Использование демпферов или "Жестко летать не запретишь"

Демпфирование ротора один из важнейших аспектов вертолетостроения, которому часто не уделяют достаточного внимания или вообще оставляют за кадром. Понимание принципов действия демпфирования и его назначения позволит любому пилоту лучше понимать модель, осознанно модифицировать ее и, как результат, лучше летать.

Что такое демпфирование? 

 Демпферы ротора или дамперы, как их часто называют, служат на модели вертолета нескольким целям. Что бы лучше понять назначение демпферов, лучше обратиться к примеру полноразмерных вертолетов и процессу который называется махи лопастями. Махами называют процесс движения лопастей вверх-вниз во время полета, что сопровождается изменением угла атаки. Причина, по которой лопасти делают махи - уравновешивание сил. Когда одна из лопастей движется вперед по ходу движения (наступает), а другая лопасть движется против хода движения (отступает) появляется эффект разбалансировки. Отступающая лопасть имеет меньшую скорость относительно воздуха и следовательно меньшую подъемную силу, в то время как наступающая лопасть напротив имеет большую подъемную силу. Делая махи отступающая лопасть опускается вниз, наступающая лопасть напротив поднимается вверх. Это происходит поскольку есть баланс между подъемной и центробежной силами действующими на лопасти. Без уравновешивания этих сил вертолет скорее всего будет очень нестабилен в полете и может разрушиться от вибраций. Махи в моделях вертолетов достигаются двумя способами: гибкостью лопастей и цапф или с помощью демпферов и шарниров.

Поскольку подавляющее большинство современных радиоуправляемых вертолетов (около 90%) использует единый межлопастной вал с демпферами для соединения лопастей между собой, о них и пойдет речь. Такая конструкция называется конструкцией с плавающим ротором. Есть модели с настоящей маховой конструкцией с шарнирами, но количество их невелико. Причина тому - большое число деталей и сложность сборки, а так же высокая стоимость такого решения по сравнению с плавающим ротором. Некоторые FAI вертолеты высшей ценовой категории используют ротор с шарнирами и имеют выдающиеся летные характеристики, но для большинства вертолетов и пилотов подобное решение не стоит того.

Обратите внимание, что наступающая лопасть движется против ветра и имеет большую подъемную силу поскольку относительная скорость равна скорости ротора плюс скорость набегающего воздуха, напротив отступающая лопасть дает меньшую подъемную силу поскольку ее относительная скорость равна скорости ротора минус скорость набегающего воздуха. Махи ставят лопасти на разный угол уравновешивая тем самым подъемную силу.

Жесткие или мягкие? 

 Чего можно достичь понимая основы назначения демпферов? Многого! Кроме того, что демпферы предохраняют вертолет от нестабильности и саморазрушения, они так же могут быть использованы для настройки летных характеристик модели. Отсюда стандартный вопрос, - "Насколько жесткими должны быть демпферы?" Часто для одного и того же вертолета можно приобрести демпферы разной жесткости. Рейтинг жесткости указывается в единицах по шкале Шора. Чем выше рейтинг, тем более жесткими будут демпферы.

Для чего используются жесткие демпферы? 

 Жесткие демпферы заставляют вертолет резче реагировать на циклический шаг, другими словами, корпус вертолета будет быстрее следовать за изменением положения ротора. С другой стороны, с более мягкими демпферами вертолет будет медленнее реагировать на управляющее воздействие. Учтите, что жесткость демпфера влияет только на начало маневра. Предположим, что есть два одинаковых пилота и они управляют одинаковыми вертолетами, если они начнут совершать серию флипов, то тот, у кого демпферы жестче, сможет быстрее начать маневр, однако установившаяся скорость флипов у обоих будет одинакова. И если уж совсем просто, то жесткие демпферы дают более быструю реакцию на управление, но не влияют на скорость всего маневра. Жесткие демпферы так же дают дополнительную защиту от удара лопастями по балке, поскольку не позволяют диску ротора отклоняться слишком сильно. Есть способ повысить жесткость демпфирования - установить шайбы на межлопастной вал между цапфой и хабом. При затяжке винтов межлопастного вала шайбы надавят на демпферы и сожмут их, получится более жесткая конструкция. 3D пилоты как правило выбирают самые жесткие демпферы из тех, что могут найти. Некоторые вообще убирают демпферы, получая жесткое крепление межлопастного вала. Такое решение тоже возможно хотя и не рекомендуется поскольку вертолет может разрушиться в полете если демпфирование не будет осуществляться где-либо в другом месте, особенно учитывая насколько жестки современные карбоновые лопасти.

Для чего применяют мягкие демпферы?

 Прочитав о преимуществах жестких демпферов можно подумать, зачем тогда нужны мягкие демпферы? Но есть ряд причин, по которым пилот может решить использовать мягкие демпферы. Когда лопасти и демпферы слишком жесткие, вертолет будет качаться и наклоняться при висении и во время выполнения медленных маневров. Вертолет с жесткими демпферами очень резкий и реагирует даже на малейшие движения стиками, даже на дрожание рук пилота. Более мягкие демпферы очень стабильны при висение и во время выполнения медленных красивых полетов типа восьмерки или полетов в стиле копийных вертолетов. С мягкими демпферами модель обретет летные характеристики реального вертолета, а как известно, не многие из реальных вертолетов способны на 3D. Начинающие пилоты предпочитают мягкие демпферы, поскольку с ними вертолет более плавный и медленнее реагирует на команды, что дает время на обдумывание и коррекцию. Основной недостаток мягких демпферов это повышенная вероятность удара по балке, поскольку отступающая лопасть может сильно отклониться вниз при чрезмерном управлении по циклическому шагу и небольшой скорости вращения ротора, а так же мягкие демпферы приводят к флаттеру* - треску при маневрах из-за того, что лопасти при махах отклоняются на большой угол и происходит срыва потока.

*ФЛАТТЕР (от англ. flutter), сочетание изгибных и крутильных колебаний крыльев, оперения и др. элементов конструкции самолета. mega.km.ru.

Пример из жизни про вертолеты и выбор демпферов. Для Hirobo Frea Evo доступны демпферы двух типов: штатные, жесткостью 60° и 3D, жесткостью 80°. Для опытных 3D пилотов лучший выбор 80°, в то время как FAI-пилоты и новички скорее предпочтут 60°.

Типы демпферов. 

Существует масса всевозможных демпферов для разных моделей вертолетов, в том числе и изделия третьих фирм. Многие производители предлагают мягкие и жесткие версии своих изделий. Обычно, внешне они похожи и различаются только цветом. Некоторые используют резиновые кольца(О-ring), а некоторые мягкие пластики. Сторонние производители предлагают множество вариантов, среди которых:

Жесткие пластиковые демпферы с резиновым кольцом. Они жесткие не только на вид, но и в деле. Резиновое кольцо дает стабильность, необходимую при висении и в горизонтальном полете, а при жестких маневрах кольцо сжимается до пластика и вертолет резко откликается на управление. Такие демпферы хорошо работают при 3D полетах. Недостаток в том, что такие демпферы могут быть легко повреждены в краше.

Нештатные резиновые кольца (O-ring). Обычно такие демпферы делают из резины с более высоким рейтингом жесткости, чем предлагает производитель вертолета, но они так же однородны и демпфируют всем объемом. Обычно каждый демпфер состоит из двух и более колец, насаженных на межлопастной вал. Такие демпферы бывают разной жесткости для всех стилей полета.

Резиновые кольца в трубке. Некоторые производители предлагают наборы, которые состоят из нескольких колец расположенных внутри металлической трубки, трубка в свою очередь помещается внутри хаба. По характеристикам такая конструкция схожа с обычными резиновыми кольцами.

При таком многообразии демпферов вы без труда подберете подходящие для вашей модели. Что касается самого выбора - учитывайте на ваш стиль полета и обратите внимание на то, какие демпферы используют люди с такими же вертолетами. Это подскажет вам, с чего начать.
Как менять и устанавливать демпферы. Обычно демпферы устанавливаются с двух сторон хаба c межлопастным валом, проходящим через них. На некоторых вертолетах демпферы установлены в центре маха лопастей, но общий принцип установки демпферов тот же. Большинство демпферов должны быть смазаны смазкой, которая не разъедает резину. Хорошо работает диэлектрическая смазка, которую можно купить в автомагазине. (aarc: хорошо работает ЛИТОЛ-24, который тоже можно купить в автомагазине)

1. Смажьте демпфер снаружи и изнутри тонким слоем и установите демпфер в хаб.

2. Смажьте межлопастной вал той же смазкой и протолкните вал через демпферы. Перед тем, как протолкнуть вал, лучше закрыть его резьбу ватным тампоном, салфеткой или вкрутить винт, чтобы смазка не попала на резьбу. Смазка позволяет валу двигаться и располагаться по центру во время полета.

3. Установите цапфы и готово.

Внимание! Существуют демпферы, сделанные из специального пластика, которые не надо смазывать. Внимательно читайте инструкцию!

Из личного опыта:
В инструкции к вертолету Next-D Rave 450 предлагают вклеивать демпфера в голову на циакрин: обещают, что голова становится жестче, а износ демпферов меньше. Сначала я установил демпфера в Rave на смазку, как сказано в этой статье. Голова получилась слишком мягкая, цапфы легко раскачивались руками, а демпфера быстро износились. Затем установил демпфера на циакрин и, действительно, жесткость повысилась, а проверка демпферов после сотни полетов не выявила признаков износа (разрушения) резинок. После чего вклеил демпфера на циакрин и в других своих вертолетах: Trex 500 и Trex 600. Результат очень хороший - на трекс 500 демпфера продержались уже более 200 полетов и пока не проявляют признаков износа. Вклеенные демпфера вынимаются из головый без особых проблем, нужно лишь подцепить их отверткой и потянуть. При вклеивании наношу циакрин по внешней стороне демпфера, чтобы демпфер приклеился только к хабу! Для упрощения сборки добавляю немного смазки на межлопастной вал.

Необходимо почаще проверять демпферы на предмет износа или повреждений. В полете ротор получает хорошую нагрузку, а демпферы держат всю конструкцию. Чтобы быстро проверить состояние демпферов ничего не разбирая, возьмитесь рукой за цапфу и покачайте ее вверх-вниз, удерживая хаб на месте. Если в сравнении с новыми демпферами перемещение увеличилось, скорее всего демпферы пора менять. Изношенные демпферы могут быть причиной бабочки(разной высоты движения лопастей) и флаттера. Так же проверяйте демпферы после краша.
Заключение. Демпферы играют важную роль в среде радиоуправляемых вертолетов. Хорошая конструкция демпферов положительно влияет на стабильность и адекватность современного вертолета. Подбирая демпферы, пилот может значительно изменить поведение модели и подстроить летные характеристики под свои требования.

До встречи на поле!

Слова: Джим Иннс
Перевод: aarc
Ссылка: Оригинальный текст на сайте RCHeliMag.
Перевод и размещение выполнены с разрешения издательстава RCHelimag.