Kilka miesięcy temu ukazał się u nas artykuł dotyczący wyważania łopat śmigłowcowych. Metoda sprawdza się również dla łopat wiatrakowca, chciałem jednak zaproponować trochę inne podejście, związane ze specyfiką takich modeli. Na czym polega ta specyfika? Otóż w przypadku śmigłowców praktycznie w 100% mamy do czynienia z łopatami fabrycznymi. Są one produkowane maszynowo z jednorodnych materiałów i przy użyciu powtarzalnej technologii. Wprawdzie w fabryce pewnie nikt ich nie wyważa, ale seryjna produkcja pozwala ten problem załatwić metodą sortowania, w wyniku czego użytkownik otrzymuje do rąk komplety o prawie jednakowej masie i to co mu pozostaje, to precyzyjne wyważenie końcowe. Ponadto w śmigłowcach wirnik pracuje ze znacznie większymi prędkościami obrotowymi niż w autogyro, co powoduje, że proces musi być o wiele bardziej dokładny.
W przypadku wiatrakowców najczęściej łopaty wykonujemy sami. Robimy ich zaledwie kilka, więc zwykle nie ma możliwości selekcji materiału z większej partii pod kątem podobnego ciężaru właściwego. Mniej precyzyjnie nakładamy klej, a przy ręcznym szlifowaniu uzyskanie kilku identycznych łopat też raczej się nie uda. Stąd spore różnice w masie, wymagające nieco innego postępowania (trymowanie taśmą klejącą lub warstwą lakieru zwykle nie wystarczy) i ten właśnie proces opisuję poniżej.
Początkowo postanowiłem zbudować samodzielnie wyważarkę na wzór fabrycznej (choć wcześniej już chodziła mi po głowie inna koncepcja). „Kołyska” została wykonana z ceownika aluminiowego, a na oś zastosowałem typowy pręt z napędu CD.
Podstawę wykonałem z blaszek dociążających „Inpost” skręconych ze sobą przy pomocy tulejek dystansowych. Są one wykonane na prasie, dlatego krawędź i tak już cienka jest dodatkowo „zaostrzona”, co powoduje, iż powierzchnia styku osi z blachą jest naprawdę minimalna.
Pierwsza próba wyważenia odbyła się przy użyciu balastu z cienkiej blachy ołowianej w następujący sposób:
Ten przyrząd okazał się klapą (dalej wyjaśnię dlaczego) i normalnie nie byłoby o czym pisać, gdyby nie ciekawe wnioski, które mogą się okazać przydatne nie tylko w związku z wiatrakowcami. Po pierwsze konfiguracja - oś CD podparta na cienkich blaszkach - to zaskakująco czuły układ, podejrzewam, że o wiele bardziej precyzyjny niż niektóre fabryczne wyważarki wykorzystujące łożyska. Zasada pracy takiej „huśtawki” opiera się na zjawisku toczenia, w tym przypadku opory są naprawdę małe (zjawisko dobrze znane w dużej skali - lokomotywa o mocy 2000KM ciągnąca po torach długi pociąg towarowy o masie 2000 ton, co daje 1KM/tonę). Ten układ jest tak czuły (być może nawet zbyt czuły), że wyważarka bez łopat położona na blaszki stabilizuje się kilkadziesiąt sekund, po założeniu łopat czas ten znacznie się wydłuża i może to trwać nawet kilka minut, w zależności od położenia początkowego.
Czemu więc eksperyment określiłem mianem „klapy”. Otóż mimo, że starałem się zachować dużą precyzję wykonania, wydaje się, że warunkach amatorskich nie jest możliwe umieszczenie otworów mocujących łopaty idealnie w tej samej odległości względem osi obrotu. W efekcie kiedy zamieni się miejscami łopaty już po ich wyważeniu, nie układają się one zgodnie z oczekiwaniem poziomo, i to właśnie świadczy o niedokładności samego przyrządu. Polecam wykonanie takiej próby posiadaczom podobnych wyważarek fabrycznych, aby upewnić się, że dysponują symetrycznym przyrządem.
Powróciłem więc do innej koncepcji, o której myślałem już wcześniej. Jak sądzę ta wersja nadaje się lepiej do wiatrakowców, gdzie mamy często do czynienia z wirnikami wielołopatowymi (3 lub 4 łopaty). Tutaj zdecydowałem się również umieścić oś obrotu trochę wyżej w stosunku do linii mocowania łopat, co w założeniu powinno dać trochę mniejszą czułość przyrządu.
Zasada działania jest podobna, z tą różnicą, że łopaty zawiesza się po jednej stronie a przeciwwagą jest regulowany balast mocowany po stronie przeciwnej. Ten wariant idealnie nadaje się do wykonania amatorskiego, bo eliminuje problemy asymetrii opisane powyżej. Balast ustawia się zgrubnie umieszczając na nagwintowanym pręcie odpowiednią ilość nakrętek. Precyzyjną regulację zapewniają natomiast małe magnesy neodymowe.
Pokazana poniżej na zdjęciach procedura dotyczy dwóch łopat (A,B), ale ta sama zasada obowiązuje dla trzech i więcej, dlatego opis przygotowałem tak jakbyśmy wyważali 3 łopaty (oznaczenia A,B,C).
Zaczynamy od zważenia na precyzyjnej wadze wszystkich łopat. Najcięższą z nich (tutaj waga 21g) oznaczamy literą A, lżejsze kolejnymi literami (B,C).
Następnie przycinamy z cienkiej blachy ołowianej (np. z obciążników wędkarskich) paski o masie odpowiadającej różnicy w wadze między najcięższą a kolejną łopatą (tutaj dla łopaty B jest to 21g-18,7g=2,3g), dla sprawdzenia ważymy łopatę B(C) z dobranym obciążnikiem. Jeśli masa jest niewielka można użyć również kawałka pręta stalowego (np. z gwoździa), ołów jest o tyle wygodny, że łatwo się go obrabia.
Zakładamy najcięższą łopatę (A) na wyważarkę a na jej przeciwną stronę odpowiednią liczbę nakrętek, zmieniając ich położenie na pręcie w miarę potrzeby. Kiedy układ zaczyna się poziomować końcowe położenie uzyskujemy dokładając małe magnesy neodymowe. To wygodniejszy sposób niż kręcenie nakrętkami, ze względu na skok gwintu jest ono relatywnie mało dokładne. Kiedy łopata jest w poziomie (można zmierzyć ekierką wysokość nad powierzchnią blatu na obu końcach), robimy znacznik do którego będziemy poziomować pozostałe łopaty.
Następnie zakładamy lżejszą łopatę B (lub C) i delikatnie przesuwając przygotowany wcześniej obciążnik ustalamy (i zaznaczamy) położenie przy którym łopata ustawia się dokładnie naprzeciwko znacznika poziomu (czerwona kreska).
Zwijamy blaszkę balastową w dwie lub 3 warstwy w zależności od potrzeby i wybieramy w łopacie B (lub C) w zaznaczonym wcześniej miejscu dołek, tak aby cały balast schował się w łopatę. Ja wykonałem ten dołek symetrycznie względem linii odpowiadającej 1/3 cięciwy, później wrócę jeszcze do tego tematu.
Następnie wklejamy balast w łopatę, przyciskając od góry tak, aby nie wystawał nad jej powierzchnię. Po związaniu kleju kontrolujemy masę łopaty B (lub C) na wadze, a następnie dla sprawdzenia zakładamy ją ponownie na wyważarkę. Najlepiej jest dać najpierw klej tylko na dno komory a potem ew. wypełniać brzegi, gdyby masa końcowa okazała się za mała. Natomiast jeśli wyszło ciut za ciężko, można delikatnie przeszlifować łopatę papierem ściernym w miejscu mocowania balastu.
Opisany powyżej sposób pomija aspekt położenia środka ciężkości w linii wzdłuż przekroju łopaty. Temat ten był już poruszany w artykule o wyważaniu śmigieł.
Oczywiste jest, że nie da się w warunkach amatorskich uzyskać w każdej łopacie środka ciężkości w tym samym miejscu wzdłuż cięciwy. Aby mieć idealnie wyważone łopaty należałoby uwzględnić również ten aspekt, poprzez zbadanie jak to wygląda dla łopaty najcięższej (A) a następnie ułożenie balastu nie tylko w odpowiednim miejscu wzdłuż łopaty, a także w poprzek.
Sposób w jaki można zbadać łopatę pod tym kątem jest pokazany na poniższych zdjęciach, udostępnionych nam przez miłośnika wiatrakowców z Belgii - Johana Roelsa.
Ja w opisanym wyżej procesie świadomie pominąłem ten aspekt. Uważam bowiem, że przy wiatrakowcach (a przynajmniej w większości wypadków) dążenie do idealnego wyważenia mija się z celem. Elastyczne zawieszenie łopat w wirniku (w większym stopniu dotyczy mocowania na zawiasach, w mniejszym na zasadzie sprężystości materiału) powoduje, że taki układ jest niewyważony w czasie lotu sam z siebie. Łopaty mają niezależne osie obrotu, łopata nacierająca jest odchylona pod innym kątem od wirnika niż łopata odchodząca, co powoduje, że środek ciężkości mas wirujących nie jest w tej samej odległości od osi obrotu i małe drgania są nieuniknione. Zjawisko to ilustruje poniższy rysunek:
Ten efekt nie będzie występował w głowicy dwułopatowej typu „kołyska” (tak jak w śmigłowcach), w związku z tym w tych przypadkach (jak i przy śmigłowcach) warto przy wyważaniu starać się bardziej.