СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСБАЛАНСА НЕСУЩИХ ВИНТОВ ВЕРТОЛЕТА Российский патент 2002 года по МПК G01M1/22 

Изобретение относится к области авиационной техники и касается способа определения дисбаланса несущих винтов вертолета.

Известен способ определения дисбаланса несущего винта вертолета, заключающийся в измерении величины и фазы вибраций фюзеляжа вертолета, от дисбаланса и пробного дисбаланса винта, вычисления дисбаланса винта. Для определения дисбаланса используются показания вертикальных вибродатчиков (см. патент США 3945256; 1976 г. - прототип).

При таком способе сигнал от весового дисбаланса на несущем винте формируется с помощью разности показаний вертикальных вибродатчиков, установленных с двух сторон от оси вала винта на одинаковом расстоянии от нее. Если центр масс вертолета расположен со смещением по отношению к оси вала, то сигнал от весового дисбаланса формируется с погрешностью, что снижает точность определения дисбаланса несущего винта. У вертолетов с двумя несущими винтами, расположенными на фюзеляже на различной высоте (соосная и продольная схема вертолетов), в общем случае дисбалансы могут иметь место одновременно на каждом из двух винтов. В таком случае данный способ не позволяет определить дисбаланс каждого из двух несущих винтов.

Задача, решаемая в заявляемом техническом решении, заключается в определении дисбаланса несущих винтов вертолета при осуществлении технического результата - определении дисбалансов каждого из двух несущих винтов вертолета.

Существенными признаками заявляемого способа определения дисбаланса несущих винтов вертолета, общими с прототипом, являются измерение величины вибраций фюзеляжа вертолета от дисбаланса и пробного дисбаланса винта, вычисление дисбаланса винта.

Признаками отличными от прототипа, являются следующие.

На одном из несущих винтов, преимущественно на верхнем, при угловом положении Ψ одной и той же лопасти невращающегося несущего винта относительно продольной плоскости симметрии вертолета, устанавливают поочередно один продольный пробный дисбаланс ΔSx в двух диаметрально противоположных положениях относительно оси вращения винта по прямой, проходящей через ось вращения винта и расположенной в продольной плоскости симметрии вертолета, другой поперечный пробный дисбаланс ΔSz устанавливают в двух диаметрально противоположных положениях относительно оси вращения винта по прямой, проходящей через ось вращения винта и перпендикулярной продольной плоскости симметрии вертолета, измеряют амплитуды вибраций фюзеляжа вертолета, за измеряемые параметры принимают квадраты амплитуд угловых колебаний ϕ фюзеляжа вертолета относительно одной оси вертолета, преимущественно продольной, и квадраты амплитуд линейных колебаний z₀ фюзеляжа в центре масс вертолета по направлению другой оси вертолета, соответственно поперечной, а дисбалансы продольные верхнего S_x ^в, нижнего S_x ^н несущих винтов и поперечные верхнего S_z ^в, нижнего S_z ^н несущих винтов вычисляют по математическим выражениям: пробные дисбалансы установлены на верхнем несущем винте вертолета

пробные дисбалансы установлены на нижнем несущем винте вертолета


Z_В,j - амплитуда линейных поперечных перемещений фюзеляжа вертолета, замеренная вибродатчиком, установленным выше центра масс вертолета на расстоянии a;
Z_Н,j - амплитуда линейных поперечных перемещений фюзеляжа, вертолета, замеренная вибродатчиком, установленным ниже центра масс вертолета на расстоянии l;
b=a+l;
h_В - расстояние от центра масс до верхнего несущего винта вертолета;
h_Н - расстояние от центра масс до нижнего несущего винта вертолета;
с=h_B-h_Н;
ϕ_s; Z_O,S; Z_B,S; Z_H,S - амплитуды перемещений фюзеляжа вертолета от дисбалансов двух винтов (23);
ϕ_x; Z_O,X; Z_B,X; Z_H,X - амплитуды перемещений фюзеляжа вертолета от продольного дополнительного дисбаланса ΔS_X в первом положении (24);
ϕ_-x; Z_O,-X; Z_B,-X; Z_H,-X - амплитуды перемещений фюзеляжа вертолета от продольного дополнительного дисбаланса -ΔS_X во втором положении с диаметрально противоположным направлением (25);
ϕ_z/ Z_O,Z; Z_B,Z; Z_H,Z - амплитуды перемещений фюзеляжа вертолета от поперечного дополнительного дисбаланса ΔS_Z в первом положении (26);
ϕ_-z; Z_O,-Z; Z_B,-Z; Z_H,-Z - амплитуды перемещений фюзеляжа вертолета от поперечного дополнительного дисбаланса -ΔS_Z во втором положении с диаметрально противоположным направлением (27).

Совокупность признаков заявляемого изобретения, отличная от прототипа, является необходимой и достаточной для обеспечения технического результата.

Технический результат - определение дисбалансов каждого из двух несущих винтов вертолета реализуется при осуществлении совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, причинно-следственная связь между которыми следует из результатов решения дифференциальных уравнений движения (28), представленных математическими выражениями (20), (21): (22).

На фиг.1 представлен вид сверху на вертолет. Поперечное сечение вертолета при виде cпереди, показано на фиг.2. Вид на вертолет сбоку, слева показан на фиг.3.

На фюзеляже 1 вертолета с центром масс 2 закреплены нижний 3 и верхний 4 несущие винты. Оси вращения винтов обоз0начены позицией 5. На фиг.1, 2, 3 показан соосный вертолет, поэтому оси нижнего и верхнего винтов совпали. У продольного вертолета оси нижнего и верхнего винтов разнесены по длине фюзеляжа и не совпадают.

Для заявляемого способа определения дисбаланса несущих винтов, закрепленных на фюзеляже на различной высоте, их размещение по длине фюзеляжа не имеет значения. Ось 7 лопасти 6 невращающегося несущего винта расположена под углом ψ с продольной плоскостью симметрии 8 вертолета.

На фигурах показана система координат OХYZ, связанная с вертолетом с началом в центре масс 2. Ось OY параллельна оси 5. Продольная ось 9 вертолета находится в продольной плоскости симметрии 8 вертолета и совпадает с осью OX; поперечная ось 10 вертолета совпадает с осью OZ. Оси чувствительности вибродатчиков 11, 12 и 13 лежат в плоскости YOZ, в которой находится и центр масс 2, а ось чувствительности вибродатчика 12 проходит через центр масс 2. Амплитуды перемещений фюзеляжа по вибродатчикам 11 и 13 обозначены соответственно Z_B и Z_н, а по вибродатчику 12 - Z_o. Перемещения вертолета по оси OZ обозначены Z_t, угловые перемещения вокруг оси ОX - ϕ_t. Расстояния от центра масс 2 до нижнего 3 и верхнего 4 винтов обозначены соответственно h_Н и h_В, расстояние между винтами 3 и 4 - С. Расстояние от вибродатчика 2 до центра масс 2 обозначено а; от вибродатчика 13 до центра масс 2-l; расстояние между вибродатчиками 11 и 13 - b. Прямая 14 проходит через ось вращения винта 5, перпендикулярна ей и расположена в продольной плоскости симметрии 8 вертолета. Прямая 15 проходит через ось вращения винта 5 и перпендикулярна плоскости симметрия 8 вертолета.

Один продольный пробный дисбаланс несущего винта устанавливают на прямой 14 в первом положении 16 (ΔS_X) и во втором положении с диаметрально противоположным направлением 17 (-ΔS_X). Другой поперечный пробный дисбаланс несущего винта устанавливают на прямой 15 в первом положении 18 (ΔS_Z) - во втором положении с диаметрально противоположным направлением 19 (-ΔS_Z). При виде на вертолет спереди и сбоку прямые 14 и 15, положения пробных дисбалансов 16, 17 и 18, 19 показаны как на верхнем, так и на нижнем несущих винтах.

Способ определения дисбаланса несущих винтов вертолета реализуется следующим образом.

Измеряют амплитуды колебаний Z_O,S; Z_B,S; Z_H,S фюзеляжа 1 вертолета на частоте ω вращения несущих винтов 3 и 4 при дисбалансах: продольных верхнего S_X ^B, нижнего S_X ^H винтов и поперечных верхнего S_Z ^B, нижнего S_Z ^H винтов по вибродатчикам 11, 12 и 13 при полете вертолета в режиме висения. Затем, прервав полет вертолета, устанавливают одну из лопастей винта в угловое положение ψ, закрепляют продольный пробный дисбаланс ΔS_X на несущем винте, преимущественно на верхнем, в первом положении 16 и измеряют амплитуды колебаний Z_O, ; Z_B,X; Z_H,X фюзеляжа с частотой ω на режиме висения. Прервав полет, устанавливают ту же лопасть в угловое положение ψ, закрепляют продольный пробный дисбаланс -ΔS_X на несущем винте во втором положения 17 с диаметрально противоположным направлением и измеряют амплитуды колебаний Z_O,-X; Z_B,-X; Z_H,-X, фюзеляжа с частотой ω на режиме висения.

Прерывают полет, устанавливают ту же лопасть в угловое положение ψ, закрепляют поперечный пробный дисбаланс ΔS_Z на несущем винте в первом положении 18 и измеряют амплитуды колебаний Z_O,Z; Z_B,Z; Z_H,Z фюзеляжа с частотой ω на режиме висения. Прервав полет, при угловом положении ψ той же лопасти закрепляют поперечный пробный дисбаланс -ΔS_Z на несущем винте во втором положении 19 с диаметрально противоположным направлением и измеряют амплитуды колебаний Z_O,-Z; Z_B,-Z; Z_H,-Z, фюзеляжа с частотой ω на режиме висения.

Вычисление собственно дисбаланса несущих винтов: продольных S_X ^B, S_X ^H и поперечных S_Z ^B, S_Z ^H осуществляют с помощью математических выражений (20), (21), (22).

Возможность осуществления технического решения следует из описания последовательности его реализации и следует из решения дифференциальных уравнений линейного перемещения по оси OZ и углового вокруг оси OX вертолета:

где М - масса вертолета;
j - момент инерции вертолета относительно оси OX.

Перемещения вертолета являются гармоническими с частотой вращения несущих винтов ω и происходят от дисбалансов винтов S_X ^B, S_X ^H, S_Z ^B, S_Z ^H c амплитудами (23), от продольных пробных дисбалансов ΔS_X и -ΔS_X с амплитудами соответственно (24) и (25), от поперечных пробных дисбалансов с амплитудами соответственно (26) и (27). В результате решения уравнений (28) движения вертолета получаем математические выражения (20), (21), (22) для вычисления дисбалансов несущих винтов вертолета.

В результате реализации заявляемого технического решения осуществляются определение дисбалансов несущих винтов и последующее их устранение - балансировка несущих винтов вертолета.

Способ предназначен для использования в авиационной технике и позволяет определять 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 несущего винта. Способ позволяет определить дисбаланс каждого из двух несущих винтов. 3 ил.

Способ определения дисбаланса несущих винтов вертолета, заключающийся в измерении величины вибраций фюзеляжа вертолета от дисбаланса и пробного дисбаланса винта, вычислении дисбаланса, отличающийся тем, что на одном из несущих винтов, преимущественно на верхнем, при угловом положении Ψ одной и той же лопасти невращающегося несущего винта относительно продольной плоскости симметрии вертолета устанавливают поочередно один продольный пробный дисбаланс ΔS_x в двух диаметрально противоположных положениях относительно оси вращения винта по прямой, проходящей через ось вращения винта и расположенной в продольной плоскости симметрии вертолета, другой поперечный пробный дисбаланс ΔS_z устанавливают в двух диаметрально противоположных положениях относительно оси вращения винта по прямой, проходящей через ось вращения винта и перпендикулярной продольной плоскости симметрии вертолета, измеряют амплитуды вибраций фюзеляжа вертолета, за измеряемые параметры принимают квадраты амплитуд угловых колебаний фюзеляжа вертолета ϕ относительно одной оси вертолета, преимущественно продольной, и квадраты амплитуд линейных колебаний Z₀ фюзеляжа в центре масс вертолета по направлению другой оси вертолета, соответственно поперечной, а дисбалансы продольные верхнего S_x ^в, нижнего S_x ^н несущих винтов и поперечные верхнего S_z ^в, нижнего S_z ^н несущих винтов вычисляют по математическим выражениям:
пробные дисбалансы установлены на верхнем несущем винте вертолета:




пробные дисбалансы установлены на нижнем несущем винте вертолета:









j = S, Х, - Х, Z, - Z; где
Z_В,j - амплитуда линейных поперечных перемещений фюзеляжа вертолета, замеренная вибродатчиком, установленным выше центра масс вертолета на расстоянии a;
Z_Н,j - амплитуда линейных поперечных перемещений фюзеляжа вертолета, замеренная вибродатчиком, установленным ниже центра масс вертолета на расстоянии l;
b = а + l;
h_В - расстояние от центра масс до верхнего несущего винта вертолета;
h_Н - расстояние от центра масс до нижнего несущего винта вертолета;
С = h_В - h_Н;
ϕ_s; Z_О,S; Z_В,S; Z_Н,S - амплитуды перемещений фюзеляжа вертолета от дисбалансов двух винтов;
ϕ_x; Z_О,Х; Z_В,Х; Z_Н,Х - амплитуды перемещений фюзеляжа вертолета от продольного дополнительного дисбаланса ΔS_Х в первом положении;
ϕ_x; Z_О,-Х; Z_В,-Х; Z_Н,-Х - амплитуды перемещений фюзеляжа вертолета от продольного дополнительного дисбаланса -ΔS_Х во втором положении с диаметрально противоположным направлением;
ϕ_z; Z_О,Z; Z_В,Z; Z_Н,Z - амплитуды перемещений фюзеляжа вертолета от поперечного дополнительного дисбаланса ΔS_Z в первом положении;
ϕ_-Z; Z_О,-Z; Z_В,-Z; Z_Н,-Z - амплитуды перемещений фюзеляжа вертолета от поперечного дополнительного дисбаланса -ΔS_Z во втором положении с диаметрально противоположным направлением.