Прежде чем говорить о методике балансировки лопастей, давайте рассмотрим некоторые теоретические основы.
Наверняка в детстве вам случалось качаться на качелях во дворе или в парке. Детские качели очень хорошо подойдут в качестве примера при нашем дальнейшем разговоре.
Для примера рассмотрим ситуацию, когда человек, сидящий на одном плече перекладины, имеет вес в 40 кг, второй - 80 кг. Для того чтобы достичь равновесия, более тяжелому человеку придется сдвинуться ближе к центру перекладины (рис. 1). Если вы думаете, что более тяжелый человек должен пересесть так, чтобы расстояние от него до центра качания стало вдвое меньше, чем прежнее — вы правы. Но почему? Конечно, это может казаться само собой разумеющимся, однако рассмотрим пример с точки зрения математики.



Давайте взглянем на рис. 2, на котором изображены все те же уравновешенные качели. Настоящая причина, по которой качели находятся в состоянии равновесия, заключается в том, что момент, приложенный к перекладине в направлении вращения часовой стрелки, равен моменту, приложенному в противоположном направлении (момент — это произведение силы на плечо, или расстояние от точки приложения силы до точки качания). Предположим, человек, сидящий на левой стороне качелей, весит 40 кг и находится на расстоянии 4 м от точки опоры перекладины. Момент в этом случае будет равен 40 х 4 = 1 60 кг-м, и направлен он против часовой стрелки. Поскольку другой человек весит столько же и сидит на таком же расстоянии от точки опоры, но уже по другую сторону, то и момент он будет создавать тот же, но направленный по часовой стрелке. Так как моменты противоположны по направлению и равны по величине, качели находятся в равновесии.
Теперь посмотрим на рис. 3. На правом плече качелей теперь сидит человек весом 80 кг, однако расстояние от него до оси качания сократилось вдвое, до 2 м. В этом случае момент, действующий на перекладину в направлении вращения часовой стрелки, составит 80 х 2 = 160 кг-м. Качели снова остаются в равновесии.
Таким образом, мы математически доказали то, о чем раньше догадывались интуитивно.
Теперь, после того как мы рассмотрели детские качели в качестве примера, попробуем применить известные закономерности к балансировке лопастей.



На рисунке 4 изображены лопасти несущего ротора, уравновешенные на опоре. Вес лопастей равен, так же, как равны расстояния от точки опоры до центра тяжести каждой из лопастей. Таким образом, лопасти сбалансированы и готовы к установке на вертолет.
Однако давайте представим вариант, подобный изображенному на рис. 3. В этом случае правая лопасть тяжелее, но ее центр тяжести расположен ближе к точке опоры настолько, что моменты оказываются равны. Лопасти сбалансированы? Поскольку моменты равны, мы должны ответить утвердительно. Однако не стоит рисковать устанавливать подобные лопасти на свой вертолет, поскольку кажущаяся сбалансированность лопастей пропадет, как только несущий ротор начнет вращаться.
Попробуем понять причину этого, казалось бы, парадокса с помощью следующего примера. Возьмем небольшой камень и, закрепив его на прочной нити, попробуем вращать над головой. Во время вращения камень создает центробежную силу, стремящуюся вырвать конец нити у вас из рук. Теперь возьмем камень потяжелее, закрепим его на нити меньшей длины и снова попытаемся вращать над головой. Равны ли центробежные силы в этом и предыдущем случае? Даже в случае, когда второй камень тяжелее первого вдвое, а вторая нить вдвое короче первой, центробежные силы не будут равными. Иначе говоря, если мы будем использовать подобные лопасти на вертолете, неизбежно столкнемся с дисбалансом.
Таким образом, можно сказать, что для нормальной работы ротора лопасти должны быть сбалансированы не только статически (на неподвижной опоре), но и динамически (во время вращения). Очевидно, что единственный способ получения не только статического, но и динамического баланса лопастей заключается в достижении равного веса лопастей при равном расстоянии от точки крепления до центра тяжести каждой лопасти.
Еще раз взглянем на рис. 4. Если лопасти находятся в состоянии равновесия, и мы знаем, что вес их одинаков, то очевидно, что центры тяжести лопастей находятся на одном расстоянии от точки опоры. Обратное утверждение: если лопасти находятся в равновесии и центры тяжести их находятся на одном расстоянии от точки опоры, то вес лопастей одинаков.
Следовательно, для достижения правильной балансировки лопастей необходимо соблюдение любых двух (!) из ниже перечисленных условий:
- одинаковый вес лопастей;
- одинаковое расстояние от центра тяжести до оси вращения;
- статическое равновесие лопастей.
На практике балансировка лопастей происходит следующим образом.
Сначала необходимо найти центр тяжести каждой лопасти, используя для этого подходящую опору (например, круглый карандаш на ровной поверхности стола). Убедитесь, что лопасть располагается перпендикулярно грани опоры. Отметьте положение центра тяжести точкой на передней грани лопасти. После этого сложите вместе обе лопасти и убедитесь, что точки, обозначающие центры тяжести, совпадают. Если это не так, пометьте каждую лопасть, чтобы знать, в какую сторону должен быть смещен ее центр тяжести. Если лопасти еще не утяжелены и требуют крепления грузов, скорректируйте положение центра тяжести лопастей с помощью грузов и закрепите их способом, рекомендуемым производителем. Если же лопасти уже утяжелены, для смещения центра тяжести можно использовать наклейки для лопастей или скотч, который крепится на лопасть на одном или другом конце - смотря в какую сторону нужно сместить центр тяжести. После того как центр тяжести каждой из лопастей был смещен в нужную сторону, необходимо снова проверить их на совпадение и повторить корректировку, если это требуется. После того, как вы достигли идентичности положения центров тяжести лопастей, остается последний шаг — балансировка обеих лопастей в связке. Закрепите обе лопасти в балансировочном приспособлении (конструкций таковых существует достаточно много, и мы не будем их подробно рассматривать) так, чтобы они были параллельны друг другу. Для достижения равновесия приклеивайте полоски скотча в районе центра тяжести более легкой лопасти. По окончании этой операции лопасти полностью сбалансированы и готовы к установке на вертолет.