O vyvažování vrtule letadla v polních podmínkách. Část 2

1. D. Feldman

Hlavní technik OU Vibromera

Část 1 : https://vibromera.eu/example/on-balancing-the-propeller-of-the-aircraft-in-the-field-environment-part-1/

O vyvažování vrtule letadla v polním prostředí

 "Řidičem letadla je vrtule,

a vyvážit ji může jenom hnací síla"

3. Výsledky vyvažování vrtule MTV-9-K-C/CL 260-27 a vibrační zkoušky akrobatického letounu SU-29

3.1. Úvod

Dne 15. června 2014 jsme vyvážili třílistou vrtuli MTV-9-K-C/CL 260-27 motoru M-14P akrobatického letounu SU-29.

Podle výrobce byla uvedená vrtule předem staticky vyvážena, což dokládá vrtule v rovině 1 korekční soupravy hmotnosti ve výrobním závodě.

Vrtule namontovaná přímo na SU-29 byla vyvážena pomocí vibrační vyvažovací soupravy Balanset-1, výrobní číslo 149.

Schéma měření použité při vyvažování je znázorněno na obrázku 3.1.

Během procesu vyvažování se snímač vibrací (akcelerometr) 1 byl připevněn na skříň převodovky motoru pomocí magnetu na speciálním držáku.

Laserový snímač fázového úhlu 2 byl rovněž namontován na skříni převodovky a byl veden odrazovým štítkem umístěným na jednom z vrtulových listů.

Analogové signály ze senzorů byly přenášeny kabely do měřicí jednotky Balanset-1, kde bylo provedeno jejich předběžné digitální zpracování.

Dále byly tyto signály v digitální podobě přenášeny do počítače, který je zpracoval a vypočítal hmotnost a úhel instalace korekčního závaží potřebného k vyrovnání nevyváženosti vrtule.

Obr. 3.1 Schéma měření pro vyvažování vrtule SU-29

Zk - hlavní ozubené kolo se 75 zuby;

Zс - satelity ozubených kol v počtu 6 kusů s 18 zuby;

Zn - pevné ozubené kolo s 39 zuby.

V průběhu této práce jsme s ohledem na zkušenosti s vyvažováním vrtulí letounu YAK-52 provedli řadu dalších studií, včetně:

• stanovení vlastních frekvencí kmitání motoru a vrtule letounu SU-29;
• zkoumání hodnoty a spektrálního složení počátečních vibrací v kabině druhého pilota před vyvážením;

3.2. Výsledky studií vlastních frekvencí motoru a vrtule.

Vlastní frekvence motoru namontovaného na tlumičích v trupu letadla byly stanoveny pomocí spektrálního analyzátoru AD-3527, f. A @ D, (Japonsko), rázovým buzením kmitů motoru.

Určili jsme šest hlavních frekvencí, a to: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz (viz obrázek 3.2.) ve spektru vlastních kmitů zavěšení motoru.

Obr. 3.2 Spektrum vlastních frekvencí kmitání závěsu motoru SU-29

Frekvence 66 Hz, 88 Hz a 120 Hz pravděpodobně přímo souvisejí s prvky upevnění (zavěšení) motoru k tělu letadla.

Frekvence 16 Hz a 22 Hz jsou pravděpodobně spojeny s vlastním kmitáním letadla na podvozku.

Frekvence 37 Hz pravděpodobně souvisí s vlastní frekvencí kmitání vrtulového listu letadla.

Tento předpoklad potvrzují výsledky kontroly vlastních frekvencí kmitání vrtule, které byly rovněž získány metodou rázového buzení.

Ve spektru vlastních kmitů vrtulového listu (viz obr. 3.3) jsme zjistili tři hlavní frekvence, a to: 37 Hz, 100 Hz a 174 Hz.

Obr. 3.3 Spektrum vlastních frekvencí kmitání vrtulových listů SU-29

Údaje o vlastních frekvencích kmitání vrtulových listů a motoru SU-29 mohou být důležité především při volbě otáček vrtule použité při vyvažování. Hlavní podmínkou pro volbu této frekvence je zajištění jejího maximálního možného odklonu od vlastních frekvencí kmitání konstrukčních prvků letounu.

Kromě toho může být znalost vlastních frekvencí kmitání jednotlivých součástí a dílů letadla užitečná pro identifikaci příčin prudkého nárůstu (v případě rezonance) určitých složek spektra vibrací při různých otáčkách motoru.

3.3. Kontrola vibrací v kabině druhého pilota SU-29 na zemi před vyvažováním

Měřili jsme počáteční vibrace SU-29, zjištěné před vyvážením vrtule, v kabině druhého pilota. ve svislém směru pomocí přenosného analyzátoru vibračního spektra AD-3527 f.A@D (Japonsko) ve frekvenčním rozsahu od 5 do 200 Hz.

Měření byla provedena při čtyřech otáčkách hlavního motoru rovnajících se 60%, 65%, 70% a 82% jeho maximálních otáček.

Výsledky jsou uvedeny v tabulce 3.1.

Jak je patrné z tabulky 2.1, hlavní složky vibrací se projevují při otáčkách vrtule Vv1, klikového hřídele motoru Vk1 a hnacího ústrojí vzduchového kompresoru (a/nebo snímače frekvence) Vn, jakož i při otáčkách 2^nd harmonické klikového hřídele Vk2 a případně 3^rd (lopatková) harmonická vrtule Vv3, která se svou frekvencí blíží druhé harmonické klikového hřídele.

Tabulka 3.1

Kromě toho jsme ve spektru vibrací v rychlostním režimu 60% odhalili složku, která nebyla ztotožněna s vypočteným spektrem na frekvenci 6 120 cyklů/min, což může být způsobeno rezonancí na frekvenci přibližně 100 Hz jednoho z konstrukčních prvků letadla. Takovým prvkem může být například vrtule, jejíž jedna z vlastních frekvencí je 100 Hz.

Maximální celkové vibrace letadla Vå, dosahující 11,5 mm/s, byly zjištěny v rychlostním režimu 70%.

Hlavní složka celkových vibrací se v tomto režimu projevuje v oblasti 2.^nd harmonická (4 020 cyklů/min) otáček klikového hřídele motoru Vk2 a je rovna 10,8 mm/s.

Lze předpokládat, že tato složka souvisí s činností pístní skupiny motoru (rázové procesy, kdy se písty během jedné otáčky klikového hřídele dvakrát přemístí).

Prudký nárůst této složky v režimu 70% je pravděpodobně způsoben rezonančními oscilacemi jednoho z konstrukčních prvků letadla (zavěšení motoru v trupu letadla) při frekvenci 67 Hz (4 020 cyklů/min).

Je třeba poznamenat, že kromě rázových vzruchů spojených s činností pístové skupiny může hodnotu vibrací v dané frekvenci ovlivnit aerodynamická síla, která se projevuje při frekvenci listů vrtule (Vv3).

Ve vysokorychlostních režimech 65% a 82% pozorujeme také znatelné zvýšení složky Vk2 (Vv3), což lze vysvětlit rezonančními kmitáními jednotlivých součástí letadla.

Amplituda spektrální složky související s nevyvážeností vrtule Vv1, odhalené hlavními režimy rychlosti před vyvážením, se pohybovaly v rozmezí od 2,4 do 5,7 mm/s, což je obecně nižší hodnota než hodnota Vk2 v odpovídajících režimech.

Navíc, jak je patrné z tabulky 3.1, její změny při přechodu z jednoho režimu do druhého jsou dány nejen kvalitou vyvážení, ale také mírou odklonu frekvence otáčení vrtule od vlastních frekvencí kmitání konstrukčních prvků letadla.

3.4. Výsledky bilancování.

Vrtule byla vyvážena ve stejné rovině při frekvenci otáčení. Výsledkem tohoto vyvážení je kompenzace výkonové nevyváženosti vrtule v dynamice.

Vyrovnávací protokol je uveden níže v Dodatek 1.

Vyvažování se provádělo při frekvenci otáčení vrtule 1 350 otáček za minutu a umožňovalo provedení dvou měření.

Při prvním spuštění jsme určili amplitudu a fázi vibrací při frekvenci otáčení vrtule v počátečním stavu.

Při druhém spuštění jsme určili amplitudu a fázi vibrací při frekvenci otáčení vrtule po upevnění zkušebního závaží o stanovené hmotnosti na vrtuli.

Na základě výsledků těchto měření byla určena hmotnost a úhel uložení korekčního závaží v rovině 1.

Po stanovení vypočtené hodnoty korekčního závaží 40,9 g na vrtuli se vibrace v tomto rychlostním režimu snížily z 6,7 mm/s v počátečním stavu na 1,5 mm/s po vyvážení.

Úroveň vibrací spojených s nevyvážeností vrtule v ostatních režimech vysokých otáček rovněž klesla a po vyvážení se pohybovala v rozmezí 1 až 2,5 mm/s.

Zkoumání vlivu kvality vyvážení na úroveň vibrací letadla za letu jsme neprovedli z důvodu havarijního poškození vrtule během jednoho z cvičných letů.

Je třeba poznamenat, že výsledek získaný při provádění uvedeného vyvažování se výrazně liší od výsledku vyvažování ve výrobním závodě.

Zejména:

• vibrace se po vyvážení na stálém místě instalace (na výstupní hřídeli převodovky SU-29) sníží více než čtyřikrát při frekvenci otáčení vrtule;
• korekční závaží, umístěné v procesu vyvažování, je posunuto vzhledem k závaží nastavenému ve výrobním závodě přibližně o 130º.

Možnými příčinami této situace mohou být:

• chyby měřicího systému vyvažovacího stojanu výrobce (což je nepravděpodobné);
• geometrické chyby sedel spojky vřetena vyvažovacího stroje vrtule, které mají za následek radiální házivost vrtule při její instalaci na vřeteno;
• geometrické chyby spojovacích míst hřídele převodovky letadla, které mají za následek radiální házení vrtule při její instalaci na hřídel převodovky.

3.5. Závěry k výsledkům práce

3.5.1. Vyvážení vrtule letounu SU-29, provedené ve stejné rovině při otáčkách vrtule 1350 ot/min (70%), umožnilo snížit vibrace vrtule z 6,7 mm/s na 1,5 mm/s.

Úroveň vibrací spojených s nevyvážeností vrtule v ostatních režimech vysokých rychlostí se rovněž výrazně snížila a pohybovala se v rozmezí 1 až 2,5 mm/s.

3.5.2. Pro objasnění možných příčin neuspokojivých výsledků vyvažování ve výrobním závodě je třeba zkontrolovat jeho radiální házivost na hnacím hřídeli převodovky leteckého motoru.

Příloha 1

VYVAŽOVACÍ PROTOKOL

pro vrtule MTV-9-K-C/CL 260-27 akrobatických letadel SU-29

1. Zákazník: D. Chvokov
2. Místo instalace vrtule: hnací hřídel převodovky SU-29
3. Typ vrtule: MTV-9-K-C/CL 260-27
4. Způsob vyvažování: montáž v místě provozu (ve vlastních ložiskách), ve stejné rovině.
5. Otáčky vrtule při vyvažování, ot/min: 1 350 ot/min
6. Model, číslo zařízení a výrobce vyvažovacího zařízení: 149, OU Vibromer
7. Regulační dokumenty používané při bilancování:

7.1. GOST ISO 1940-1-2007 Vibrace. Požadavky na kvalitu vyvažování tuhých rotorů. Část 1. Stanovení přípustné nevyváženosti.

7.2. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Datum vyvážení: června 2014
9. Souhrnná tabulka výsledků bilancování:

*) Poznámka: Vyvážení bylo provedeno při zachování korekční hmotnosti vrtule stanovené výrobcem.

10. Závěr:

10.1. Úroveň vibrací (zbytková nevyváženost) se po vyvážení vrtule instalované na hnací hřídel převodovky SU-29 (viz oddíl 9.2) sníží více než čtyřikrát ve srovnání s původní (viz oddíl 9.1).

10.2. Parametry korekčního závaží (hmotnost, úhel zástavby) použité k dosažení výsledku podle bodu 10.1 se výrazně liší od parametrů korekčního závaží nastavených ve výrobním závodě (MT-vrtule).

Při vyvažování vrtule jsme zejména umístili dodatečné korekční závaží o hmotnosti 40,9 g, které bylo posunuto vzhledem k závaží nastavenému ve výrobním závodě pod úhlem 130º.

(Hmotnost umístěná ve výrobním závodě nebyl odstraněn z vrtule při dodatečném vyvažování).

Možnými příčinami této situace mohou být:

• chyby měřicího systému vyvažovacího stanoviště výrobního závodu;
• geometrické chyby sedel spojky vřetena vyvažovacího stroje výrobního závodu, které mají za následek radiální házivost vrtule při její instalaci na vřeteno;
• geometrické chyby spojovacích míst hnacího hřídele převodovky letadla, které mají za následek radiální házení vrtule při její instalaci na hřídel převodovky.

Pro zjištění konkrétního důvodu, který vede ke zvýšené nevyváženosti vrtule při její instalaci na hnací hřídel převodovky Su-29, je nutné:

• ke kontrole měřicího systému a geometrické přesnosti uložení vřetena vyvažovacího stroje používaného při vyvažování vrtule MTV-9-K-C/CL 260-27 ve výrobním závodě;
• zkontrolovat radiální házivost vrtule namontované na hnacím hřídeli převodovky SU-29.

Exekutor:

Hlavní technik OU Vibromera

V. D. Feldman