В статье представлено решение компании «Висом» для виброналадки вертолетов. Приведены примеры, показывающие, как с помощью комплекса ВС-311В успешно проводится виброотладка и небольших машин для частного пользования, и крупных вертолетов, состоящих в парке МЧС.
АО «Висом», г. Смоленск
Инженер-прочнист ЦАГИ Н.Н. Корчемнин любил говорить, что вертолет летает потому, что трясется. Фраза, конечно, шуточная, но, как известно, в каждой шутке есть доля истины.
Появилась эта фраза в пятидесятых, когда, наряду с прочими мировыми событиями, активным образом разрабатывались новые типы вертолетов. Над созданием винтокрылых машин только в нашей стране трудились четыре ОКБ – А. С. Яковлева, М. Л. Миля, И. П. Братухина и Н. И. Камова. Проектировались и испытывались первые советские вертолеты Як-100, Ми-1, Б-11 и Ка-10. Теория вертолетостроения схлестывалась с практикой, подтверждая или опровергая себя ценой неимоверного человеческого труда, а порой и самого дорогого – человеческой жизни.
Основным проявлением несовершенств конструкции вертолетов того времени была повышенная вибрация. С этой проблемой сталкивались буквально все конструкторы. Чтобы докопаться до истины, приходилось проводить множество испытаний с использованием доступных для того времени инструментов – простых одноосевых вибрографов, ватманов с краской на лопастях при проверке соконусности, пленочных фотокамер для замера конуса в полете и т.д.
Прошли десятки лет, было создано множество новых моделей вертолетов, но проблемы, возникающие при разработке и эксплуатации, остались прежними. С этими же проблемами столкнулись и наши заказчики.
Например, соосные вертолеты Р-30 взлетной массой до 500 кг – их разработало и производит ОКБ «Ротор» в городе Кумертау (республика Башкирия). Коллектив предприятия сформировался на базе аэроклуба при заводе КумАПП, серийно выпускавшем такие модели, как КА-32, КА-26 и др. Вертолет Р-30 – всепогодный (летает при порывах ветра до 25 м/с), легкий (250 кг собственной массы), грузоподъемный (до 240 кг). Несмотря на скромные габариты и внешнюю, казалось бы, простоту, в его конструкции применено несколько очень интересных решений. Использована новая несущая система: управление соосными несущими винтами выполнено таким образом, что в пространстве между ними в набегающем воздушном потоке отсутствуют тяги, качалки или какие-либо другие элементы конструкции. Эти элементы, завихряя поток, создают значительное паразитное аэродинамическое сопротивление. Таким образом, конструкция у вертолета получилась довольно оригинальная и удачная, но со стороны летчиков-испытателей поступали жалобы на повышенную вибрацию.
Отработку вертолета с помощью комплекса виброналадки ВС-311В (рис. 1) было решено начать с проверки комплекта лопастей на флаттер (новый комплект только что поступил с завода КумАПП и не проходил подобных испытаний).
Рис. 1. Комплекс виброналадки ВС-311В, развернутый на взлетной площадке
Суть испытаний заключается в том, чтобы сместить центр тяжести лопасти назад и проанализировать вибрации, возникающие от несущего винта в разных положениях органов управления (шаг винта, обороты и т.д.). Как правило, если флаттер проявляется, то его видно невооруженным глазом. Но к такому вопросу нельзя подходить «на глазок», поэтому записи от датчиков вибрации на разных режимах работы вертолета анализируются с помощью комплекса ВС-311В, и по спектральной картине отлавливаются малейшие намеки на гармоники, некратные оборотной частоте. По результатам проверки на пробном комплекте признаков флаттера не было обнаружено.
Затем следует проверка соконусности. Конус был в норме после первой же установки, вероятно, сказался тот факт, что лопасти у данной модели вертолета короткие и без триммеров. К тому же из-за размеров вертолета механики на глаз выставили длины тяг сразу удачно.
Далее, поскольку машина опытная и конструктору необходимо было узнать картину вибрации разных узлов, было проведено виброобследование с привязкой к оборотам несущего винта. Для удобства демонстрации было решено проводить виброобследование по записанным данным с помощью настольного ПО VisAnalyser. При таком подходе у конструктора остаются все исходные файлы сигналов первичных преобразователей и он может в любое время при необходимости произвести нужный анализ данных: построить спектр (рис. 2), обнаружить резонансы, проанализировать фазовые привязки и т.д.
Рис. 2. Спектр вибрации в единицах виброскорости, построенный по данным от трехосевого акселерометра (увеличить изображение)
С помощью данных о конструкции вертолета, соотношении частот вращения редуктора, двигателя и несущего винта нами было установлено, что вал двигателя и вал редуктора, соединенные муфтой, несоосны. После центровки повторное виброобследование с помощью комплекса ВС-311В показало, что теперь в спектре преобладают вибрации оборотной частоты несущего винта, которые можно устранить динамической балансировкой. В результате проведения балансировки вибрация снизилась в два раза по сравнению с исходным состоянием. Контроль значений виброскорости при балансировке велся по всем трем осям вертолета.
Почему мы делаем упор на контроле вибрации в трех осях?
В ТУ на вертолет часто нормируются значения вибрации только по вертикальной оси, остальные оси не учитываются. И в ряде случаев может оказаться, что либо изначально вибрации по поперечной и осевой составляющей ощутимо большие, либо они вырастают при проведении балансировки с учетом только одной вертикальной составляющей. По инерции такие ТУ переписываются и на новые вертолеты, хотя уже не составляет труда контролировать большее количество точек. К примеру, ВС-311В поддерживает до 8 точек измерения вибрации. Далеко не лишним, на наш взгляд, было бы нормировать вибрацию не только под креслом пилота, но и в других важных местах фюзеляжа, например в пассажирской кабине, в кресле оператора, в отсеке с измерительным оборудованием и пр.
В ходе балансировки вертолета Р-30, хотя мы добились существенного снижения вибрации, открылась возможность снизить ее еще больше. Дело в том, что нижний и верхний винт имеет каждый по две лопасти; в нашем случае тяжелая точка ушла от оси установки лопастей, и, чтобы до конца ее сбалансировать, необходимо иметь в конструкции вертолета возможность отрегулировать угол отклонения лопасти от общей осевой линии (как делается в некоторых моделях фирмы Robinson), иначе придется вешать довольно большой груз непосредственно на втулке несущего винта. Есть альтернативные варианты: или повысить точность изготовления деталей втулки, чтобы свести вероятность появления выше обозначенных проблем к минимуму, или – в качестве радикального решения – перейти к трехлопастным винтам, что значительно удорожит конструкцию.
Другой наш опыт виброналадки связан с небольшим вертолетом классической схемы Dynali H2 массой 370 кг и грузоподъемностью 230 кг.
К нам в компанию «Висом» обратился владелец такого вертолета с жалобами на повышенную вибрацию. В прилагаемой к вертолету инструкции говорилось: «При раскрутке на скоростях вращения несущего винта от 270 до 310 об/мин присутствует склонность к земному резонансу. Его нужно проходить как можно быстрее. В нормальном полете вертолет совсем не вибрирует». Однако это утверждение оказалось не совсем верным. По стандартной программе сначала был замерен конус, его параметры оказались в норме.
Анализ спектральных составляющих вибрации показал, что имеет смысл отбалансировать несущий винт. В мировой практике подобная операция применяется повсеместно, а на данном вертолете присутствовали стандартные места под установку грузов на конце лопасти. Груз в 2 грамма снизил вибрацию в три раза практически по всем трем осям. Эти параметры полностью устраивали заказчика.
Dynali H2 – двухлопастной вертолет, и мы испытывали опасения насчет возможности корректировки небаланса, лежащего не в оси установки лопастей, как в случае с Р-30. Но конструкция оказалась собрана точнее и проблем не возникло.
Вертолеты Р-30 и Dynali H2 на первый взгляд могут показаться «игрушечными». В силу их маленьких размеров с ними и правда намного проще работать. Поэтому логичным будет вопрос: справится ли ВС-311В с «настоящими» вертолетами?
По запросу компании «ВР-Сервис» мы со своим оборудованием проводили отработку вертолета КА-32, находящегося в эксплуатации МЧС России.
Регулировка соконусности проводилась с помощью штатного приспособления и параллельно с помощью комплекса ВС-311В (рис. 3).
Рис. 3. Штатив с измерительными датчиками (слева) в сравнении со штатным приспособлением
Рекомендации по регулировкам были идентичные. По результатам работы с нашим комплексом заказчик отметил, что, в отличие от штатного приспособления, для регулировки соконусности необходим только один специалист – проводить измерения для режима «малый газ» и «автомат» за один раз (для каждого режима), не перенастраивая установку, как в случае со штатным приспособлением, на нижний и верхний винт. Точность измерений с помощью комплекса ВС-311В несоизмеримо выше, чем у штатного приспособления, и не зависит от ширины законцовки лопасти, ее формы и того, успели ли убрать ватман после первого удара о лопасть или нет. Также работы можно проводить в темное время суток, при наличии осадков и, что немаловажно, не рискуя повредить лопасти вертолета при ударе по ним штатного приспособления при внезапном порыве ветра. Можно также закрепить датчики на швартовочных петлях хвоста (в случае с КА-32) и посмотреть конус по данным полета.
После регулировки соконусности вибрация в режиме висения не соответствовала ТУ, поэтому оперативно, не прибегая к дополнительным комплексам и приспособлениям, штатными средствами комплекса ВС-311В была проведена балансировка несущих винтов вертолета. Вибрация после балансировки нижнего винта вошла в нормативные параметры, которые устроили заказчика.
Комплекс ВС-311В позволяет в том числе учитывать фактор времени и гибко подходить к вопросу балансировки. Прибор дает возможность балансировать винты по отдельности, не учитывая их взаимовлияние, а также проводить балансировку обоих винтов сразу. Двухплоскостная балансировка занимает всего три пуска. Имеется возможность для дальнейшего снижения количества пусков: набрав статистику для одного типа вертолета, можно сразу добиваться значительного снижения вибрации благодаря режиму балансировки по ДКВ.
Таким образом, комплекс воздушных судов ВС-311В может применяться для отработки вертолетов различных схем и размеров, от маленьких до самых больших – вплоть до МИ-26.
Итак, вертолет – это сложная конструкция с множеством потенциальных источников вибрации. И чтобы не вспоминать каждый раз высказывание Н.Н. Корчемнина, нужно использовать соответствующие комплексы по вибрационному обслуживанию. Такие комплексы, которые могут не только выполнить весь спектр стандартных задач по наладке вертолета быстро и эффективно, но и позволят в случае необходимости заглянуть более детально в конструкцию, обнаружив дефект на ранней стадии. Сделать нормальным значение вибрации не на уровне близком к ТУ, а гораздо ниже. Такие комплексы, которые будут полезны и понятны не только технику на аэродроме, но и конструктору вертолета. Такие комплексы, как ВС-311В.
Опубликовано в интернете 19.05.2020
АО «Висом», г. Смоленск,
тел.: +7 (915) 645-2370,
e-mail: contact@visom.ru,
сайт: visom.ru/ru
_big.jpg'); "4(106)_small.jpg")
