Главен специалист В.Д. Фелдман

1. Вместо предговор

Преди две години и половина нашето предприятие започна серийното производство на устройството "Balanset 1", предназначено за балансиране на ротационни механизми в собствените им лагери.

До момента са произведени повече от 180 комплекта, които се използват ефективно в различни отрасли, включително при производството и експлоатацията на вентилатори, въздуходувки, електродвигатели, машинни шпиндели, помпи, трошачки, сепаратори, центрофуги, кардани, колянови валове и други механизми.

Напоследък нашето предприятие 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, които имат дългогодишен опит в балансирането на различни машини, никога досега не се бяха сблъсквали с този проблем. Поради това съветите и препоръките, които можехме да дадем на нашите клиенти, бяха много общи и не винаги им позволяваха да решат ефективно дадения проблем.

Ситуацията започна да се подобрява тази пролет. Това се дължеше на активната позиция на В. Д. Чвоков, който организира и активно участваше заедно с нас в работата по балансиране на витлата на самолетите Як-52 и Су-29, които пилотира.

Фиг. 1.1. Самолет Як-52 на летището

Фигура 1.2. Самолет Су-29 на паркинга

2. Резултати от балансирането на витлото и изследването на вибрациите на самолета Як-52 за висш пилотаж

2.1. Въведение

През май-юли 2014 г. беше извършено изследване на вибрациите на самолет Як-52, оборудван с авиационен двигател М-14П, и балансиране на двулопастното му витло.

Балансирането беше извършено в една равнина с помощта на комплект за балансиране "Balanset 1", сериен номер 149.

Схемата на измерване, използвана при балансирането, е показана на фигура 2.1.

По време на процеса на балансиране сензорът за вибрации (акселерометър) 1 се монтира на предния капак на скоростната кутия на двигателя с помощта на магнит върху специална скоба.

Лазерният сензор за фазов ъгъл 2 също е монтиран на капака на скоростната кутия и е ориентиран към отразяващия знак, поставен на една от лопатките на витлото.

Аналоговите сигнали от сензорите се предават по кабели към измервателния блок на устройството "Balanset 1", където се обработват предварително в цифров вид.

След това тези сигнали в цифров вид се изпращат на компютър, където софтуерът ги обработва и изчислява масата и ъгъла на коригиращата тежест, необходими за компенсиране на дисбаланса на витлото.

2.2. По време на изпълнението на тази работа бяха придобити определени умения и беше разработена технология за балансиране на самолетни витла в полеви условия с помощта на устройството "Balanset 1", включваща:

• Определяне на местата и методите за инсталиране (закрепване) на сензори за вибрации и фазов ъгъл върху обекта;
• Определяне на резонансните честоти на няколко структурни елемента на въздухоплавателното средство (окачване на двигателя, лопатки на витлото);
• Определяне на честотите на въртене на двигателя (режими на работа), които осигуряват минимален остатъчен дисбаланс по време на балансирането;
• Определяне на допустими отклонения за остатъчния дисбаланс на витлото и др.

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 въз основа на резултатите от тези дейности.

В тях, в допълнение към резултатите от балансирането, са предоставени данни за вибрационните изследвания на самолети Як-52 и Су-29, получени по време на наземни и летателни изпитания.

Тези данни могат да представляват интерес както за пилотите на въздухоплавателни средства, така и за специалистите, които се занимават с тяхната поддръжка.

Фиг. 2.1. Схема на измерване за балансиране на витлото на самолет Як-52.

Zk - главното зъбно колело на скоростната кутия;

Zs - сателити на скоростната кутия;

Zn - неподвижно зъбно колело на скоростната кутия.

По време на изпълнението на тази работа, като се вземе предвид опитът, придобит при балансирането на витлата на самолетите Су-29 и Як-52, бяха проведени редица допълнителни изследвания, включително:

• Определяне на собствените честоти на трептенията на двигателя и витлото на самолет Як-52;
• Проверка на големината и спектралния състав на вибрациите в кабината на втория пилот по време на полет след балансиране на витлото;
• Проверка на големината и спектралния състав на вибрациите в кабината на втория пилот по време на полет след балансиране на витлото и регулиране на силата на затягане на амортисьорите на двигателя.

2.2. Резултати от изследванията на собствените честоти на трептенията на двигателя и витлото

Собствените честоти на трептенията на двигателя, монтиран на амортисьори в корпуса на самолета, бяха определени с помощта на спектралния анализатор AD-3527 на A&D (Япония) чрез ударно възбуждане на трептенията на двигателя.

В спектъра на собствените трептения на окачването на двигателя на самолет Як-52, чийто пример е представен на фиг. 2.2, бяха установени четири основни честоти: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz.

Фигура 2.2. Спектър на собствените честоти на окачването на двигателя на самолет Як-52.

Честотите 74 Hz, 94 Hz и 120 Hz вероятно са свързани с характеристиките на закрепването (окачването) на двигателя към корпуса на въздухоплавателното средство.

Честотата 20 Hz най-вероятно е свързана с естествените трептения на въздухоплавателното средство върху шасито.

Собствените честоти на лопатките на витлото също бяха определени чрез метода на ударното възбуждане.

В този случай бяха идентифицирани четири основни честоти: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz и 134 Hz.

Данните за собствените честоти на трептенията на витлото и двигателя на самолет Як-52 могат да бъдат особено важни при избора на честотата на въртене на витлото, използвана при балансирането. Основното условие за избора на тази честота е да се осигури максималното ѝ възможно отклонение от собствените честоти на структурните елементи на самолета.

Освен това познаването на собствените честоти на отделните компоненти и части на въздухоплавателното средство може да бъде полезно за идентифициране на причините за рязкото увеличаване (в случай на резонанс) на някои компоненти на вибрационния спектър при различни режими на скоростта на двигателя.

2.3. Резултати от балансирането

Както беше отбелязано по-горе, балансирането на витлото се извършва в една равнина, което води до динамично компенсиране на дисбаланса на силите на витлото.

Извършването на динамично балансиране в две равнини, което би позволило да се компенсират както силовият, така и моментният дисбаланс на витлото, не беше възможно, тъй като конструкцията на витлото, монтирано на самолета Як-52, позволява формирането само на една коригираща равнина.

Балансирането на витлото беше извършено при честота на въртене 1150 об/мин (60%), при която беше възможно да се получат най-стабилните резултати от измерването на вибрациите по отношение на амплитудата и фазата от начало до край.

Балансирането на витлото се извършва по класическата схема "два хода".

По време на първия пробег бяха определени амплитудата и фазата на вибрациите при честотата на въртене на витлото в началното му състояние.

По време на втория пробег бяха определени амплитудата и фазата на вибрациите при честотата на въртене на витлото след поставяне на пробна маса от 7 g върху витлото.

Въз основа на тези данни с помощта на софтуер бяха изчислени масата M = 19,5 g и ъгълът на поставяне на коригиращата тежест F = 32°.

Поради конструктивните особености на витлото, които не позволяват монтирането на корекционната тежест под необходимия ъгъл, на витлото бяха монтирани две еквивалентни тежести:

• Тегло M1 = 14 g при ъгъл F1 = 0°;
• Тегло M2 = 8,3 g при ъгъл F2 = 60°.

След монтирането на определените корекционни тежести на витлото вибрациите, измерени при честота на въртене 1150 об/мин и свързани с дисбаланса на витлото, намаляват от 10,2 mm/s в първоначалното състояние до 4,2 mm/s след балансирането.

В този случай действителният дисбаланс на витлото е намалял от 2340 g*mm на 963 g*mm.

2.4. Проверка на въздействието на резултатите от балансирането върху нивото на вибрациите на самолет Як-52 на земята при други честоти на въртене на витлото

Резултатите от проверката на вибрациите на самолет Як-52, извършена при други режими на работа на двигателя, получени по време на наземните изпитания, са представени в таблица 2.1.

Както се вижда от таблицата, извършеното балансиране е повлияло положително на вибрациите на самолета Як-52 във всички режими на работа.

Таблица 2.1.

№	Честота на въртене, %	Честота на въртене на витлото, об/мин	Средноквадратична скорост на вибрациите, mm/sec
1	60	1153	4.2
2	65	1257	2.6
3	70	1345	2.1
4	82	1572	1.25

Допълнителни резултати от теста за вибрации

2.5. Проверка на вибрациите на самолет Як-52 във въздуха при основните режими на полета преди и след регулиране на напрежението на амортисьора

Освен това по време на наземните тестове беше установено значително намаляване на вибрациите на въздухоплавателното средство при увеличаване на честотата на въртене на витлото.

Това може да се обясни с по-голямата степен на отклонение на честотата на въртене на витлото от честотата на естествените трептения на самолета върху шасито (вероятно 20 Hz), което се получава при увеличаване на честотата на въртене на витлото.

В допълнение към вибротестовете, проведени след балансирането на витлото на земята (вж. раздел 2.3), бяха извършени измервания на вибрациите на самолета Як-52 в полет.

Вибрациите по време на полет бяха измерени в кабината на втория пилот във вертикална посока с помощта на преносим анализатор на вибрационния спектър модел AD-3527 на A&D (Япония) в честотния диапазон от 5 до 200 (500) Hz.

Измерванията са направени при пет режима на честотата на въртене на основния двигател, съответно равни на 60%, 65%, 70% и 82% от максималната му честота на въртене.

Резултатите от измерванията, извършени преди регулирането на амортисьорите, са представени в таблица 2.2.

Таблица 2.2.

Компоненти на вибрационния спектър

№	Честота на въртене на витлото, %	Честота на въртене на витлото, об/мин	Vв1 (Hz)	Амплитуда Vв1 (mm/sec)	Vн (Hz)	Амплитуда Vн (mm/sec)	Vк1 (Hz)	Амплитуда Vк1 (mm/sec)	Vв2 (Hz)	Амплитуда Vв2 (mm/sec)	Vк2 (Hz)	Амплитуда Vк2 (mm/sec)	Vв4 (Hz)	Амплитуда Vв4 (mm/sec)	Vк3 (Hz)	Амплитуда Vк3 (mm/sec)	Vв5 (Hz)	Амплитуда Vв5 (mm/sec)	V∑ (mm/sec)
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
			1244	3.5	1680	1.2	1890	2.1	2488	1.2	3780	4.1	4976	0.4	5670	1.2
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
			1342	2.8	1860	0.4	2040	3.2	2684	0.4	4080	2.9	5369	2.3
3	70	1342	1342	2.8	1860	0.4	2040	3.2	2684	0.4	4080	2.9	5369	2.3				5.0
			1580	4.7	2160	2.9	2400	1.1	3160	0.4	4800	12.5
4	82	1580	1580	4.7	2160	2.9	2400	1.1	3160	0.4	4800	12.5						13.7
			1830	2.2	2484	3.4	2760	1.7	3660	2.8	5520	15.8	7320	3.7
5	94	1830	1830	2.2	2484	3.4	2760	1.7	3660	2.8	5520	15.8	7320	3.7				17.1

Като пример на фигури 2.3 и 2.4 са показани графиките на спектрите, получени при измерване на вибрациите в кабината на самолет Як-52 при режими 60% и 94%, използвани за попълване на таблица 2.2.

Фигура 2.3. Спектър на вибрациите в кабината на самолет Як-52 при режим 60%.

Фигура 2.4. Спектър на вибрациите в кабината на самолет Як-52 при режим 94%.

Както се вижда от таблица 2.2, основните компоненти на вибрациите, измерени в кабината на втория пилот, се проявяват при честотите на въртене на витлото V_в1 (подчертано в жълто), коляновият вал на двигателя V_к1 (подчертано в синьо), и задвижването на въздушния компресор (и/или сензор за честота) V_н (подчертани в зелено), както и при техните висши хармоници V_в2, V_в4, V_в5, и V_к2, V_к3.

Максималната обща вибрация V_∑ е установена при режими на скоростта 82% (1580 об/мин на витлото) и 94% (1830 об/мин).

Основният компонент на тази вибрация се появява при втората хармоника на честотата на въртене на коляновия вал на двигателя V_к2 и съответно достига стойности от 12,5 mm/sec при честота от 4800 цикъла/min и 15,8 mm/sec при честота от 5520 цикъла/min.

Може да се предположи, че този компонент е свързан с работата на буталната група на двигателя (ударни процеси, протичащи по време на двойното движение на буталата за един оборот на коляновия вал).

Рязкото увеличение на този компонент при режимите 82% (първи номинален) и 94% (излитане) най-вероятно се дължи не на дефекти в буталната група, а на резонансните трептения на двигателя, монтиран в корпуса на самолета върху амортисьори.

Този извод се потвърждава от обсъдените по-рано експериментални резултати от проверката на собствените честоти на трептенията на окачването на двигателя, в чийто спектър има 74 Hz (4440 цикъла/min), 94 Hz (5640 цикъла/min) и 120 Hz (7200 цикъла/min).

Две от тези собствени честоти, 74 Hz и 94 Hz, са близки до 2-та хармонични честоти на въртене на коляновия вал, които се появяват при първите номинални режими и режимите на излитане на двигателя.

Поради значителните вибрации на втората хармоника на коляновия вал, установени по време на вибрационните изпитвания при първия номинален режим и режима на излитане на двигателя, беше извършена проверка и регулиране на силата на затягане на амортисьорите на окачването на двигателя.

Сравнителните резултати от изпитването, получени преди и след регулирането на амортисьорите за честотата на въртене на витлото (V_в1) и втората хармоника на честотата на въртене на коляновия вал (V_к2) са представени в таблица 2.3.

Таблица 2.3.

№	Честота на въртене на витлото, %	Честота на въртене на витлото, об/мин	Vв1 (Преди)	Vв1 (След)	Vк2 (Преди)	Vк2 (След)
1	60	1155 (1140)	1155 4.4	1140 3.3	3510 3.6	3480 3.0
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

Както се вижда от таблица 2.3, регулирането на амортисьорите не е довело до значителни промени в основните компоненти на вибрациите на въздухоплавателното средство.

Трябва също така да се отбележи, че амплитудата на спектралния компонент, свързан с дисбаланса на витлото V_в1, открита при режими 82% и 94% (вж. таблици 1.2 и 1.3), е съответно 3-7 пъти по-ниска от амплитудите на V_к2, присъстващи в тези режими.

При други режими на полета компонентът V_в1 варира от 2,8 до 4,4 mm/sec.

Освен това, както се вижда от таблици 2.2 и 2.3, промените в него при преминаване от един режим в друг се определят основно не от качеството на балансиране, а от степента на отклонение на честотата на въртене на витлото от собствените честоти на различните конструктивни елементи на въздухоплавателното средство.

2.6. Изводи от резултатите от работата

2.6.1.

Балансирането на витлото на самолет Як-52, извършено при честота на въртене на витлото 1150 об/мин (60%), позволи да се намалят вибрациите на витлото от 10,2 mm/sec на 4,2 mm/sec.

Като се има предвид опитът, натрупан по време на балансирането на витлата на самолети Як-52 и Су-29 с помощта на устройството "Balanset-1", може да се предположи, че съществува възможност за допълнително намаляване на нивото на вибрациите на витлото на самолет Як-52.

Това може да бъде постигнато по-специално чрез избор на различна (по-висока) честота на въртене на витлото при балансирането му, което позволява по-голямо отклонение от честотата на естествените трептения на въздухоплавателното средство от 20 Hz (1200 цикъла/min), установена по време на изпитванията.

2.6.2.

Както показват резултатите от вибрационните тестове на самолет Як-52 в полет, спектърът на вибрациите му (в допълнение към гореспоменатия компонент, появяващ се при честотата на въртене на витлото) съдържа няколко други компонента, свързани с работата на коляновия вал, буталната група на двигателя, както и задвижването на въздушния компресор (и/или честотния сензор).

Големината на тези вибрации при режими 60%, 65% и 70% е сравнима с големината на вибрациите, свързани с дисбаланса на витлото.

Анализът на тези вибрации показва, че дори пълното елиминиране на вибрациите от дисбаланса на витлото ще намали общите вибрации на въздухоплавателното средство в тези режими не повече от 1,5 пъти.

2.6.3.

Максималната обща вибрация V_∑ на самолета Як-52 е установена при режими на скорост 82% (1580 об/мин на витлото) и 94% (1830 об/мин на витлото).

Основният компонент на тази вибрация се появява при втората хармоника на честотата на въртене на коляновия вал на двигателя V_к2 (при честота 4800 цикъла/мин или 5520 цикъла/мин), където достига съответно стойности от 12,5 mm/sec и 15,8 mm/sec.

Може основателно да се предположи, че този компонент е свързан с работата на буталната група на двигателя (ударни процеси, протичащи по време на двойното движение на буталата за един оборот на коляновия вал).

Рязкото увеличаване на този компонент при режимите 82% (първи номинален) и 94% (излитане) най-вероятно се дължи не на дефекти в буталната група, а на резонансни трептения на двигателя, монтиран в корпуса на самолета върху амортисьори.

Настройката на амортисьорите, извършена по време на изпитванията, не доведе до значителни промени във вибрациите.

Тази ситуация вероятно може да се разглежда като пропуск на конструкторите на въздухоплавателни средства при избора на системата за монтиране (окачване) на двигателя в корпуса на въздухоплавателното средство.

2.6.4.

Данните, получени по време на балансирането и допълнителните вибрационни изпитвания (вж. резултатите от летателните изпитвания в раздел 2.5), позволяват да се заключи, че периодичният мониторинг на вибрациите може да бъде полезен за диагностичната оценка на техническото състояние на двигателя на въздухоплавателното средство.

Такава работа може да се извърши например с помощта на устройството "Balanset-1", в чийто софтуер е реализирана функцията за спектрален анализ на вибрациите.

---

3. Резултати от балансирането на витлото MTV-9-K-C/CL 260-27 и изследване на вибрациите на самолета Су-29 за висш пилотаж

3.1. Въведение

На 15 юни 2014 г. беше извършено балансиране на трилопатното витло MTV-9-K-C/CL 260-27 на авиационния двигател M-14P на акробатичния самолет Су-29.

Според производителя витлото е било предварително статично балансирано, за което свидетелства наличието на коригираща тежест в самолет 1, монтирана в производствения завод.

Балансирането на витлото, монтирано директно на самолета Су-29, беше извършено с помощта на комплекта за балансиране на вибрациите "Balanset-1" със сериен номер 149.

Схемата за измерване, използвана при балансирането, е показана на фигура 3.1.

По време на процеса на балансиране сензорът за вибрации (акселерометър) 1 се монтира върху корпуса на скоростната кутия на двигателя с помощта на магнит върху специална скоба.

Лазерният сензор за фазов ъгъл 2 също е монтиран на корпуса на скоростната кутия и е ориентиран към отразяващия знак, поставен на една от лопатките на витлото.

Аналоговите сигнали от сензорите бяха предадени по кабели към измервателния блок на устройството "Balanset-1", където бяха предварително обработени в цифров вид.

След това тези сигнали се изпращат в цифров вид на компютър, където се извършва софтуерна обработка на тези сигнали и се изчисляват масата и ъгълът на коригиращата тежест, необходими за компенсиране на дисбаланса на витлото.

Фигура 3.1. Схема на измерване за балансиране на витлото на самолет Су-29.

Z_k - главното зъбно колело на скоростната кутия със 75 зъба;

Z_c - сателити на скоростната кутия в размер на 6 броя с по 18 зъба;

Z_n - неподвижно зъбно колело на скоростната кутия с 39 зъба.

Преди да се пристъпи към тази работа, като се има предвид опитът, натрупан при балансирането на витлото на самолет Як-52, бяха проведени редица допълнителни изследвания, включително:

• Определяне на собствените честоти на трептенията на двигателя и витлото на самолет Су-29;
• Проверка на големината и спектралния състав на първоначалните вибрации в кабината на втория пилот преди балансиране.

3.2. Резултати от изследванията на собствените честоти на трептенията на двигателя и витлото

Собствените честоти на трептенията на двигателя, монтиран на амортисьори в корпуса на самолета, бяха определени с помощта на спектралния анализатор AD-3527 на A&D (Япония) чрез ударно възбуждане на трептенията на двигателя.

В спектъра на собствените трептения на окачването на двигателя (вж. фиг. 3.2) бяха установени шест основни честоти: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz.

Предполага се, че от тях честотите 66 Hz, 88 Hz и 120 Hz са пряко свързани с характеристиките на закрепването (окачването) на двигателя към корпуса на въздухоплавателното средство.

Честотите 16 Hz и 22 Hz най-вероятно са свързани с естествените трептения на въздухоплавателното средство върху шасито.

Честотата 37 Hz вероятно е свързана с естествената честота на трептенията на лопатките на витлото на самолета.

Това предположение се потвърждава от резултатите от проверката на собствените честоти на трептенията на витлото, получени също по метода на ударното възбуждане.

В спектъра на собствените трептения на лопатката на витлото (вж. фиг. 3.3) бяха идентифицирани три основни честоти: 37 Hz, 100 Hz и 174 Hz.

Данните за собствените честоти на трептенията на лопатката на витлото и на двигателя на самолета Су-29 могат да бъдат особено важни при избора на честотата на въртене на витлото, използвана при балансирането. Основното условие за избора на тази честота е да се осигури максималното ѝ възможно отклонение от собствените честоти на структурните елементи на самолета.

Освен това познаването на собствените честоти на отделните компоненти и части на въздухоплавателното средство може да бъде полезно за идентифициране на причините за рязкото увеличаване (в случай на резонанс) на някои компоненти на спектъра на вибрациите при различни режими на скоростта на двигателя.

3.3. Проверка на вибрациите в кабината на втория пилот на самолет Су-29 на земята преди балансиране

Първоначалните вибрации на самолета Су-29, установени преди балансирането на витлото, бяха измерени в кабината на втория пилот във вертикална посока с помощта на преносим анализатор на вибрационния спектър модел AD-3527 на A&D (Япония) в честотния диапазон от 5 до 200 Hz.

Измерванията бяха направени при четири режима на основните обороти на двигателя, съответно равни на 60%, 65%, 70% и 82% от максималната му честота на въртене.

Получените резултати са представени в таблица 3.1.

Както се вижда от таблица 2.1, основните компоненти на вибрациите се проявяват при честотите на въртене на витлото V_в1, коляновия вал на двигателя V_к1, а задвижването на въздушния компресор (и/или сензор за честота) V_н, както и при втората хармоника на коляновия вал V_к2 и евентуално третата хармоника на витлото (лопатката) V_в3, чиято честота е близка до втората хармоника на коляновия вал.

Таблица 3.1.

№	Честота на въртене на витлото, %	Честота на въртене на витлото, об/мин	Vв1	Vн	Vк1	Vв3	Vк2	Vв4	Vк3	V?	V∑, mm/sec
1	60	1150 5.4	1560 2.6	1740 2.0	3450 –	3480 –	6120 2.8	–	–	–	8.0
2	65	1240 5.7	1700 2.4	1890 3.2	3780 –	–	–	–	–	–	10.6
3	70	1320 5.2	1860 3.0	2010 2.5	3960 –	4020 –	–	–	–	11.5
4	82	1580 3.2	2160 1.5	2400 3.0	4740 –	4800 8.5	–	–	–	9.7

Освен това в спектъра на вибрациите при скоростния режим 60% е открит неидентифициран компонент с изчисления спектър при честота 6120 цикъла/min, който може да е причинен от резонанс при честота около 100 Hz на един от структурните елементи на въздухоплавателното средство. Такъв елемент може да бъде витлото, чиято собствена честота е 100 Hz.

Максималната обща вибрация на въздухоплавателното средство V_∑, достигаща 11,5 mm/sec, е установена при скоростния режим 70%.

Основният компонент на общите вибрации в този режим се появява при втората хармоника (4020 цикъла/min) на честотата на въртене на коляновия вал на двигателя V_к2 и е равна на 10,8 mm/sec.

Може да се предположи, че този компонент е свързан с работата на буталната група на двигателя (ударни процеси, протичащи по време на двойното движение на буталата за един оборот на коляновия вал).

Рязкото увеличение на този компонент при режим 70% вероятно се дължи на резонансните трептения на един от структурните елементи на въздухоплавателното средство (окачването на двигателя в корпуса на въздухоплавателното средство) с честота 67 Hz (4020 цикъла/min).

Трябва да се отбележи, че в допълнение към смущенията от удари, свързани с работата на буталната група, големината на вибрациите в този честотен диапазон може да бъде повлияна от аеродинамичната сила, проявяваща се при честотата на лопатите на витлото (V_в3).

При скоростните режими 65% и 82% се наблюдава забележимо увеличение на компонента V_к2 (V_в3), което също може да се обясни с резонансните трептения на отделните компоненти на въздухоплавателното средство.

Амплитудата на спектралния компонент, свързан с дисбаланса на витлото V_в1, определени при основните режими на скоростта преди балансиране, варира от 2,4 до 5,7 mm/sec, което като цяло е по-ниско от стойността на V_к2 в съответните режими.

Освен това, както се вижда от таблица 3.1, промените в него при преминаване от един режим в друг се определят не само от качеството на балансиране, но и от степента на отклонение на честотата на въртене на витлото от собствените честоти на структурните елементи на въздухоплавателното средство.

3.4. Резултати от балансирането

Балансирането на витлото се извършва в една равнина при една честота на въртене. В резултат на това балансиране се компенсира дисбалансът на динамичните сили на витлото.

Протоколът за балансиране е представен по-долу в допълнение 1.

Балансирането беше извършено при честота на въртене на витлото от 1350 об/мин и включваше две измервания.

По време на първия опит 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 при честотата на въртене на витлото след монтиране на пробна маса с известно тегло върху витлото.

Въз основа на резултатите от тези измервания бяха определени масата и ъгълът на монтиране на коригиращата тежест в равнина 1.

След поставянето на изчислената стойност на коригиращото тегло на витлото, която е 40,9 g, вибрациите при този режим на скорост намаляват от 6,7 mm/s в първоначалното състояние до 1,5 mm/s след балансирането.

Нивото на вибрациите, свързани с дисбаланса на витлото при други режими на скоростта, също намаля и остана в границите от 1 до 2,5 mm/s след балансирането.

Проверката на влиянието на качеството на балансиране върху нивото на вибрациите на въздухоплавателното средство по време на полет не беше извършена поради случайна повреда на това витло по време на един от тренировъчните полети.

Трябва да се отбележи, че резултатът, получен при това балансиране, се различава значително от резултата от фабричното балансиране.

По-специално:

• Вибрациите при честотата на въртене на витлото след балансирането му на мястото на постоянния монтаж (на изходния вал на скоростната кутия на самолет Су-29) са намалени повече от 4 пъти;
• Коригиращата тежест, инсталирана по време на процеса на балансиране, е изместена спрямо тежестта, инсталирана в производствения завод, с около 130 градуса.

Възможните причини за тази ситуация могат да включват:

• Грешки на измервателната система на балансиращия стенд на производителя (малко вероятно);
• Геометрични грешки на местата за монтиране на съединителя на шпиндела на балансиращата машина на производителя, които водят до радиално биене на витлото при монтирането му на шпиндела;
• Геометрични грешки на местата за монтиране на съединителя на изходния вал на скоростната кутия на въздухоплавателното средство, които водят до радиално биене на витлото при монтирането му на вала на скоростната кутия.

3.5. Изводи от резултатите от работата

3.5.1.

Балансирането на витлото на самолет Су-29, извършено в една равнина при честота на въртене на витлото 1350 об/мин (70%), позволи да се намалят вибрациите на витлото от 6,7 мм/сек до 1,5 мм/сек.

Нивото на вибрациите, свързани с дисбаланса на витлото при други режими на скоростта, също значително намалява и остава в границите от 1 до 2,5 mm/sec.

3.5.2.

За да се изяснят възможните причини за незадоволителните резултати от балансирането, извършено в производствения завод, е необходимо да се провери радиалното биене на витлото върху изходния вал на скоростната кутия на самолетния двигател.

---

Приложение 1

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 за монтиране на витлото: изходен вал на скоростната кутия на самолет Су-29

3. Тип на витлото: MTV-9-K-C/CL 260-27

4. Метод на балансиране: сглобяване на място (в собствени лагери), в една равнина

5. Честота на въртене на витлото при балансиране, об/мин: 1350

6. Модел, сериен номер и производител на балансиращото устройство: "Balanset-1", сериен номер 149

7. Нормативни документи, използвани при балансирането:

7.1. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Дата на балансиране: 15.06.2014 г.

9. Обобщена таблица с резултатите от балансирането:

№	Резултати от измерването	Вибрации, mm/sec	Дисбаланс, g* mm
1	Преди балансиране *)	6.7	6135
2	След балансиране	1.5	1350
ISO 1940 Толеранс за клас G 6.3			1500

*) Забележка: Балансирането е извършено, като коригиращата тежест, монтирана от производителя, остава на витлото.

10. Заключение:

10.1. Нивото на вибрациите (остатъчен дисбаланс) след балансиране на витлото, монтирано на изходния вал на скоростната кутия на самолет Су-29 (вж. стр. 9.2), е намалено повече от 4 пъти в сравнение с първоначалното състояние (вж. стр. 9.1).

10.2. Параметрите на коригиращата тежест (маса, ъгъл на монтиране), използвани за постигане на резултата в т. 10.1, се различават значително от параметрите на коригиращата тежест, монтирана от производителя (МТ-витло).

По-специално, по време на балансирането на витлото беше монтирано допълнително коригиращо тегло от 40,9 g, което беше изместено под ъгъл от 130° спрямо теглото, монтирано от производителя.

(Тежестта, монтирана от производителя, не е била отстранена от витлото по време на допълнителното балансиране).

Възможните причини за тази ситуация могат да включват:

• Грешки в измервателната система на балансиращия стенд на производителя;
• Геометрични грешки в местата за монтиране на съединителя на шпиндела на балансиращата машина на производителя, водещи до радиално биене на витлото при монтирането му на шпиндела;
• Геометрични грешки в местата на монтиране на съединителя на изходния вал на скоростната кутия на въздухоплавателното средство, водещи до радиално биене на витлото при монтирането му на вала на скоростната кутия.

За да се установи конкретната причина, водеща до увеличаване на дисбаланса на витлото при монтирането му на изходния вал на скоростната кутия на самолет Су-29, е необходимо да се:

• Проверете измервателната система и геометричната точност на местата за монтиране на шпиндела на балансиращата машина, използвана за балансиране на витлото MTV-9-K-C/CL 260-27 при производителя;
• Проверете радиалното биене на витлото, монтирано на изходния вал на скоростната кутия на самолет Су-29.

Изпълнител:

Главен специалист на LLC "Kinematics"

Feldman V.D.