Опыт использования комплексов ВС-311В для виброналадки вертолётов

Опыт использования комплексов ВС-311В для виброналадки вертолётов


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 помимо всех прочих мировых событий, активным образом разрабатывались новые типы вертолётов. 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 вертолётостроения схлестывалась с практикой, подтверждая или опровергая себя ценой неимоверного человеческого труда, а порой и самым дорогим – человеческой жизнью.

Основным проявлением несовершенств конструкции вертолётов 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, плёночных фотокамер для замера конуса в полёте и т.д.

Прошли десятки лет, было создано множество новых моделей вертолётов, но проблемы, возникающие при разработке и эксплуатации, остались прежними.

С этими же проблемами столкнулись и наши заказчики.

Например, соосные вертолёты Р-30 взлётной 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. Вертолёт Р-30 всепогодный (летает при порывах ветра до 25 м/с), лёгкий (250 кг собственной массы), грузоподъёмный (до 240 кг). Несмотря на скромные габариты и внешнюю, казалось бы, простоту, в его конструкции применены 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 вертолёта получилась довольно оригинальная и удачная, но со стороны лётчиков-испытателей поступали жалобы на повышенную вибрацию.

Отработку вертолёта 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 подобные испытания.


Рис. 1. Комплекс виброналадки ВС-311В, развёрнутый на взлётной 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 невооружённым глазом. Но к такому вопросу нельзя подходить «на глазок», поэтому записи от датчиков вибрации на разных режимах работы вертолёта анализируются с помощью комплекса ВС-311В, и по спектральной картине отлавливаются малейшие намёки 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 вертолёта короткие и без триммеров. К тому же из-за размеров вертолёта механики на глаз выставили длины тяг сразу удачно.

Далее - поскольку машина опытная и конструктору было необходимо 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 трёхосевого акселлерометра.


С помощью данных о конструкции вертолёта, соотношении частот вращения редуктора, двигателя и несущего винта, нами было установлено, что вал двигателя и вал редуктора, соединённые муфтой, не соосны. После центровки повторное виброобследование при помощи 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 вёлся по всем трём осям вертолёта.

Почему мы делаем упор на контроле вибрации в трёх осях?

В ТУ на вертолёт 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 учётом только одной вертикальной составляющей. По инерции такие ТУ переписываются и на новые вертолёты, 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 вертолёта Р-30, хотя мы добились существенного снижения вибрации, открылась возможность снизить её ещё больше. Дело в том, что нижний и верхний винт имеет каждый по две лопасти; в нашем случае тяжёлая точка ушла от оси установки лопастей, и чтобы до конца её сбалансировать, необходимо иметь в конструкции вертолёта возможность отрегулировать угол отклонения лопасти от общей осевой линии (как делается в некоторых моделях фирмы Robinson), иначе придётся 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 трёхлопастным винтам, что значительно удорожит конструкцию.

Другой наш опыт виброналадки связан с небольшим вертолётом классической схемы Dynalli H2 массой 370 кг и грузоподъёмностью 230 кг.

К нам в компанию Висом обратился владелец такого вертолёта с жалобами на повышенную вибрацию. В прилагаемой к вертолёту 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 полёте вертолёт 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 вертолёте присутствовали стандартные места под установку грузов на конце лопасти. Груз в 2 грамма снизил вибрацию в три раза практически по всем трём осям. Эти параметры полностью устраивали заказчика.

Dynalli H2 - двухлопастной вертолёт, и мы испытывали опасения насчёт возможности корректировки небаланса, лежащего не в оси установки лопастей, как в случае с Р-30. Но конструкция оказалась собрана точнее и проблем не возникло.

Вертолёты Р-30 и Dynalli 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» вертолётами?

По запросу компании «ВР-Сервис» мы со своим оборудованием проводили отработку вертолёта 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, её формы и того, успели ли убрать ватман после первого удара о лопасть или нет. Также работы можно проводить в тёмное время суток, при наличии осадков и, что немаловажно, не рискуя повредить лопасти вертолёта 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 полёта.

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 вертолёта. 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 даёт 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 вертолёта, можно сразу добиваться значительного снижения вибрации благодаря режиму балансировки по ДКВ.

Таким образом, комплекс воздушных судов ВС-311В может применяться для отработки вертолётов различных схем и размеров, от маленьких до самых больших - вплоть до МИ-26.

Итак, вертолёт – 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 вертолёта 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 вертолёта. Такие комплексы как ВС-311В.