Върху балансиране на витлата на самолети в полеви условия
Резюме: Този инженерен доклад документира първото успешно приложение на преносимото устройство Balanset-1 за балансиране на витла на самолети. Работата е проведена върху самолети Як-52 (двулопастен витло) и Су-29 (трилопастен витло MTV-9-KC/CL 260-27), оборудвани с двигатели М-14П, през май-юли 2014 г. Основни констатации: вибрациите на витлото на Як-52 са намалени от 10,2 на 4,2 мм/сек; на Су-29 - от 6,7 на 1,5 мм/сек (повече от 4 пъти намаление). Докладът представя и подробен анализ на вибрационния спектър при множество режими на работа и идентифицира доминиращи източници на вибрации, включително хармоници на коляновия вал и структурни резонанси.
1. Предговор
Преди две години и половина нашето предприятие започна серийното производство на устройството "Балансет-1", предназначено за балансиране на ротационни механизми в собствените им лагери.
Към днешна дата са произведени над 180 комплекта. Те се използват ефективно в различни индустрии, включително производството и експлоатацията на вентилатори, вентилатори, електродвигатели, машинни шпиндели, помпи, трошачки, сепаратори, центрофуги, карданни и колянови валове и подобни механизми.
Напоследък Вибромера получи голям брой запитвания от организации и частни лица относно възможността за използване на нашето оборудване за балансиране на витла на самолети и хеликоптери в полеви условия.
За съжаление, нашите специалисти, въпреки дългогодишния си опит в балансирането на различни машини, никога преди не се бяха сблъсквали с този специфичен проблем. Поради това съветите и препоръките, които можехме да дадем на нашите клиенти, бяха доста общи и не винаги им позволяваха ефективно да решат поставената задача.
Тази ситуация започна да се променя към по-добро тази пролет, благодарение на активното участие на В. Д. Чвоков, който организира и участва заедно с нас в работата по балансиране на витлата на самолети Як-52 и Су-29, които той пилотира.
По време на тази работа бяха придобити определени умения и беше разработена технология за балансиране на витла на самолети в полеви условия с помощта на устройството "Balanset-1", включително:
- определяне на местата и методите за инсталиране (монтаж) на сензори за вибрации и фазов ъгъл върху летателния апарат;
- определяне на резонансните честоти на няколко структурни елемента на самолета (окачване на двигателя, лопатки на витлото);
- идентифициране на честотите на въртене на двигателя (режими на работа), които осигуряват минимално постижимия остатъчен дисбаланс по време на балансиране;
- установяване на допустими отклонения за остатъчния дисбаланс на витлото.
Освен това бяха получени интересни данни за нивата на вибрациите на въздухоплавателни средства, оборудвани с двигатели M-14P.
По-долу са представени материалите от доклада, съставени от резултатите от тази работа. В допълнение към резултатите от балансирането, те представят данни от вибрационните изследвания на самолети Як-52 и Су-29, получени по време на наземни и летателни изпитания. Тези данни могат да бъдат интересни както за пилотите на самолети, така и за специалистите, занимаващи се с тяхната поддръжка.
2. Балансиране и вибрационно изследване на Як-52
2.1. Въведение
През май-юли 2014 г. бяха извършени работи по вибрационното обследване на самолет Як-52, оборудван с авиационен двигател М-14П, и балансирането на двулопатката му перка.
Балансирането е извършено в една равнина с помощта на комплекта "Balanset-1", сериен номер 149.
Схемата за измерване е показана на Фиг. 2.1. По време на балансиране, вибрационен сензор (акселерометър) 1 беше монтиран на предния капак на скоростната кутия на двигателя с помощта на магнитен монтаж върху специално проектирана скоба. Лазерен сензор за фазов ъгъл 2 също беше монтиран на капака на скоростната кутия и ориентиран към отразяващата маркировка, нанесена върху една от лопатките на витлото.
Аналоговите сигнали от сензорите се предаваха по кабели към измервателния блок на устройството "Балансет-1", където се извършваше предварителна цифрова обработка. След това тези сигнали в цифров вид постъпваха в компютъра, където се извършваше софтуерна обработка и се изчисляваха масата и ъгълът на корекционната тежест, необходими за компенсиране на дисбаланса на витлото.
Zk — главно зъбно колело; Zs — сателити; Zn — неподвижно зъбно колело.
По време на тази работа, вземайки предвид опита, натрупан от балансирането на витлата както на Су-29, така и на Як-52, бяха проведени редица допълнителни проучвания:
- определяне на собствените честоти на трептенията на двигателя и витлото на Як-52;
- измерване на величината и спектралния състав на вибрациите във втората пилотска кабина по време на полет след балансиране на витлото;
- измерване на вибрациите след балансиране на витлото и след регулиране на силата на затягане на амортисьорите на двигателя.
2.2. Собствени честоти на трептенията на двигателя и витлото
Собствените честоти на трептенията на двигателя, монтиран върху амортисьори в корпуса на самолета, бяха определени с помощта на спектрален анализатор AD-3527 на A&D (Япония) чрез ударно възбуждане.
В спектъра на естествените трептения на окачването на двигателя Як-52 (фиг. 2.2) бяха идентифицирани четири основни честоти: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz.
Честотите 74 Hz, 94 Hz и 120 Hz вероятно са свързани с характеристиките на закрепването (окачването) на двигателя към корпуса на самолета. Честотата 20 Hz най-вероятно е свързана с естествените трептения на самолета върху шасито на колесника.
Собствените честоти на лопатките на витлото също бяха определени с помощта на метода на ударно възбуждане. Идентифицирани бяха четири основни честоти: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz и 134 Hz.
Данните за собствените честоти на трептенията на окачването на двигателя и лопатките на витлото са от значение преди всичко за избора на честота на въртене на витлото по време на балансиране. Основното условие при избора на тази честота е да се осигури максимално разстройване от собствените честоти на трептенията на конструктивните елементи на самолета, тъй като при резонансни честоти точността и повторяемостта на измерванията на вибрациите могат да бъдат значително нарушени.
Освен това, познаването на собствените честоти на отделните компоненти може да бъде полезно за идентифициране на причините за рязко увеличение на вибрациите (резонансни явления) при различни режими на оборотите на двигателя, които могат да възникнат по време на експлоатация на самолета.
2.3. Резултати от балансирането
Както бе отбелязано по-горе, балансирането на витлото е извършено в една равнина, като по този начин динамично се компенсира силовият дисбаланс на витлото.
Динамичното балансиране в две равнини (което допълнително би компенсирало дисбаланса на моментите) не беше осъществимо, тъй като конструкцията на витлото на Як-52 позволява само една равнина на корекция.
Балансирането е извършено при честота на въртене от 1150 rpm (60%), при която са получени най-стабилните измервания на вибрациите, както по амплитуда, така и по фаза, от пускане на пускане.
Използвана е класическата схема с "двукратно преминаване":
- По време на първия пробег бяха определени амплитудата и фазата на вибрациите при честотата на въртене на витлото в начално състояние.
- По време на втория пробег бяха определени амплитудата и фазата на вибрациите след инсталиране на пробна маса от 7 g върху витлото.
- Въз основа на тези данни, софтуерът изчисли: корекционна маса М = 19,5 г под ъгъл F = 32°.
Поради конструктивните особености на витлото, които не позволяваха монтирането на коригиращата тежест под необходимия ъгъл от 32°, бяха монтирани две еквивалентни тежести:
- M1 = 14 g при ъгъл F1 = 0°
- M2 = 8,3 g при ъгъл F2 = 60°
Резултат: След монтиране на коригиращите тежести, вибрациите при 1150 об/мин намаляха от 10,2 мм/сек до 4,2 мм/сек. Действителният дисбаланс намаля от 2340 g·mm на 963 g·mm.
2.4. Вибрации при други режими на работа
Резултатите от вибрационните проверки при други режими на работа на двигателя по време на наземни тестове са представени в Таблица 2.1. Както може да се види, балансирането е повлияло положително на вибрациите на Як-52 при всички режими.
| # | Захранване, % | Обороти на обороти | RMS скорост на вибрациите, мм/сек |
|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 1153 | 4.2 |
| 2 | 65 | 1257 | 2.6 |
| 3 | 70 | 1345 | 2.1 |
| 4 | 82 | 1572 | 1.25 |
Освен това, по време на наземни тестове беше установена ясна тенденция на значително намаляване на вибрациите с увеличаване на честотата на въртене на витлото. Това може да се обясни с по-голямо отклонение на честотата на въртене на витлото от собствената честота на трептене на самолета върху шасито (вероятно 20 Hz), което се наблюдава при по-високи честоти на въртене.
2.5. Вибрации по време на полет преди и след регулиране на амортисьора
В допълнение към наземните вибрационни тестове след балансиране на витлото (раздел 2.3), бяха проведени и измервания на вибрациите на Як-52 по време на полет.
Вибрациите по време на полет бяха измерени във втората пилотска кабина във вертикална посока с помощта на преносим спектрален анализатор AD-3527 на A&D (Япония) в честотния диапазон от 5 до 200 (500) Hz. Измерванията бяха извършени при пет основни режима на обороти на двигателя: 60%, 65%, 70%, 82% и 94% с максимална честота на въртене.
Резултатите, получени преди регулиране на амортисьорите, са представени в Таблица 2.2.
| # | Скорост на витлото | Компоненти на спектъра на вибрациите, честота (CPM) / амплитуда (mm/sec) |
VΣ, мм/сек |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | Обороти на обороти | Vстр.1 | Vn | Vс1 | Vp2 | Vс2 | Vp4 | Vс3 | Vp5 | ||
| 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 | ||
Vp = хармоници на витлото (1-ва, 2-ра, 4-та, 5-та) Vn = компресор/честотен сензор Vс1, Vс2, Vс3 = колянов вал 1-ви, 2-ри, 3-ти Горна стойност = честота (CPM), долна = амплитуда (mm/sec).
Както се вижда от Таблица 2.2, основните компоненти на вибрациите се появяват при честотата на въртене на витлото Vстр.1, честотата на коляновия вал Vс1, задвижването на въздушния компресор (и/или честотен сензор) Vn, и техните висши хармоници.
Максимална обща вибрация VΣ беше установено в режими 82% (1580 об/мин) и 94% (1830 об/мин). Доминиращият компонент в тези режими се появява на втората хармоника на честотата на въртене на коляновия вал Vс2, достигайки 12,5 мм/сек при 4800 цикъла/мин и 15,8 мм/сек при 5520 цикъла/мин.
Може да се предположи, че този компонент е свързан с буталната група (ударни процеси, протичащи по време на двойното движение на буталата за едно завъртане на коляновия вал). Рязкото увеличение в режимите 82% (първи номинален) и 94% (излитане) най-вероятно се дължи не на дефекти на буталната група, а на резонансни трептения на двигателя върху неговите амортисьори. Това заключение се подкрепя от измерванията на собствената честота, които разкриха честоти на окачването на двигателя при 74 Hz (4440 цикъла/мин), 94 Hz (5640 цикъла/мин) и 120 Hz (7200 цикъла/мин). Две от тях — 74 Hz и 94 Hz — са близки до честотите на втората хармонична честота на коляновия вал при първия номинален и излитащ режим на работа.
Поради значителните вибрации, открити при Vс2, силата на затягане на амортисьорите на двигателя беше проверена и регулирана. Сравнителните резултати са представени в Таблица 2.3.
| # | % | Обороти на обороти (преди / след) |
Vстр.1 | Vс2 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Преди | След | Преди | След | |||
| 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 |
Горна стойност = честота (CPM), долна = амплитуда (mm/sec).
Както се вижда от Таблица 2.3, регулирането на амортисьора не е довело до съществени промени в основните вибрационни компоненти на самолета.
Трябва също да се отбележи, че компонентът на дисбаланса на витлото Vстр.1 в режими 82% и 94% е съответно 3–7 пъти по-ниско от Vс2 в тези режими. В други режими на полет, Vстр.1 варира от 2,8 до 4,4 мм/сек, а промените му между режимите се определят главно не от качеството на балансиране, а от степента на разстройка от собствените честоти на структурните елементи на самолета.
2.6. Заключения
2.6.1.
Балансирането на витлото на Як-52 при честота на въртене 1150 об/мин (60%) позволи намаляване на вибрациите при честотата на въртене на витлото от 10,2 мм/сек до 4,2 мм/сек. Като се вземе предвид натрупаният опит по време на балансирането на витлата както на самолетите Як-52, така и на Су-29 с помощта на устройството "Балансет-1", съществува реална възможност за постигане на още по-голямо намаляване на нивото на вибрации — по-специално, чрез избор на по-висока честота на въртене на витлото по време на балансирането, което би позволило в по-голяма степен да се разстрои от собствената честота на трептенията на самолета от 20 Hz (1200 цикъла/мин), установена по време на измерванията.
2.6.2.
Както показват летателните вибрационни тестове (виж Таблици 2.2 и 2.3), вибрационните спектри на самолет Як-52 съдържат, освен вибрацията при честотата на въртене на витлото Vстр.1, няколко други важни компонента — свързани с коляновия вал Vс1, Vс2, Vс3, буталната група на двигателя и въздушният компресор (и/или честотен сензор) задвижват Vn.
В режимите на скорост на 60%, 65% и 70%, тези компоненти са сравними по величина с компонента V на дисбаланса на витлото.стр.1. Следователно, дори пълното елиминиране на вибрациите, причинени от дисбаланса на витлото, би позволило намаляване на общите вибрации на самолета в тези режими с не повече от приблизително 1,5 пъти.
2.6.3.
Максимална обща вибрация VΣ на самолет Як-52 е установена при режими на скорост 82% (1580 об/мин на витлото) и 94% (1830 об/мин на витлото). Доминиращият компонент на тази вибрация се появява на втората хармоника на честотата на въртене на коляновия вал Vс2, при честоти съответно 4800 цикъла/мин и 5520 цикъла/мин, при които достига стойности от 12,5 мм/сек и 15,8 мм/сек.
Както е показано в раздели 2.5 и 2.2, рязкото увеличение на този компонент при посочените режими най-вероятно се дължи не на дефекти на буталната група, а на резонансни трептения на двигателя върху неговите амортисьори. Регулирането на силата на затягане на амортисьорите, извършено по време на тестовете, не доведе до съществени промени в нивата на вибрации.
Тази ситуация вероятно може да се счита за пропуск в дизайна (конструктивен просчет) на разработчиците на самолети, допуснати по време на избора на системата за монтиране (окачване) на двигателя в корпуса на самолета.
2.6.4.
Данните, получени по време на балансирането на витлата и допълнително извършените вибрационни тестове, показват, че периодичният вибрационен мониторинг може да бъде полезен за диагностична оценка на техническото състояние на самолетния двигател, включително оценка на състоянието на буталната група, коляновия вал, лагерите на двигателя и задвижването на въздушния компресор.
Такава работа може да се извърши например с помощта на устройството "Balanset-1" (в момента произвеждано като Balanset-1A), в софтуера на който е реализирана функцията за спектрален вибрационен анализ.
3. Балансиране на витлото MTV-9-KC/CL 260-27 и изследване на вибрациите на Су-29
3.1. Въведение
На 15 юни 2014 г. е извършена работа по балансирането на трилопатната перка тип MTV-9-KC/CL 260-27, монтирана на авиационния двигател M-14P на акробатичния самолет Су-29.
Според данните, предоставени от производителя (MT-Propeller), посоченият витло е бил предварително статично балансиран, както се вижда от наличието върху витлото в равнина 1 на коригираща тежест, инсталирана в завода-производител.
Балансирането на витлото, монтирано директно на изходния вал на скоростната кутия на Су-29 (т.е. на мястото на постоянното му монтиране), е извършено с помощта на комплекта за балансиране на вибрациите "Balanset-1", сериен номер 149.
Схемата за измерване (фиг. 3.1) е била като цяло подобна на използваната за Як-52. Сензор за вибрации (акселерометър) 1 беше монтиран върху корпуса на скоростната кутия на двигателя с помощта на магнитен монтаж върху специално проектирана скоба. Лазерен сензор за фазов ъгъл 2 също беше монтиран на корпуса на скоростната кутия и ориентиран към отразяващата маркировка, нанесена върху една от лопатките на витлото. Аналоговите сигнали от сензорите се предаваха по кабели към измервателния блок на устройството "Балансет-1", където се извършваше предварителна цифрова обработка. След това сигналите в цифров вид постъпваха в компютъра, където се извършваше софтуерна обработка и се изчисляваха масата и ъгълът на корекционната тежест, необходими за компенсиране на дисбаланса на витлото.
Zk — главно зъбно колело; Zc — сателити; Zn — неподвижно зъбно колело.
Преди тази работа и като се вземе предвид опитът от балансирането на витлото на Як-52, бяха проведени допълнителни проучвания:
- определяне на собствените честоти на трептенията на двигателя и витлото на Су-29;
- проверка на величината и спектралния състав на базовата вибрация във втората пилотска кабина преди балансиране.
3.2. Собствени честоти на трептенията на двигателя и витлото
Използвайки същия метод за възбуждане чрез удар с анализатора AD-3527, в спектъра на окачването на двигателя бяха идентифицирани шест основни честоти (фиг. 3.2): 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz.
Честотите 66 Hz, 88 Hz и 120 Hz вероятно са пряко свързани с особеностите на системата за монтиране (окачване) на двигателя в корпуса на самолета. Честотите 16 Hz и 22 Hz най-вероятно са свързани със собствените трептения на самолета като цяло върху неговото шаси. Що се отнася до честотата 37 Hz, тя вероятно е свързана със собствената честота на трептенията на лопатката на витлото на самолета.
Това последно предположение се потвърждава от резултатите от измервания на собствените честоти на трептенията на лопатките на витлото (фиг. 3.3), в спектъра на които са идентифицирани три основни честоти: 37 Hz, 100 Hz и 174 Hz.
Познаването на собствените честоти на окачването на двигателя и лопатките на витлото на Су-29 е от съществено практическо значение. Първо, то позволява обоснован избор на честотата на въртене на витлото за балансиране, осигурявайки максимално разстройване от структурните резонанси на самолета. Второ, то осигурява необходимата основа за правилното тълкуване и диагностициране на причините за вибрациите, наблюдавани при различни режими на работа на двигателя, както ще бъде показано в следващите раздели на този доклад.
3.3. Базови вибрации на кабината преди балансиране
Преди извършване на процедурата по балансиране бяха извършени измервания на базовите нива на вибрации във втората пилотска кабина на Су-29. Както в случая с Як-52, вибрациите бяха измерени във вертикална посока с помощта на преносимия спектрален анализатор AD-3527 на A&D (Япония) в честотния диапазон от 5 до 200 Hz. Измерванията бяха извършени при четири основни режима на обороти на двигателя, съответстващи на 60%, 65%, 70% и 82% от максималната честота на въртене на витлото.
Резултатите от тези измервания са представени в Таблица 3.1.
| # | Скорост на витлото | Компоненти на спектъра на вибрациите, честота (CPM) / амплитуда (mm/sec) |
VΣ, мм/сек |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | Обороти на обороти | Vстр.1 | Vn | Vс1 | Vp3 | Vс2 | Vp4 | Vс3 | V? | ||
| 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 | |||
Vp = хармоници на витлото (1-ви, 3-ти, 4-ти) Vn = компресор/честотен сензор Vс1, Vс2 = колянов вал 1-ви, 2-ри V? = неидентифициран компонент. Горна стойност = честота (CPM), долна = амплитуда (mm/sec).
Основните вибрационни компоненти се появяват при честотата на въртене на витлото Vстр.1, колянов вал Vс1, задвижване на компресора Vn, и втория хармоник на коляновия вал Vс2 (което в случай на трилопатково витло може да съвпада и с честотата на преминаване на лопатките Vp3).
В спектъра на режим 60% е открит и неидентифициран компонент при 6120 цикъла/мин, вероятно причинен от резонанс при приблизително 100 Hz - една от естествените честоти на лопатките на витлото.
Максимална обща вибрация (11,5 мм/сек) е установена в режим 70%. Доминиращият компонент в този режим е Vс2 при 4020 цикъла/мин, достигайки 10,8 мм/сек. Това рязко увеличение при 70% вероятно се дължи на резонансни трептения на окачването на двигателя близо до 67 Hz (4020 цикъла/мин).
Трябва също да се отбележи, че освен ударните възбуждания от буталната група, вибрациите в този честотен диапазон могат да бъдат повлияни и от аеродинамични сили при честотата на преминаване на лопатките на витлото (Vp3). В режимите 65% и 82% се наблюдава забележимо увеличение на Vс2 (Vp3) компонент също се наблюдава, което също може да се обясни с резонансни трептения на отделни компоненти на самолета.
Компонент V на дисбаланса на витлотостр.1 варираше от 2,4 до 5,7 мм/сек в различните режими преди балансиране, като обикновено беше по-ниска от Vс2 при съответните режими. Вариацията му между режимите се определя не само от качеството на балансиране, но и от степента на разстройка от собствените честоти на структурните елементи на самолета.
3.4. Резултати от балансирането
Балансирането на витлото е извършено в една равнина при честота на въртене 1350 оборота в минута, като са използвани два измервателни цикъла (класическият метод на коефициентите на влияние). Пълният протокол за балансиране е даден в Приложение 1.
Процедурата по балансиране се състоеше от следните операции:
- По време на първия пробег (начално състояние) бяха определени амплитудата и фазата на вибрациите при честотата на въртене на витлото.
- По време на втория пробег бяха определени амплитудата и фазата на вибрациите след инсталиране на пробна маса с известно тегло върху витлото.
- Въз основа на тези резултати от измерванията, софтуерът изчисли масата и ъгъла на монтаж на коригиращата тежест в равнина 1, необходими за компенсиране на дисбаланса на витлото.
Резултат: След инсталиране на коригиращата тежест на 40,9 г, вибрациите са намалели от 6,7 мм/сек до 1,5 мм/сек. При други режими на скорост, вибрациите, свързани с дисбаланса на витлото, оставаха в рамките на 1–2,5 мм/сек.
Проверка на качеството на балансиране по време на полет не е извършена поради случайно повреждане на витлото по време на тренировъчен полет.
Значително отклонение от фабричното балансиране. Трябва да се отбележи, че резултатът, получен по време на полевото балансиране, се различава съществено от резултата от балансирането, извършено в производствения завод:
- Вибрацията на честотата на въртене на витлото след балансиране на полето на мястото на постоянния монтаж (на изходния вал на скоростната кутия на Су-29) е намалена повече от 4 пъти в сравнение с началното състояние (т.е. в сравнение с фабрично балансираното състояние);
- Коригиращата тежест, инсталирана по време на балансирането на полето, е била изместена с приблизително 130° спрямо коригиращата тежест, инсталирана в завода-производител (MT-Propeller).
Коригиращата тежест, инсталирана в производствения завод, беше не е премахнато от витлото по време на допълнителното балансиране на полето.
Причините за посоченото несъответствие могат да бъдат следните:
- грешки в измервателната система на балансиращия стенд в производственото предприятие (тази причина изглежда най-малко вероятна);
- геометрични грешки (неточности) на монтажните повърхности на шпиндела на балансиращата машина в завода-производител, причиняващи радиално биене на витлото върху шпиндела;
- геометрични грешки (неточности) на монтажните повърхности на изходния вал на скоростната кутия на самолета Су-29, причиняващи радиално биене на витлото при монтаж върху вала на скоростната кутия.
3.5. Заключения
3.5.1.
Балансирането на витлото на самолет Су-29 в една равнина при честота на въртене на витлото 1350 об/мин (70%) позволи намаляване на вибрациите при честотата на въртене на витлото от 6,7 мм/сек в начално състояние до 1,5 мм/сек след балансиране. Вибрациите, свързани с дисбаланса на витлото при други режими на скоростта на двигателя, също намаляха значително и останаха в рамките на 1–2,5 мм/сек.
3.5.2.
За да се изяснят причините за незадоволителните резултати от балансирането на витлото в завода-производител (MT-Propeller), е необходимо да се провери радиалното биене на витлото върху изходния вал на скоростната кутия на двигателя на самолета Су-29.
Приложение 1: Протокол за балансиране
ПРОТОКОЛ ЗА БАЛАНСИРАНЕ
Витло MTV-9-K-C/CL 260-27 на самолета за висш пилотаж Су-29
1. Клиент: В. Д. Чвоков
2. Място на монтаж: Изходен вал на скоростната кутия на Су-29
3. Тип витло: MTV-9-KC/CL 260-27
4. Метод на балансиране: Сглобява се на място (в собствени лагери), една равнина
5. Балансиране на оборотите: 1350
6. Балансиращо устройство: ""Балансет-1", сериен номер. 149, Вибромера
7. Използвани стандарти: ISO 1940-1 — Изисквания за качество на балансиране на твърди ротори.
8. Дата: 15.06.2014
9. Обобщение на резултатите от балансирането:
| # | Измерване | Вибрации, mm/sec | Дисбаланс, g·mm |
|---|---|---|---|
| 1 | Преди балансиране * | 6.7 | 6135 |
| 2 | След балансиране | 1.5 | 1350 |
| Толеранс по ISO 1940 за клас G 6.3 | 1500 | ||
* Балансирането е извършено с фабрично монтираната коригираща тежест, останала на витлото.
10. Констатации:
10.1. Остатъчната вибрация (дисбаланс) след балансиране на витлото на изходния вал на скоростната кутия на Су-29 е намалена повече от 4 пъти в сравнение с първоначалното състояние.
10.2. Параметрите на коригиращите тежести (маса, ъгъл) се различават значително от тези, инсталирани от производителя (MT-Propeller). Инсталирана е допълнителна коригираща тежест от 40,9 g, изместена на 130° спрямо фабричното тегло. Фабричното тегло не е премахнато.
За да се определи конкретната причина, е необходимо:
- проверете измервателната система и геометричната точност на закрепването на шпиндела на балансиращата машина на производителя;
- проверете радиалното биене на витлото на изходния вал на скоростната кутия на Су-29.
Изпълнител:
Главен специалист, Вибромера
В. Д. Фелдман
Често задавани въпроси
Какво е балансиране на полеви витла и защо е важно?
Балансирането на витлата в полеви условия се извършва, когато витлото е монтирано на самолета и работи на оперативна скорост. За разлика от фабричното статично балансиране (извършвано извън самолета), то отчита действителните условия на монтаж: допуски на скоростната кутия, геометрия на монтажа и цялата динамична система на самолета. В нашия случай със Су-29, коригиращата тежест, необходима в полеви условия, беше изместена на 130° спрямо фабрично инсталираната тежест, което показва, че само фабричното балансиране може да е недостатъчно за оптимални резултати.
Какво оборудване е необходимо за балансиране на витлата на самолета?
Комплектът за балансиране Balanset-1A включва сензор за вибрации (акселерометър), лазерен сензор за фазов ъгъл (тахометър), USB интерфейсно устройство за цифрова обработка на сигнала и компютър, на който работи софтуер за балансиране. Сензорите се монтират към корпуса на скоростната кутия на двигателя с помощта на магнитна стойка и скоба. Светлоотразителна лента на едната лопатка на витлото служи като фазова отправна точка.
Как се избират балансиращите обороти?
Честотата на въртене за балансиране трябва да осигурява максимално отклонение от собствените честоти на конструктивните елементи на самолета (окачване на двигателя, лопатки на витлото, самолет върху шасито му). Освен това, избраните обороти трябва да осигуряват стабилни измервания на вибрациите по амплитуда и фаза от цикъла на цикъл. За Як-52 е избрана 1150 об/мин (60%); за Су-29 - 1350 об/мин (70%).
Какви нива на вибрации са приемливи след балансиране?
Съгласно ISO 1940 за клас G 6.3, остатъчният дисбаланс не трябва да надвишава 1500 g·mm. На практика, добри резултати дават вибрации под 2,5 mm/s RMS при честотата на въртене на витлото. На Су-29 балансирането постигна 1,5 mm/s с остатъчен дисбаланс от 1350 g·mm — в рамките на допустимото отклонение по ISO.
Може ли балансирането на витлата да елиминира всички вибрации на самолета?
Не. Спектърът на вибрациите на бутален самолет съдържа компоненти от коляновия вал, буталната група, задвижването на въздушния компресор и структурните резонанси. Нашият анализ на Як-52 показа, че дори пълното елиминиране на дисбаланса на витлото би намалило общите вибрации с не повече от около 1,5 пъти в повечето режими на работа. В режимите 82% и 94%, втората хармоника на коляновия вал доминираше общите вибрации с коефициент 3–7 спрямо компонента на витлото.
Колко често трябва да се балансират витлата на самолетите?
Витлата трябва да се балансират по време на основни проверки, след ремонти или повреди, както и винаги, когато се забележат прекомерни вибрации. Аеробатичните самолети може да изискват по-често балансиране поради по-високо натоварване. Периодичното наблюдение на вибрациите с помощта на спектрален анализ (наличен в софтуера Balanset-1A) може също да служи като диагностичен инструмент за оценка на състоянието на двигателя.
Какви модели Balanset се предлагат за балансиране на витлата?
Vibromera предлага няколко модела, подходящи за балансиране на витла и ротори: Balanset-1A (1 975 евро) е двуканална преносима система, използвана в това проучване; Balanset-1A OEM (€1,735) е версия, готова за интеграция, за работилници и организации по поддръжка; Balanset-4 (€6 803) е четириканална система за сложни задачи за балансиране в множество равнини. Всички модели включват възможност за спектрален вибрационен анализ и се доставят с вибрационни сензори, лазерен тахометър, магнитен монтажен хардуер и компютърен софтуер.
Може ли Вибромера да извършва балансиране на витла на място като услуга?
Да. В допълнение към производството и продажбата на балансиращо оборудване, Vibromera предоставя услуги за балансиране на място за въртящи се машини. За организации, които не се нуждаят от собствено балансиращо оборудване, или за сложни еднократни задачи, специалистите на Vibromera могат да извършват динамично балансиране на място, използвайки същата апаратура Balanset, описана в този доклад. Запитванията за услуги могат да бъдат насочени чрез страница за контакти.
