Как-то на глаза попался магнитный балансир. Понравился. Купил, собрал. Понравился еще больше. Модернизировал и он мне понравился еще больше большего.
В конечном варианте модернизации от исходного балансира остались только магниты. Их я поместил на деревянные стойки высотой 20см, чтобы пропеллер мог свободно вращаться. Стойки с магнитами поместил в саркофаг из оргстекла. В таком саркофаге подвесу не страшны никакие сквозняки.
В качестве оси был взят шлифованный закаленный стальной стержень диаметром 3мм. Концы оси были сошлифованы на хорошем шлифовальном станке в форме девяностоградусного конуса. Вместо зажимных конусов на ось была насажена деталь имитирующая адаптер для AXI. Этим хотел добиться максимального подобия положения пропеллера на моторе. Магниты были защищены стеклом толщиной 0,5мм. Этим удалось достичь действительно невероятной легкости вращения оси.
Вот в таком виде балансир удивительно чувствителен к любому дисбалансу. В результате возникла проблема: добалансировать пропеллер и дождаться, когда он начнет спокойно оставаться в том положении, в которое его повернут просто невозможно. Можно, конечно, но терпение нужно адское.
С магнитным балансиром мне удавалось довести период колебаний до 60 секунд. Дальше резко возрастало влияние трения оси о стекло перед магнитом и число пригодных для хронометрирования колебаний сокращалось до 4-5.
Немного теории
По сути, несбалансированный пропеллер представляет собой физический маятник, у которого расстояние между центром масс и осью вращения много меньше приведенной длины. Формула расчета периода колебаний физического маятника, где угол отклонения не больше 600, выглядит так:
где:
альфа — угол отклонения маятника;
m — масса маятника;
h — расстояние от точки подвеса до центра тяжести маятника;
r — радиус инерции относительно оси, проходящей через центр тяжести.
g — ускорение свободного падения
l — приведенная длина
Для наших целей влияние синуса невелико, можем им пренебречь и подставив
где I — момент инерции относительно точки подвеса,
получаем:
Момент инерции пропеллера определим экспериментально (для TURNIGY 15х4,5 он равен 1*10-3 кг*м2) и для данного пропеллера будем его считать постоянным. Масса пропеллера известна. Период колебаний будем измерять на балансире. Таким образом, можем оценить h.
Практическая ценность знания величины h заключается в том, что можем эту величину сопоставить , например, с величиной люфта пропеллера на адаптере мотора. Действительно, нет смысла бороться за величины h меньшие, чем люфт пропеллера на моторе.
Из этого также вытекают требования к геометрии оси балансира и к узлу крепления пропеллера на оси. Кроме того, зная величину h, можем оценить центробежную силу, возникающую при вращении пропеллера из-за нарушенной балансировки.
Методика балансировки
Здесь описывается неразрушающий способ балансировки пропеллера. В качестве грузиков используется свинец прокатанный до толщины 0,3-0,5мм.
Может быть кому-то будет удобнее работать и с другими толщинами. Прокатанный свинец режется на полоски шириной равной толщине комеля пропеллера.
Затем нарезанные полоски свинца лепятся на самоклейку для фиксации ковров (это такая тонкая самоклеющаяся лента, у которой после прилипания липкого слоя на нужную поверхность, защитный слой бумаги легко снимается).
Лепим на самоклейку свинцовые полоски, обрезаем лишнюю ленту и «самоклеющийся свинец» готов к употреблению.
Самый первый шаг очень важный. Надо определить место, куда прикрепить грузик, слегка закрепить грузик на комеле (здесь наш грузик никак не будет влиять на рабочие характеристики) пропеллера и снова проверить. При правильном выборе места и массы грузика будет небольшой перебор (легче убирать лишнее, чем добавлять недостающее).
В дальнейшем, лишний материал с полоски свинца убирается или DREMEL, или просто соскабливается острым ножом (все время следить за тем, что бы не образовалась дыра в свинце и не оголился липкий слой, который начнет неконтролируемым образом собирать грязь). На этой стадии надо особое внимание уделить отстраняемым свинцовым частичкам. Они запросто могут незаметно прилипнуть, где не надо и все испортить. Если «липучка» все же где-то вылезла наружу, то ее убираем бензином.
Пропеллер с грузиком ставим на балансир, берем секундомер, замеряем период колебаний и определяем место, где будем облегчать грузик. Снимаем некоторое количество свинца, снова на балансир, снова секудрмер и т.д.
Вот так выглядит готовый пропеллер:
Экспериментальные результаты
Для эксперимента был выбран деревянный пропеллер Graupen 15х4,5. Момент инерции определялся экспериментально: 0,001 кгм 2. Далее, были посчитаны расстояние центра масс от оси вращения и центробежная сила при вращении с угловой скоростью 6000 мин-1.
Результаты расчетов приведены в таблице:
Несколько полезных советов
Часто пропеллеры изначально болтаются на оси адаптера. В этом случае балансировка по большому счету теряет смысл. Где-то читал, что посадочными местами пропеллера являются плоскость, прижимаемая к адаптеру и прилегающая к этой плоскости часть отверстия. Именно часть , а не вся дырка. В случае болтанки достаточно уменьшить диаметр отверстия именно в этой части. Несколько раз капнем подходящим клеем так, чтобы ось входила с легким натягом. Задача посадочного места обеспечить воспроизводимость результата.
Был такой случай: однажды, хорошо отбалансировав пропеллер еще на только что купленном балансире (пропеллер остановился в горизонтальном положении), перевернул пропеллер вверх тормашками. Просто хотелось насладиться зрелищем, как тот так неохотно, но все же начнет переворачиваться и займет свое правильное положение. Не тут-то было. Пропеллер действительно очень даже неохотно начал двигаться и остановился в горизонтальном положении, но без всякого переворота. Возникло предположение, что в игру включилось статическое электричество (столешня была ламинирована каким-то пластиком, а ось балансира была достаточно низко расположена). Похоже, что и пропеллер и столешня зарядились одноименным электрическим зарядом, который, преодолев незначительные (в силу предварительной неплохой балансировке) силы тяжести весело установил пропеллер в горизонтальном положении. В новом «саркофаге» ничего такого не наблюдал (может быть из-за высоких деревянных стоек), но с тех пор для профилактики всегда перед балансировкой обрызгиваю его антистатиком.
Идея балансировки с помощью грузика вовсе не моя. Видел где-то в Интернете. Только там в качестве грузика использовались самоклеющиеся ленты. Попробовал, так и не понравилось, поэтому, выдумал «самоклеющийся свинец».
Параллельно собираю стенд для снятия характеристик ВМГ. Уже добрался до третьего варианта и гонял пару достаточно долго на предельных режимах. Никакого намека на отделение грузика от пропеллера пока не наблюдал.
Хочу отметить, что вовсе не претендую на истину в последней инстанции. Здесь был предложен всего лишь еще один метод балансировки. Этот метод, как и все остальные, имеет свои за и против, имеет свои преимущества и недостатки.
