO21940-11: 2016 标准级的动平衡精度。
测试台一体化集成有三坐标振动传感器和转速传感器，通过测量动力系统的振动可以精准测量电机和螺旋桨的动不平衡程度。
仅需两次快速旋转，轻松获取动力系统的不平衡数据：首次旋转没有配重，第二次旋转根据软件计算数据首次添加配重。根据两次旋转获得的综合数据，软件提供配重修正值。第二次添加配重值后，系统最终旋转来验证动力系统的动平衡水平是否达到期望的ISO 21940-11: 2016 动平衡等级。