Способ диагностики несущего винта вертолета при его дисбалансе

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА ПРИ ЕГО ДИСБАЛАНСЕ(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(72) Авторы Шейников Алексей Александрович Морозов Дмитрий Васильевич Санько Андрей Анатольевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(56)3945256 , 1976.2247344 1, 2005.94041466 1, 1996.2159484 , 1985.6322324 1, 2001.1418521 , 1975. САНЬКО А.А. и др. Сборник научных статей военной академии Республики Беларусь. - 2007. -12. - С. 50, 54.(57) Способ диагностики несущего винта вертолета при его дисбалансе, характеризующийся тем, что осуществляют анализ спектра сигнала виброускорения фюзеляжа вертолета при постоянной частоте вращения несущего винта и равномерном изменении шага последнего в течение заданного интервала времени, получают характеристику зависимости величины отношения амплитуд первой и лопастной гармонических составляющих упомянутого спектра сигнала от шага несущего винта, сравнивают полученную характеристику с эталонными для несущего винта с дисбалансом масс лопастей и аэродинамическим дисбалансом лопастей, по результату сравнения полученной характеристики с эталонными судят о причинах, вызвавших дисбаланс. 17590 1 2013.10.30 Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к определению дисбаланса несущего винта вертолета. В настоящее время известны различные способы определения дисбаланса несущего винта вертолета. Такие способы описаны в литературе 1, 2, 3, 4. В 1 представлен способ, позволяющий определить дисбалансы несущих винтов вертолета, закрепленных на фюзеляже на различной высоте. Последовательно измеряя амплитуды колебаний фюзеляжа вертолета на режиме висения от дисбалансов несущих винтов и поочередно устанавливаемых на одном из винтов продольных и поперечных пробных дисбалансов, по математическим выражениям определяют дисбалансы каждого воздушного винта. Способ позволяет определить дисбаланс каждого из двух несущих винтов. Существенными признаками данного способа являются измерение величины вибраций фюзеляжа вертолета от дисбаланса и пробного дисбаланса винта, вычисление дисбаланса винта. Вышеприведенному способу присущи следующие недостатки 1. Для реализации данного способа необходимо поочередно устанавливать на одном из винтов продольные и поперечные пробные дисбалансы (изменение массы лопасти), что достаточно трудоемко и технически небезопасно. 2. Способ предназначен для определения дисбалансов несущих винтов вертолета соосной схемы. 3. Способ не позволяет установить причину возникновения дисбаланса несущего винта вертолета (дисбаланс вызван неидентичностью аэродинамических или массовых характеристик лопастей). В 2 представлен способ балансировки несущего винта вертолета, отличающийся от предыдущего тем, что выполняется определение продольного статического момента лопасти как произведение массы лопасти на расстояние от центра тяжести ее до оси вращения несущего винта, прогиба в разных сечениях лопасти путем нагружения ее постоянной и равной нагрузкой, уравновешивание противоположно расположенных лопастей, кинематически соединяемых с тягами автомата перекоса, и установка их на втулку несущего винта. Вышеприведенному способу присущи следующие недостатки 1. Недостаточная сбалансированность несущего винта из-за неучета отклонений углов закрутки и центробежных сил лопастей, которые вызывают повышенный уровень вибрации вертолета, что приводит к ухудшению летных характеристик вертолета (дальности полета, грузоподъемности и экономичности) и увеличению вероятности возникновения аварийных ситуаций. 2. Способ не позволяет учитывать атмосферные условия эксплуатации вертолета. 3. Способ достаточно трудоемок, так как для балансировки несущего винта его лопасти необходимо снять с вертолета. Известен способ определения дисбаланса несущего винта вертолета одноосной схемы,отличающийся от предыдущего тем, что перед установкой лопастей на втулку воздушного винта каждую лопасть предварительно нумеруют в порядке позиций втулки и на каждой из них замеряют углы закрутки в заданных сечениях, затем по величинам статических моментов моделируют расстановку номеров комплекта лопастей по позициям из условия получения наименьшего дисбаланса центробежных сил противоположно устанавливаемых на втулке лопастей, после чего последние закрепляют на втулке в порядке номеров,определенном моделированием 3. Вышеприведенному способу присущи следующие недостатки 1. Способ не позволяет учитывать атмосферные условия эксплуатации вертолета. 2. Способ достаточно трудоемок, так как для балансировки несущего винта его лопасти необходимо снять с вертолета. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ, заключающийся в измерении величины и фазы вибраций фюзеляжа вертолета с 2 17590 1 2013.10.30 использованием показаний вертикальных вибродатчиков 4. При таком способе сигнал от дисбаланса на несущем винте формируется с помощью разности показаний вертикальных вибродатчиков, установленных с двух сторон от оси вала винта на одинаковом расстоянии от нее. Вышеприведенному способу присущи следующие недостатки 1. Если центр масс вертолета расположен со смещением по отношению к оси вала, то сигнал от дисбаланса формируется с погрешностью, что снижает точность определения дисбаланса несущего винта. 2. Способ не позволяет установить причину возникновения дисбаланса несущего винта вертолета (дисбаланс вызван неидентичностью аэродинамических или массовых характеристик лопастей). Следствием недостатков всех вышеприведенных способов является то, что в настоящее время отсутствует возможность определять причины дисбаланса несущего винта в процессе штатной эксплуатации вертолета. Задачей предлагаемого технического решения является определение причин дисбаланса несущего винта вертолета путем использования характеристик зависимостей величин отношения амплитуд первой и лопастной гармонических составляющих спектра виброускорения фюзеляжа вертолета с различной балансировкой лопастей от изменения шага несущего винта при его постоянной частоте вращения. Технический результат - снижение трудозатрат на определение причин дисбаланса несущего винта вертолета и, как следствие, снижение стоимости его технической эксплуатации. Суть предлагаемого способа заключается в следующем. Установить датчик вибрации на силовой шпангоут под главным редуктором в районе центра масс вертолета (фиг. 1, 2). Ось чувствительности датчика направить по поперечной оси вертолета (ось ) (фиг. 1). В течение заданного интервала времени, изменяя шаг несущего винта при его постоянных оборотах вращения, записать сигнал виброускорения фюзеляжа вертолета. Произвести спектральный анализ полученного сигнала (фиг. 3, 4),где 1 - амплитуда гармонической составляющей виброускорения фюзеляжа вертолета на частоте вращения несущего винта (первая гармоническая составляющая спектра виброускорения фюзеляжа вертолета) л - амплитуда лопастной гармонической составляющей несущего винта (лопастная гармоническая составляющая спектра виброускорения фюзеляжа вертолета). Получить характеристику, характеризующую изменение величины отношения амплитуды 1 к амплитуде л от значения шага несущего винта при его постоянной частоте вращения. Сравнить вид полученной характеристики с эталонными характеристиками для сбалансированного несущего винта, а также для несущих винтов с массовым и аэродинамическим дисбалансом, полученными путем моделирования. Эталонные характеристики имеют вид (фиг. 3) а) при дисбалансе несущего винта, вызванном отличием в массовых характеристиках лопастей - 1(1) 1/л 1,96 ш 2-6,31 ш 5,22,где ш - шаг воздушного винта. б) при дисбалансе несущего винта, вызванном отличием в аэродинамических характеристиках лопастей - 2 1/л- 0,75 ш 2-2,68 ш-0,93.(2) Характеристики, принятые за эталонные, получены с учетом массовых и аэродинамических характеристик лопастей для типового диапазона изменения шага несущего винта вертолета одновинтовой схемы при постоянной частоте вращения несущего винта 5. По результатам сравнения полученной характеристики с эталонными 1, 2 судят о причинах, вызвавших дисбаланс несущего винта. 3 17590 1 2013.10.30 Для реализации предлагаемого способа может быть собрана система вибродиагностики несущего винта вертолета одновинтовой схемы (фиг. 6), включающая датчик вибрации (2), для измерения сигнала виброускорения фюзеляжа вертолета во временной области аналого-цифровой преобразователь (3), соединенный, в свою очередь, с ЭВМ (4),обеспечивающей усиление и хранение полученных сигналов анализ спектра сигнала виброускорения в частотной области, вывод информации пользователю о причине возникновения дисбаланса несущего винта вертолета. Таким образом, предлагаемый способ позволяет установить причину возникновения дисбаланса несущего винта вертолета в процессе его эксплуатации при малых трудозатратах, так как не требует снятия лопастей несущего винта с вертолета и нагружения их постоянными и равными нагрузками не требует поочередной установки на лопасти винта пробных дисбалансов не требует установки более одного вибродатчика на вертолет обеспечивает дистанционное определение причины возникновения дисбаланса несущего винта вертолета. Перечень фигур, чертежей и иных материалов. Фиг. 1 - место расположения датчика вибрации на вертолете (вид из грузовой кабины вертолета). Фиг. 2 - место расположения датчика вибрации на силовом шпангоуте под главным редуктором вертолета.- система координат жестко связана с конструкцией вертолета. Начало координат лежит в центре масс, продольная осьнаправлена по строительной оси фюзеляжа по направлению полета. Осьрасположена в плоскости симметрии и направлена к верхней части вертолета. Осьнаправлена перпендикулярно плоскости симметрии вертолета в сторону его правого борта. Фиг. 3 - низкочастотный спектр вибрации фюзеляжа вертолета при шаге несущего винта - 1 град. Фиг. 4 - низкочастотный спектр вибрации фюзеляжа вертолета при шаге несущего винта - 3 град. Низкочастотный спектр вибрации фюзеляжа вертолета имеет комбинированную структуру и представляет собой сумму широкополосного шума (1) и линейчатого спектра(2), состоящего из ряда гармонических составляющих. Наибольший вклад в образование фона вносят возмущающие нагрузки, имеющие аэродинамическую природу, дискретные же составляющие обусловлены переменными силами, действующими на фюзеляж вертолета со стороны колеблющихся лопастей несущего винта. Основными источниками вибрации на вертолете являются несущий винт (2-20 Гц), рулевой винт (10-60 Гц), элементы трансмиссии (25-600 Гц) и силовая установка (200-1000 Гц). Частота лопастной гармоники несущего винта л,где- число лопастей несущего винта- частота вращения несущего винта. Фиг. 5 - характеристики, характеризующие изменение величины отношения амплитуды 1 к амплитуде л от значения шага несущего винта при постоянной частоте его вращения, при наличии дисбаланса масс лопастей и аэродинамического дисбаланса лопастей. Упомянутые характеристики получены математическим путем 5. Уровни амплитуд 1 и л, зависят как от оборотов и шага несущего винта, массы вертолета, так и от характеристик лопастей, вызывающих дисбаланс винта 5. Фиг. 6 - система вибродиагностики несущего винта вертолета. 1 - вертолет 2 - датчика вибрации 3 - аналого-цифровой преобразователь 4 - ЭВМ с программным обеспечением обработки и анализа сигнала виброускорения фюзеляжа вертолета. 4 17590 1 2013.10.30 Источники информации 1.2194959 1, 2002. 2.1239535 1, 1986. 3.2138790 1, 1999. 4.3945256 , 1976. 5. Санько А.А. и др. Сборник научных статей Военной академии Республики Беларусь. - 2007. -12. - С. 50, 54. Фиг. 6 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5