بواسطة لاورن ناجيل
يُعد موازنة المروحة عملية بالغة الأهمية لضمان التشغيل السلس والموثوقية وإطالة عمر المركبات الجوية غير المأهولة (UAVs). إذ يمكن أن يؤدي عدم توازن المروحة إلى الاهتزاز والضوضاء وتسارع تآكل المكونات الأساسية، مما قد يؤثر سلبًا على أداء الطيران.
يوفر المعيار ISO 21940-11:2016 إطارًا واسع الاستخدام لموازنة الدوارات، حيث يحدد المستويات المسموح بها لعدم التوازن لتحقيق الأداء الأمثل للدوار.
يستعرض هذا المقال المفاهيم الأساسية للمعيار ISO 21940-11:2016، والطرق المستخدمة لتحديد جودة التوازن، والخطوات التالية لكيفية موازنة مراوح المركبات الجوية غير المأهولة.
جدول المحتويات
-
معيار ISO لموازنة الدوارات
-
طرق تحديد عدم التوازن المتبقي المسموح به
-
جدول ملخص لدرجات التوازن
-
الخطوات التالية
انقر على هذه الروابط لمعرفة كيف تسبب المراوح غير المتوازنة اهتزازًا مفرطًا و ضوضاء متزايدة في الطائرات المسيّرة.
1. معيار ISO لموازنة الدوارات
المعيار الأكثر استخدامًا لموازنة المراوح هو ISO 21940-11:2016، «الإجراءات والتفاوتات للدوارات ذات السلوك الصلب». ويحل محل المعيار السابق، 1940:1-2003، مع تعريفات محدثة وتطبيقات أوسع.
يتبع المعيار الجديد، الذي تم وضعه في عام 2016، فرضية بسيطة: يُعتبر مستوى عدم التوازن (U) في الدوار مقبولًا عندما يكون عدم التوازن المتبقي، U، أقل من أو يساوي عدم التوازن المتبقي المسموح به المحدّد مسبقًا، Uper، ويُعرّف Uper بأنه إجمالي التفاوت في مستوى مركز الكتلة، وهو يتناسب مع كتلة الدوار:
ويُقاس بوحدة كجم·م (كيلوجرام متر)، أو جم·مم (جرام مليمتر)، أو كجم·مم (كيلوجرام مليمتر)، أو ملجم·مم (مليجرام مليمتر).
تُسمى النسبة بين Uper وكتلة الدوار بـ eper، وتُعرّف بأنها عدم التوازن النوعي المتبقي المسموح به:
ويُقاس بوحدة كجم·م/كجم (كيلوجرام متر لكل كيلوجرام)، أو م (متر)، أو جم·مم/كجم (جرام مليمتر لكل كيلوجرام)، أو ميكرومتر، والتي غالبًا ما تكون الوحدة المفضلة لأن العديد من قيم eper تقع بين 0,1 ميكرومتر و10 ميكرومتر.
بالنسبة لدوار له عدم توازن ناتج فقط (وعدم توازن عزمي ضئيل)، فإن eper هو المسافة بين مركز كتلة الدوار ومحور العمود.لوحظ أن eper يتغير عادةً عكسيًا مع سرعة التشغيل، n، للدوار:
لموازنة دوارات المركبات الجوية غير المأهولة، يمكن استبدال «سرعة التشغيل» بـ «سرعة الدوران أثناء الطيران المستقر»، وهي سرعة الدوران بالدقيقة التي تعمل عندها المروحة أثناء الطيران المستقر.
يمكن أيضًا التعبير عن هذه العلاقة على النحو التالي:
حيث
Ω = السرعة الزاوية لسرعة الطيران المستقر، بوحدة راديان/ثانية
c هو ثابت
وبعبارة أخرى، 
حيث n = سرعة الدوران أثناء الطيران المستقر بوحدة دورة/دقيقة.
موصى به لك: مقارنة منصات دفع المراوح2. طرق تحديد عدم التوازن المتبقي المسموح به
يحدد ISO 21940-11:2016 خمس طرق يمكن استخدامها لتحديد مقدار عدم التوازن المتبقي المسموح به:-
درجات جودة التوازن، المستمدة من الخبرة العملية طويلة الأمد مع عدد كبير من الدوارات المختلفة
-
التقييم التجريبي لعدم التوازن المتبقي المسموح به
-
قوى المحامل المحدودة بسبب عدم التوازن
-
الاهتزازات المحدودة بسبب عدم التوازن
-
الخبرة الراسخة بشأن تفاوتات عدم التوازن
تُستخدم الطريقتان 2 و5 بشكل أكثر شيوعًا من قبل المنظمات التي جمعت كمية كبيرة من بيانات التوازن لدواراتها الخاصة، بما يكفي لوضع تفاوتات جودة التوازن داخليًا.
تستخدم الطريقة 1 معيارًا عالميًا يعتمد على «الخبرة العالمية واعتبارات التشابه» لوضع متطلبات جودة التوازن لأنواع الآلات النموذجية.الوحدة الخاصة بدرجة جودة التوازن وفقًا للطريقة 1 هي «G»، وهي مكافئة لمقدار eperΩ المعبر عنه بوحدة مم/ث (مليمتر في الثانية). على سبيل المثال، إذا كان eperΩ = 6.3 مم/ث، فإن درجة جودة التوازن = G 6.3.
3. جدول ملخص لدرجات جودة التوازن
|
أنواع الآلات: أمثلة عامة |
درجة جودة التوازن (G) |
المقدار (eperΩ مم/ث) |
|
محركات عمود المرفق لمحركات الديزل البحرية الكبيرة والبطيئة، متوازنة بطبيعتها |
G 1600 |
1600 |
|
السيارات: العجلات، أطواق العجلات، أعمدة الدفع |
G 40 |
40 |
|
محرك توربيني غازي للطائرات |
G 6.3 |
6.3 |
|
المحركات الكهربائية بارتفاع عمود ≥80 مم |
G 2.5 |
2.5 |
|
الجيروسكوبات |
G 0.4 |
0.4 |
تُوازن مراوح المركبات الجوية غير المأهولة عادةً على درجة جودة G 6.3، مما يضمن مستويات اهتزاز منخفضة وتشغيلًا سلسًا. وهذا يقلل من الإجهاد الواقع على المكونات، ويمنع التآكل المفرط، ويتجنب التداخل مع أداء أجهزة الاستشعار.
4. الخطوات التالية
نأمل أن يكون هذا المقال مفيدًا. إذا كانت لديك أي أسئلة أخرى حول معايير موازنة المراوح، فأخبرنا في التعليقات.
لمعرفة المزيد عن أفضل ممارسات موازنة المراوح، اطّلع على ورقتنا البيضاء المفصلة حول تقنيات موازنة المراوح.
إذا كنت مستعدًا لبدء موازنة مراوحك، فاطّلع على معدات موازنة المراوح الديناميكية.