حول موازنة مراوح الطائرات في ظروف ميدانية
جامعة بيلاروسيا التقنية "Voenmech" التي تحمل اسم د. ف. أوستينوف، كلية "E" (الأسلحة وأنظمة التسليح)،,
القسم E7 "ميكانيكا الأجسام الصلبة القابلة للتشوه"
تم تحريره بواسطة NA Shelkovenko
ملخص: يوثق هذا التقرير الهندسي أول تطبيق ناجح لجهاز Balanset-1 المحمول لموازنة مراوح الطائرات ميدانيًا. أُجري العمل على طائرتي ياك-52 (بمروحة ثنائية الشفرات) وسو-29 (بمروحة ثلاثية الشفرات من طراز MTV-9-KC/CL 260-27) المزودتين بمحركات M-14P خلال الفترة من مايو إلى يوليو 2014. أهم النتائج: انخفض اهتزاز المروحة في طائرة ياك-52 من 10.2 إلى 4.2 ملم/ثانية، وفي طائرة سو-29 من 6.7 إلى 1.5 ملم/ثانية (أي بانخفاض يزيد عن أربعة أضعاف). كما يقدم التقرير تحليلًا تفصيليًا لطيف الاهتزاز في أوضاع تشغيل متعددة، ويحدد مصادر الاهتزاز الرئيسية، بما في ذلك توافقيات عمود المرفق والرنين الهيكلي.
1. مقدمة
قبل عامين ونصف، بدأت مؤسستنا الإنتاج التسلسلي لجهاز "Balanset-1"، المصمم لموازنة الآليات الدوارة في محاملها الخاصة.
حتى الآن، تم إنتاج أكثر من 180 مجموعة. وهي تُستخدم بفعالية في مختلف الصناعات، بما في ذلك إنتاج وتشغيل المراوح، والمنفاخات، والمحركات الكهربائية، ومغازل الآلات، والمضخات، والكسارات، والفواصل، وأجهزة الطرد المركزي، ومجموعات الكردان وعمود المرفق، والآليات المماثلة.
تلقت شركة Vibromera مؤخراً عدداً كبيراً من الاستفسارات من المنظمات والأفراد بشأن إمكانية استخدام معداتنا لموازنة مراوح الطائرات والمروحيات في الظروف الميدانية.
لسوء الحظ، لم يسبق لمتخصصينا، على الرغم من خبرتهم الطويلة في موازنة مختلف الآلات، التعامل مع هذه المشكلة تحديدًا. ولذلك، كانت النصائح والتوصيات التي قدمناها لعملائنا عامة جدًا، ولم تكن دائمًا كافية لحل المشكلة بفعالية.
بدأ هذا الوضع يتغير نحو الأفضل هذا الربيع، بفضل المشاركة الفعالة لـ VD Chvokov، الذي قام بتنظيم ومشاركة العمل معنا في موازنة مراوح طائرات Yak-52 و Su-29 التي يقودها.
خلال هذا العمل، تم اكتساب مهارات معينة وتطوير تقنية لموازنة مراوح الطائرات في ظروف ميدانية باستخدام جهاز "Balanset-1"، بما في ذلك:
- تحديد مواقع وطرق تركيب (تثبيت) أجهزة استشعار الاهتزاز وزاوية الطور على الطائرة؛;
- تحديد ترددات الرنين للعديد من العناصر الهيكلية للطائرة (تعليق المحرك، شفرات المروحة)؛;
- تحديد ترددات دوران المحرك (أوضاع التشغيل) التي تضمن الحد الأدنى من عدم التوازن المتبقي الذي يمكن تحقيقه أثناء عملية الموازنة؛;
- تحديد التفاوتات المسموح بها لعدم التوازن المتبقي للمروحة.
بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على بيانات مثيرة للاهتمام حول مستويات اهتزاز الطائرات المجهزة بمحركات M-14P.
فيما يلي مواد التقرير المُجمّعة من نتائج هذا العمل. بالإضافة إلى نتائج الموازنة، تُقدّم هذه المواد بيانات من مسوحات الاهتزازات لطائرات ياك-52 وسو-29، والتي تم الحصول عليها خلال الاختبارات الأرضية والجوية. قد تكون هذه البيانات ذات أهمية لكل من طياري الطائرات والمتخصصين العاملين في صيانتها.
2. دراسة التوازن والاهتزازات لطائرة ياك-52
2.1. مقدمة
في الفترة من مايو إلى يوليو 2014، تم تنفيذ أعمال مسح الاهتزازات لطائرة ياك-52، المجهزة بمحرك الطيران M-14P، وموازنة مروحتها ذات الشفرتين.
تم إجراء عملية الموازنة في مستوى واحد باستخدام مجموعة "Balanset-1"، رقم التسلسل 149.
يوضح الشكل 2.1 مخطط القياس. أثناء عملية الموازنة، يتم استخدام مستشعر الاهتزاز (مقياس التسارع). 1 تم تركيبه على الغطاء الأمامي لعلبة تروس المحرك باستخدام قاعدة مغناطيسية على دعامة مصممة خصيصًا. مستشعر زاوية الطور الليزري 2 كما تم تركيبه على غطاء علبة التروس وتوجيهه نحو العلامة العاكسة الموضوعة على إحدى شفرات المروحة.
تم نقل الإشارات التناظرية من أجهزة الاستشعار عبر الكابلات إلى وحدة القياس في جهاز "Balanset-1"، حيث أُجريت معالجة رقمية أولية. ثم دخلت هذه الإشارات بصيغتها الرقمية إلى الحاسوب، حيث تم إجراء معالجة برمجية وحساب كتلة وزاوية وزن التصحيح اللازم لتعويض عدم توازن المروحة.
زك — عجلة التروس الرئيسية؛ Zs — الأقمار الصناعية؛ Zن — عجلة تروس ثابتة.
أجهزة الموازنة
- بالانست-1أ 1975 يورو
- Balanset-1A OEM €1,735
- بالانسيت-4 6803 يورو
مُكَمِّلات
- مستشعر الاهتزاز 90 يورو
- مقياس سرعة الدوران بالليزر 124 يورو
- حامل مغناطيسي 46 يورو
- شريط عاكس 10 يورو
خلال هذا العمل، ومع الأخذ في الاعتبار الخبرة المكتسبة من موازنة مراوح كل من Su-29 و Yak-52، تم إجراء عدد من الدراسات الإضافية:
- تحديد الترددات الطبيعية لتذبذبات المحرك والمروحة في طائرة ياك-52؛;
- قياس مقدار الاهتزاز والتركيب الطيفي في مقصورة الطيار الثاني أثناء الطيران بعد موازنة المروحة؛;
- قياس الاهتزاز بعد موازنة المروحة وبعد ضبط قوة شد ممتصات الصدمات الخاصة بالمحرك.
2.2. الترددات الطبيعية لتذبذبات المحرك والمروحة
تم تحديد الترددات الطبيعية لتذبذبات المحرك، المثبتة على ممتصات الصدمات في جسم الطائرة، باستخدام محلل الطيف AD-3527 من شركة A&D (اليابان) من خلال إثارة الصدمة.
في طيف التذبذبات الطبيعية لنظام تعليق محرك طائرة ياك-52 (الشكل 2.2)، تم تحديد أربعة ترددات رئيسية: 20 هرتز، 74 هرتز، 94 هرتز، 120 هرتز.
من المرجح أن تكون الترددات 74 هرتز و94 هرتز و120 هرتز مرتبطة بخصائص تثبيت المحرك (نظام التعليق) على جسم الطائرة. أما التردد 20 هرتز، فمن المرجح أن يكون مرتبطًا بالاهتزازات الطبيعية للطائرة على هيكل عجلاتها.
تم تحديد الترددات الطبيعية لشفرات المروحة باستخدام طريقة الإثارة بالصدمة. وقد تم تحديد أربعة ترددات رئيسية: 36 هرتز، 80 هرتز، 104 هرتز، و134 هرتز.
تُعدّ بيانات الترددات الطبيعية لاهتزازات نظام تعليق المحرك وشفرات المروحة ذات أهمية بالغة لاختيار تردد دوران المروحة أثناء عملية الموازنة. ويتمثل الشرط الأساسي لاختيار هذا التردد في ضمان أقصى قدر من الانحراف عن الترددات الطبيعية لاهتزازات العناصر الهيكلية للطائرة، إذ قد تتأثر دقة قياسات الاهتزاز وقابليتها للتكرار بشكل كبير عند الترددات الرنانة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون معرفة الترددات الطبيعية للمكونات الفردية مفيدة لتحديد أسباب الزيادات الحادة في الاهتزاز (ظواهر الرنين) في أوضاع سرعة المحرك المختلفة، والتي قد تنشأ أثناء تشغيل الطائرة.
2.3. موازنة النتائج
كما ذكر أعلاه، تم إجراء موازنة المروحة في مستوى واحد، وبالتالي تعويض عدم توازن قوة المروحة ديناميكيًا.
لم يكن التوازن الديناميكي في مستويين (والذي من شأنه أن يعوض أيضًا عن عدم توازن العزم) ممكنًا، لأن تصميم المروحة في طائرة ياك-52 يسمح بمستوى تصحيح واحد فقط.
تم إجراء عملية الموازنة عند تردد دوران يبلغ 1150 دورة في الدقيقة (60%)، والذي تم عنده الحصول على قياسات الاهتزاز الأكثر استقرارًا، سواء من حيث السعة أو الطور، من تشغيل إلى آخر.
تم استخدام مخطط "التشغيل المزدوج" الكلاسيكي:
- خلال التشغيل الأول، تم تحديد سعة وطور الاهتزاز عند تردد دوران المروحة في الحالة الأولية.
- خلال الجولة الثانية، تم تحديد سعة وطور الاهتزاز بعد تركيب كتلة تجريبية مقدارها 7 غرامات على المروحة.
- استنادًا إلى هذه البيانات، قام البرنامج بحساب: كتلة التصحيح M = 19.5 غرام بزاوية F = 32°.
نظراً لخصائص تصميم المروحة، التي لم تسمح بتركيب وزن التصحيح عند الزاوية المطلوبة البالغة 32 درجة، تم تركيب وزنين مكافئين:
- M1 = 14 غرام عند الزاوية F1 = 0°
- M2 = 8.3 غرام عند الزاوية F2 = 60 درجة
نتيجة: بعد تركيب أوزان التصحيح، انخفض الاهتزاز عند 1150 دورة في الدقيقة من 10.2 ملم/ثانية ل 4.2 ملم/ثانية. انخفض عدم التوازن الفعلي من 2340 جم·مم إلى 963 جم·مم.
2.4. الاهتزاز في أوضاع التشغيل الأخرى
تُعرض نتائج فحوصات الاهتزاز في أوضاع تشغيل المحرك الأخرى أثناء الاختبارات الأرضية في الجدول 2.1. وكما هو واضح، فقد أثر التوازن بشكل إيجابي على اهتزاز طائرة ياك-52 في جميع الأوضاع.
| # | الطاقة، % | دورة في الدقيقة | سرعة الاهتزاز RMS، مم/ثانية |
|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 1153 | 4.2 |
| 2 | 65 | 1257 | 2.6 |
| 3 | 70 | 1345 | 2.1 |
| 4 | 82 | 1572 | 1.25 |
علاوة على ذلك، خلال الاختبارات الأرضية، لوحظ اتجاه واضح نحو انخفاض كبير في الاهتزازات مع زيادة تردد دوران المروحة. ويمكن تفسير ذلك بزيادة انحراف تردد دوران المروحة عن تردد التذبذب الطبيعي للطائرة على الهيكل (الذي يُفترض أنه 20 هرتز)، والذي يحدث عند ترددات دوران أعلى.
2.5. اهتزاز الطائرة أثناء الطيران قبل وبعد ضبط ممتص الصدمات
بالإضافة إلى اختبارات الاهتزاز الأرضي بعد موازنة المروحة (القسم 2.3)، تم أيضًا إجراء قياسات الاهتزاز للطائرة Yak-52 أثناء الطيران.
تم قياس الاهتزاز أثناء الطيران في مقصورة الطيار الثاني في الاتجاه الرأسي باستخدام محلل طيفي محمول من طراز AD-3527 من شركة A&D (اليابان) ضمن نطاق التردد من 5 إلى 200 (500) هرتز. أُجريت القياسات عند خمسة أوضاع لسرعة المحرك الرئيسية: 60%، و65%، و70%، و82%، و94% عند أقصى تردد دوران.
تم عرض النتائج التي تم الحصول عليها قبل ضبط ممتصات الصدمات في الجدول 2.2.
| # | المراوح | مكونات طيف الاهتزاز،, التردد (دورة في الدقيقة) / السعة (مم/ثانية) |
الخامسΣ, مم/ثانية |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | دورة في الدقيقة | الخامسص1 | الخامسن | الخامسج1 | الخامسص2 | الخامسج2 | الخامسص4 | الخامسج3 | الخامسص5 | ||
| 1 | 60 | 1155 | 1155 4.4 |
1560 1.5 |
1755 1.0 |
2310 1.5 |
3510 4.0 |
4620 1.3 |
5265 0.7 |
5775 0.9 |
6.1 |
| 2 | 65 | 1244 | 1244 3.5 |
1680 1.2 |
1890 2.1 |
2488 1.2 |
3780 4.1 |
4976 0.4 |
5670 1.2 |
6.2 | |
| 3 | 70 | 1342 | 1342 2.8 |
1860 0.4 |
2040 3.2 |
2684 0.4 |
4080 2.9 |
5369 2.3 |
5.0 | ||
| 4 | 82 | 1580 | 1580 4.7 |
2160 2.9 |
2400 1.1 |
3160 0.4 |
4800 12.5 |
13.7 | |||
| 5 | 94 | 1830 | 1830 2.2 |
2484 3.4 |
2760 1.7 |
3660 2.8 |
5520 15.8 |
7320 3.7 |
17.1 | ||
الخامسp = التوافقيات الدورانية (الأولى، الثانية، الرابعة، الخامسة) الخامسن = ضاغط/مستشعر التردد الخامسج1, الخامسج2, الخامسج3 = عمود المرفق الأول، الثاني، الثالث القيمة العليا = التردد (دورة في الدقيقة)، القيمة السفلى = السعة (مم/ثانية).
كما هو موضح في الجدول 2.2، تظهر مكونات الاهتزاز الرئيسية عند تردد دوران المروحة Vص1, تردد عمود المرفق Vج1, ، محرك ضاغط الهواء (و/أو مستشعر التردد) Vن, ، وتوافقياتها الأعلى.
أقصى اهتزاز كلي VΣ تم رصدها في نمطي 82% (1580 دورة في الدقيقة) و94% (1830 دورة في الدقيقة). يظهر المكون المهيمن في هذين النمطين عند التوافقي الثاني لتردد دوران عمود المرفق Vج2, ، حيث تصل إلى 12.5 مم/ثانية عند 4800 دورة/دقيقة و 15.8 مم/ثانية عند 5520 دورة/دقيقة.
يُفترض أن هذا المكون مرتبط بمجموعة المكابس (عمليات التصادم التي تحدث أثناء الحركة المزدوجة للمكابس لكل دورة كاملة لعمود المرفق). ويُعزى الارتفاع الحاد في وضعيتي التشغيل 82% (التشغيل الاسمي الأول) و94% (الإقلاع) على الأرجح ليس إلى عيوب في مجموعة المكابس، بل إلى اهتزازات رنين المحرك على ممتصات الصدمات. ويدعم هذا الاستنتاج قياسات التردد الطبيعي، التي كشفت عن ترددات تعليق المحرك عند 74 هرتز (4440 دورة/دقيقة)، و94 هرتز (5640 دورة/دقيقة)، و120 هرتز (7200 دورة/دقيقة). اثنان من هذه الترددات - 74 هرتز و94 هرتز - قريبان من تردد التوافقي الثاني لعمود المرفق في وضعيتي التشغيل الاسمي الأول والإقلاع.
بسبب الاهتزازات الكبيرة الموجودة عند Vج2, تم فحص قوة شد ممتصات صدمات المحرك وضبطها. وتُعرض النتائج المقارنة في الجدول 2.3.
| # | % | دورة في الدقيقة (قبل / بعد) |
الخامسص1 | الخامسج2 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| قبل | بعد | قبل | بعد | |||
| 1 | 60 | 1155 / 1140 | 1155 4.4 |
1140 3.3 |
3510 3.0 |
3480 3.6 |
| 2 | 65 | 1244 / 1260 | 1244 3.5 |
1260 3.5 |
3780 4.1 |
3840 4.3 |
| 3 | 70 | 1342 / 1350 | 1342 2.8 |
1350 3.3 |
4080 2.9 |
4080 1.2 |
| 4 | 82 | 1580 / 1590 | 1580 4.7 |
1590 4.2 |
4800 12.5 |
4830 16.7 |
| 5 | 94 | 1830 / 1860 | 1830 2.2 |
1860 2.7 |
5520 15.8 |
5640 15.2 |
القيمة العليا = التردد (CPM)، القيمة الدنيا = السعة (مم/ثانية).
كما هو موضح في الجدول 2.3، فإن تعديل الممتص لم يؤد إلى تغييرات كبيرة في مكونات الاهتزاز الرئيسية للطائرة.
تجدر الإشارة أيضًا إلى أن مكون عدم توازن المروحة Vص1 في الوضعين 82% و94%، تكون القيمة أقل بمقدار 3-7 مرات على التوالي من Vج2 في تلك الأوضاع. في أوضاع الطيران الأخرى، Vص1 يتراوح من 2.8 إلى 4.4 ملم/ثانية، وتعتمد تغييراته بين الأوضاع بشكل أساسي ليس على جودة التوازن، ولكن على درجة الانحراف عن الترددات الطبيعية للعناصر الهيكلية للطائرة.
2.6. الاستنتاجات
2.6.1.
أدى ضبط مروحة طائرة ياك-52 عند تردد دوران 1150 دورة في الدقيقة (60%) إلى تقليل الاهتزاز عند تردد دوران المروحة من 10.2 مم/ثانية إلى 4.2 مم/ثانية. وبالنظر إلى الخبرة المتراكمة خلال ضبط مراوح طائرتي ياك-52 وسو-29 باستخدام جهاز "Balanset-1"، توجد إمكانية واقعية لتحقيق خفض أكبر في مستوى الاهتزاز، لا سيما باختيار تردد دوران أعلى للمروحة أثناء الضبط، مما يسمح بانحراف أكبر عن التردد الطبيعي لتذبذبات الطائرة عند 20 هرتز (1200 دورة/دقيقة) الذي تم تحديده خلال القياسات.
2.6.2.
كما تُظهر اختبارات اهتزاز الطيران (انظر الجدولين 2.2 و2.3)، فإن أطياف اهتزاز طائرة ياك-52 تحتوي، بالإضافة إلى الاهتزاز عند تردد دوران المروحة Vص1, ، والعديد من المكونات الهامة الأخرى المرتبطة بعمود المرفق Vج1، الخامسج2، الخامسج3, ، ومجموعة مكابس المحرك، وضاغط الهواء (و/أو مستشعر التردد) محرك Vن.
في أوضاع السرعة 60% و65% و70%، تكون هذه المكونات قابلة للمقارنة في حجمها مع مكون عدم توازن المروحة Vص1. وبالتالي، فإن حتى الإزالة الكاملة للاهتزاز الناتج عن عدم توازن المروحة من شأنها أن تسمح بتقليل الاهتزاز الكلي للطائرة في هذه الأوضاع بما لا يزيد عن 1.5 مرة تقريبًا.
2.6.3.
أقصى اهتزاز كلي VΣ تم رصد اهتزازات طائرة ياك-52 عند سرعات 82% (1580 دورة في الدقيقة للمروحة) و94% (1830 دورة في الدقيقة للمروحة). ويظهر المكون المهيمن لهذا الاهتزاز عند التوافقي الثاني لتردد دوران عمود المرفق V.ج2, ، عند ترددات تبلغ 4800 دورة / دقيقة و 5520 دورة / دقيقة على التوالي، والتي تصل عندها إلى قيم 12.5 مم / ثانية و 15.8 مم / ثانية.
كما هو موضح في القسمين 2.5 و2.2، فإن الزيادة الحادة في هذا المكون عند الأوضاع المشار إليها لا تُعزى على الأرجح إلى عيوب في مجموعة المكابس، بل إلى اهتزازات رنينية للمحرك على ممتصات الصدمات. ولم يُسفر تعديل قوة شد ممتص الصدمات، الذي تم إجراؤه أثناء الاختبارات، عن تغييرات ملحوظة في مستويات الاهتزاز.
يمكن اعتبار هذا الوضع على الأرجح سهواً في التصميم (التقدير البنائي) من مطوري الطائرات، الذين تم قبولهم أثناء اختيار نظام تثبيت المحرك (التعليق) في جسم الطائرة.
2.6.4.
تشير البيانات التي تم الحصول عليها أثناء عملية موازنة المروحة واختبارات الاهتزاز التي أجريت بالإضافة إلى ذلك إلى أن مراقبة الاهتزاز الدورية يمكن أن تكون مفيدة للتقييم التشخيصي للحالة الفنية لمحرك الطائرة، بما في ذلك تقييم حالة مجموعة المكابس، وعمود المرفق، ومحامل المحرك، ومحرك ضاغط الهواء.
يمكن إنجاز هذا العمل، على سبيل المثال، باستخدام جهاز "Balanset-1" (الذي يتم إنتاجه حاليًا باسم بالانست-1أ), في البرنامج الذي تم تنفيذ وظيفة تحليل الاهتزاز الطيفي فيه.
3. موازنة المروحة MTV-9-KC/CL 260-27 ودراسة الاهتزازات للطائرة Su-29
3.1. مقدمة
في 15 يونيو 2014، تم تنفيذ العمل على موازنة المروحة ثلاثية الشفرات من النوع MTV-9-KC/CL 260-27، المثبتة على محرك الطيران M-14P الخاص بالطائرة البهلوانية Su-29.
وفقًا للبيانات المقدمة من الشركة المصنعة (MT-Propeller)، فقد تم موازنة المروحة المشار إليها مبدئيًا بشكل ثابت، كما يتضح من وجود وزن تصحيحي مثبت في مصنع التصنيع على المروحة في المستوى 1.
تم إجراء موازنة المروحة، المثبتة مباشرة على عمود الإخراج لعلبة تروس Su-29 (أي في مكان تركيبها الدائم)، باستخدام مجموعة موازنة الاهتزاز "Balanset-1"، رقم التسلسل 149.
كان مخطط القياس (الشكل 3.1) مشابهًا بشكل عام للمخطط المستخدم في طائرة ياك-52. مستشعر الاهتزاز (مقياس التسارع) 1 تم تركيبه على غلاف علبة تروس المحرك باستخدام قاعدة مغناطيسية على دعامة مصممة خصيصًا. مستشعر زاوية الطور الليزري 2 تم تركيبه أيضًا على غلاف علبة التروس وتوجيهه نحو العلامة العاكسة الموجودة على إحدى شفرات المروحة. نُقلت الإشارات التناظرية من الحساسات عبر كابلات إلى وحدة القياس في جهاز "Balanset-1"، حيث أُجريت معالجة رقمية أولية. بعد ذلك، دخلت الإشارات بصيغتها الرقمية إلى الحاسوب، حيث أُجريت معالجة برمجية وحُسبت كتلة وزاوية وزن التصحيح اللازم لتعويض عدم توازن المروحة.
زك — عجلة التروس الرئيسية؛ Zج — الأقمار الصناعية؛ Zن — عجلة تروس ثابتة.
قبل هذا العمل، ومع الأخذ في الاعتبار الخبرة المكتسبة من موازنة مروحة طائرة ياك-52، تم إجراء دراسات إضافية:
- تحديد الترددات الطبيعية لاهتزازات محرك ومروحة طائرة Su-29؛;
- التحقق من مقدار وتكوين الطيف للاهتزاز الأساسي في مقصورة الطيار الثاني قبل الموازنة.
3.2. الترددات الطبيعية لتذبذبات المحرك والمروحة
باستخدام نفس طريقة الإثارة بالصدمات مع محلل AD-3527، تم تحديد ستة ترددات رئيسية في طيف تعليق المحرك (الشكل 3.2): 16 هرتز، 22 هرتز، 37 هرتز، 66 هرتز، 88 هرتز، 120 هرتز.
من المفترض أن الترددات 66 هرتز و88 هرتز و120 هرتز مرتبطة ارتباطًا مباشرًا بخصائص نظام تثبيت المحرك (التعليق) في جسم الطائرة. أما الترددان 16 هرتز و22 هرتز، فمن المرجح أنهما مرتبطان بالاهتزازات الطبيعية للطائرة ككل على هيكلها. وبالنسبة للتردد 37 هرتز، فمن المحتمل أنه مرتبط بالتردد الطبيعي لاهتزازات شفرة المروحة.
وقد تم تأكيد هذا الافتراض الأخير من خلال نتائج قياسات الترددات الطبيعية لتذبذبات شفرات المروحة (الشكل 3.3)، والتي تم تحديد ثلاثة ترددات رئيسية في طيفها: 37 هرتز، 100 هرتز، و174 هرتز.
تُعدّ معرفة الترددات الطبيعية لنظام تعليق المحرك وشفرات المروحة في طائرة سو-29 ذات أهمية عملية بالغة. أولًا، تُمكّن من اختيار تردد دوران المروحة المناسب لتحقيق التوازن، مما يضمن أقصى قدر من التباعد عن الرنين الهيكلي للطائرة. ثانيًا، تُوفّر الأساس اللازم للتفسير والتشخيص الصحيحين لأسباب الاهتزازات التي تُلاحظ في أوضاع تشغيل المحرك المختلفة، كما سيتبين في الأقسام اللاحقة من هذا التقرير.
3.3. اهتزاز المقصورة الأساسي قبل الموازنة
قبل إجراء عملية الموازنة، تم قياس مستويات الاهتزاز الأساسية في مقصورة الطيار الثاني لطائرة سو-29. وكما هو الحال في طائرة ياك-52، تم قياس الاهتزاز في الاتجاه الرأسي باستخدام محلل الطيف المحمول AD-3527 من شركة A&D (اليابان) ضمن نطاق التردد من 5 إلى 200 هرتز. أُجريت القياسات عند أربعة أوضاع لسرعة المحرك الرئيسية، والتي تتوافق مع ترددات الدوران القصوى للمروحة 60%، و65%، و70%، و82%.
تم عرض نتائج هذه القياسات في الجدول 3.1.
| # | المراوح | مكونات طيف الاهتزاز،, التردد (دورة في الدقيقة) / السعة (مم/ثانية) |
الخامسΣ, مم/ثانية |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | دورة في الدقيقة | الخامسص1 | الخامسن | الخامسج1 | الخامسص3 | الخامسج2 | الخامسص4 | الخامسج3 | الخامس? | ||
| 1 | 60 | 1150 | 1150 5.4 |
1560 2.6 |
1740 2.0 |
3450 | 3480 4.2 |
6120 2.8 |
8.0 | ||
| 2 | 65 | 1240 | 1240 5.7 |
1700 2.4 |
1890 1.3 |
3720 | 3780 8.6 |
10.6 | |||
| 3 | 70 | 1320 | 1320 2.8 |
1800 2.5 |
2010 0.9 |
3960 | 4020 10.8 |
11.5 | |||
| 4 | 82 | 1580 | 1580 3.2 |
2160 1.5 |
2400 3.0 |
4740 | 4800 8.5 |
9.7 | |||
الخامسp = التوافقيات الدورانية (الأولى، الثالثة، الرابعة) الخامسن = ضاغط/مستشعر التردد الخامسج1, الخامسج2 = عمود المرفق الأول، الثاني V? = مكون غير محدد. القيمة العليا = التردد (CPM)، القيمة الدنيا = السعة (مم/ثانية).
تظهر مكونات الاهتزاز الرئيسية عند تردد دوران المروحة Vص1, ، عمود المرفق Vج1, محرك ضاغط Vن, ، والتردد التوافقي الثاني لعمود المرفق Vج2 (والذي قد يتزامن أيضًا في حالة المروحة ثلاثية الشفرات مع تردد مرور الشفرة Vص3).
في طيف الوضع 60%، تم العثور أيضًا على مكون غير محدد عند 6120 دورة/دقيقة، ربما يكون سببه الرنين عند حوالي 100 هرتز - أحد الترددات الطبيعية لشفرة المروحة.
تم رصد أقصى اهتزاز كلي (11.5 مم/ثانية) في نمط 70%. المكون السائد في هذا النمط هو Vج2 عند 4020 دورة/دقيقة، تصل السرعة إلى 10.8 مم/ثانية. من المرجح أن يكون هذا الارتفاع الحاد عند 70% ناتجًا عن اهتزازات رنانة لنظام تعليق المحرك بالقرب من 67 هرتز (4020 دورة/دقيقة).
تجدر الإشارة أيضًا إلى أنه بالإضافة إلى تأثيرات الإثارة الناتجة عن مجموعة المكابس، قد يتأثر الاهتزاز في نطاق التردد هذا أيضًا بالقوى الديناميكية الهوائية عند تردد مرور شفرة المروحة (V).ص3في الوضعين 65% و82%، لوحظت زيادة ملحوظة في Vج2 (الخامسص3كما لوحظ وجود مكون ) ، والذي يمكن تفسيره بالمثل عن طريق التذبذبات الرنانة لمكونات الطائرة الفردية.
مكون عدم توازن المروحة Vص1 تراوحت السرعة بين 2.4 و 5.7 ملم/ثانية عبر الأوضاع قبل الموازنة، وهي عمومًا أقل من Vج2 في الأوضاع المقابلة. لا يتحدد اختلافها بين الأوضاع بجودة التوازن فحسب، بل يتحدد أيضًا بدرجة الانحراف عن الترددات الطبيعية للعناصر الهيكلية للطائرة.
3.4. موازنة النتائج
تمت موازنة المروحة في مستوى واحد عند تردد دوران يبلغ 1350 دورة في الدقيقة، باستخدام عمليتي قياس (الطريقة الكلاسيكية لمعاملات التأثير). يرد البروتوكول الكامل للموازنة في ملحق 1.
تضمنت عملية الموازنة العمليات التالية:
- خلال التشغيل الأول (الحالة الأولية)، تم تحديد سعة وطور الاهتزاز عند تردد دوران المروحة.
- خلال الجولة الثانية، تم تحديد سعة وطور الاهتزاز بعد تركيب كتلة تجريبية ذات وزن معروف على المروحة.
- وبناءً على نتائج القياس هذه، قام البرنامج بحساب كتلة وزاوية تركيب الوزن التصحيحي في المستوى 1، وهو أمر ضروري لتعويض عدم توازن المروحة.
نتيجة: بعد تركيب الوزن التصحيحي لـ 40.9 غرام, انخفضت الاهتزازات من 6.7 ملم/ثانية ل 1.5 مم/ثانية. أما في أوضاع السرعة الأخرى، فقد ظل الاهتزاز المرتبط بعدم توازن المروحة ضمن الحدود المسموح بها. 1-2.5 مم/ثانية.
لم يتم التحقق من جودة التوازن أثناء الطيران بسبب تلف عرضي للمروحة أثناء رحلة تدريبية.
انحراف كبير عن موازنة المصنع. تجدر الإشارة إلى أن النتيجة التي تم الحصول عليها أثناء الموازنة الميدانية تختلف اختلافًا كبيرًا عن نتيجة الموازنة التي تم إجراؤها في مصنع التصنيع:
- تم تقليل الاهتزاز عند تردد دوران المروحة بعد الموازنة الميدانية في مكان التركيب الدائم (على عمود الإخراج لعلبة تروس Su-29) بأكثر من 4 مرات مقارنة بالحالة الأولية (أي مقارنة بحالة الموازنة في المصنع)؛;
- تم تحريك الوزن التصحيحي المُثبَّت أثناء عملية الموازنة الميدانية بمقدار تقريبي 130 درجة بالنسبة للوزن التصحيحي المثبت في مصنع التصنيع (MT-Propeller).
تم تركيب وزن تصحيحي في مصنع التصنيع لم تتم إزالته من المروحة أثناء عملية الموازنة الميدانية الإضافية.
قد تكون أسباب هذا التباين المذكور هي التالية:
- أخطاء نظام القياس الخاص بمنصة الموازنة في مصنع التصنيع (يبدو أن هذا السبب هو الأقل احتمالاً)؛;
- الأخطاء الهندسية (عدم الدقة) في أسطح تركيب مغزل آلة الموازنة في مصنع التصنيع، مما يتسبب في انحراف شعاعي للمروحة على المغزل؛;
- الأخطاء الهندسية (عدم الدقة) في أسطح تركيب عمود الإخراج لعلبة التروس في طائرة Su-29، مما يتسبب في انحراف شعاعي للمروحة عند تركيبها على عمود علبة التروس.
3.5. الاستنتاجات
3.5.1.
أدى ضبط توازن مروحة طائرة سو-29 في مستوى واحد عند تردد دوران يبلغ 1350 دورة في الدقيقة (70%) إلى تقليل الاهتزاز عند تردد دوران المروحة من 6.7 مم/ثانية في الحالة الأولية إلى 1.5 مم/ثانية بعد الضبط. كما انخفض الاهتزاز الناتج عن عدم توازن المروحة عند سرعات المحرك الأخرى بشكل ملحوظ، وبقي ضمن نطاق 1-2.5 مم/ثانية.
3.5.2.
من أجل توضيح أسباب النتائج غير المرضية لموازنة المروحة في مصنع التصنيع (MT-Propeller)، من الضروري فحص الانحراف الشعاعي للمروحة على عمود الإخراج لعلبة تروس محرك طائرة Su-29.
الملحق 1: بروتوكول الموازنة
بروتوكول التوازن
MTV-9-KC/CL 260-27 المروحة للطائرة البهلوانية Su-29
1. العميل: ف.د. تشفوكوف
2. موقع التركيب: عمود الإخراج لعلبة تروس Su-29
3. نوع المروحة: MTV-9-KC/CL 260-27
4. طريقة الموازنة: يتم تجميعها في الموقع (باستخدام محاملها الخاصة)، طائرة واحدة
5. موازنة سرعة دوران المحرك: 1350
6. جهاز الموازنة: ""بالانسيت-1"، الرقم التسلسلي. 149، فيبروميرا
7. المعايير المستخدمة: ISO 1940-1 — متطلبات جودة التوازن للدوارات الصلبة.
8. التاريخ: 15.06.2014
9. ملخص نتائج الموازنة:
| # | قياس | الاهتزاز، مم / ثانية | عدم التوازن، غرام/ملم |
|---|---|---|---|
| 1 | قبل الموازنة * | 6.7 | 6135 |
| 2 | بعد التوازن | 1.5 | 1350 |
| التفاوت المسموح به وفقًا لمعيار ISO 1940 للفئة G 6.3 | 1500 | ||
* تم إجراء عملية الموازنة مع بقاء الوزن التصحيحي المثبت في المصنع على المروحة.
10. النتائج:
10.1. تم تقليل الاهتزاز المتبقي (عدم التوازن) بعد موازنة المروحة على عمود إخراج علبة التروس Su-29 بأكثر من 4 مرات مقارنة بالحالة الأولية.
10.2. تختلف معايير الوزن التصحيحي (الكتلة، الزاوية) اختلافًا كبيرًا عن تلك التي ركّبها المصنّع (MT-Propeller). تمّ تركيب وزن تصحيحي إضافي قدره 40.9 غرام، مُزاحًا بزاوية 130 درجة عن وزن المصنع. لم يتمّ إزالة وزن المصنع.
لتحديد السبب المحدد، من الضروري القيام بما يلي:
- تحقق من نظام القياس والدقة الهندسية لتركيب المغزل على آلة الموازنة الخاصة بالشركة المصنعة؛;
- تحقق من الانحراف الشعاعي للمروحة على عمود إخراج علبة التروس Su-29.
المنفذ:
أخصائي رئيسي، فيبروميرا
في دي فيلدمان
الأسئلة الشائعة
ما هو موازنة المروحة الميدانية ولماذا هي مهمة؟
تُجرى موازنة المروحة ميدانيًا والمروحة مثبتة على الطائرة، وتعمل بسرعة التشغيل. وعلى عكس الموازنة الثابتة في المصنع (التي تُجرى خارج الطائرة)، فإنها تأخذ في الحسبان ظروف التركيب الفعلية: تفاوتات علبة التروس، وهندسة التركيب، ونظام ديناميكيات الطائرة بالكامل. في حالة طائرتنا Su-29، كان وزن التصحيح المطلوب ميدانيًا مُزاحًا بمقدار 130 درجة عن الوزن المُثبَّت في المصنع، مما يُثبت أن الموازنة في المصنع وحدها قد لا تكون كافية لتحقيق أفضل النتائج.
ما هي المعدات اللازمة لموازنة مراوح الطائرات؟
تتضمن مجموعة موازنة Balanset-1A مستشعر اهتزاز (مقياس تسارع)، ومستشعر زاوية طور ليزري (مقياس سرعة الدوران)، ووحدة واجهة USB لمعالجة الإشارات الرقمية، وجهاز كمبيوتر مزود ببرنامج موازنة. تُثبّت المستشعرات على غلاف علبة تروس المحرك باستخدام حامل مغناطيسي ودعامة. ويُستخدم شريط عاكس على إحدى شفرات المروحة كمرجع للطور.
كيف يتم اختيار سرعة الدوران اللازمة لتحقيق التوازن؟
يجب أن يوفر تردد الدوران المستخدم في عملية الموازنة أقصى قدر من التباين عن الترددات الطبيعية للعناصر الهيكلية للطائرة (نظام تعليق المحرك، شفرات المروحة، هيكل الطائرة). إضافةً إلى ذلك، ينبغي أن يُحقق معدل الدوران المُختار قياسات اهتزاز مستقرة من حيث السعة والطور من دورة تشغيل إلى أخرى. بالنسبة لطائرة ياك-52، تم اختيار 1150 دورة في الدقيقة (60%)؛ وبالنسبة لطائرة سو-29، تم اختيار 1350 دورة في الدقيقة (70%).
ما هي مستويات الاهتزاز المقبولة بعد عملية الموازنة؟
وفقًا للمعيار ISO 1940 للفئة G 6.3، يجب ألا يتجاوز عدم التوازن المتبقي 1500 غرام.ملم. عمليًا، تُحقق النتائج الجيدة اهتزازًا أقل من 2.5 مم/ثانية RMS عند تردد دوران المروحة. في طائرة Su-29، تم تحقيق توازن بمعدل 1.5 مم/ثانية مع عدم توازن متبقٍ قدره 1350 غرام.ملم، وهو ضمن حدود التفاوت المسموح به وفقًا للمعيار ISO.
هل يمكن لموازنة المراوح أن تقضي على جميع اهتزازات الطائرة؟
لا. يحتوي طيف اهتزازات الطائرة ذات المحرك المكبسي على مكونات من عمود المرفق، ومجموعة المكابس، ومحرك ضاغط الهواء، والرنين الهيكلي. أظهر تحليلنا لطائرة ياك-52 أنه حتى مع الإزالة الكاملة لعدم توازن المروحة، فإن ذلك سيقلل الاهتزاز الكلي بما لا يزيد عن 1.5 مرة تقريبًا في معظم أوضاع التشغيل. في الوضعين 82% و94%، هيمن التوافقي الثاني لعمود المرفق على الاهتزاز الكلي بمعامل يتراوح بين 3 و7 مقارنةً بمكون المروحة.
ما هي المدة التي يجب أن تتم فيها موازنة مراوح الطائرات؟
ينبغي موازنة المراوح أثناء عمليات الفحص الرئيسية، وبعد الإصلاحات أو التلف، وعند ملاحظة أي اهتزاز مفرط. قد تتطلب الطائرات البهلوانية موازنة أكثر تكرارًا نظرًا لارتفاع أحمال الإجهاد. كما يمكن أن يكون رصد الاهتزازات الدوري باستخدام التحليل الطيفي (المتوفر في برنامج Balanset-1A) أداة تشخيصية لتقييم حالة المحرك.
ما هي طرازات Balanset المتاحة لموازنة المراوح؟
تقدم شركة فيبروميرا عدة نماذج مناسبة لموازنة المراوح والدوارات: بالانست-1أ (1975 يورو) هو نظام محمول ثنائي القنوات تم استخدامه في هذه الدراسة؛ Balanset-1A OEM (€1,735) نسخة جاهزة للتكامل مخصصة لورش العمل ومنظمات الصيانة؛ و بالانسيت-4 (بسعر 6803 يورو) هو نظام رباعي القنوات لمهام الموازنة المعقدة متعددة المستويات. تتضمن جميع الطرازات إمكانية تحليل الاهتزاز الطيفي، وهي مزودة بمستشعرات اهتزاز، ومقياس سرعة ليزري، وأجهزة تثبيت مغناطيسية، وبرنامج حاسوبي.
هل يمكن لشركة Vibromera تقديم خدمة موازنة المراوح في الموقع؟
نعم. بالإضافة إلى تصنيع وبيع معدات الموازنة، تُقدّم شركة فيبروميرا خدمات الموازنة الميدانية للآلات الدوّارة. بالنسبة للمؤسسات التي لا تحتاج إلى معدات موازنة خاصة بها، أو للمهام المعقدة التي تُنفّذ لمرة واحدة، يُمكن لمتخصصي فيبروميرا إجراء الموازنة الديناميكية في الموقع باستخدام نفس أجهزة بالانسيت الموضحة في هذا التقرير. يُمكن توجيه استفسارات الخدمة من خلال صفحة الاتصال.