Om afbalancering af flyets propel i feltmiljøet. Del 2

1. D. Feldman

Cheftekniker på OU Vibromera

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

Om afbalancering af flyets propel i feltmiljøet

 "Propellen er flyets fører,

og for at balancere det kan kun en drivkraft"

3. Resultaterne af afbalancering af propellen MTV-9-K-C/CL 260-27 og vibrationstest af kunstflyvemaskinen SU-29

3.1. Indledning

Den 15. juni 2014 afbalancerede vi den trebladede propel MTV-9-K-C/CL 260-27 til M-14P-motoren i SU-29-kunstflyet.

Ifølge producenten var den specificerede propel præ-statisk afbalanceret, som det fremgår af propellen i plan 1 af den korrigerende vægt, der blev indstillet på fabrikken.

Propellen, der var monteret direkte på SU-29, blev afbalanceret med vibrationsafbalanceringssættet Balanset-1, fabrik nr. 149.

Måleskemaet, der bruges til afbalancering, er vist i figur 3.1.

Under afbalanceringsprocessen vil vibrationssensoren (accelerometeret) 1 blev monteret på motorens gearhus med en magnet på et specielt beslag.

Lasersensoren til fasevinklen 2 var også monteret på gearhuset og blev styret af en reflekterende etiket, der var anbragt på et af propelbladene.

De analoge signaler fra sensorerne blev overført via kabler til Balanset-1's måleenhed, hvor den indledende digitale behandling blev udført.

Desuden blev disse signaler i digital form overført til computeren, som behandlede dem og beregnede massen og installationsvinklen for den korrektionsvægt, der var nødvendig for at kompensere for ubalancen på propellen.

Fig. 3.1 Måleskema til afbalancering af propel på SU-29

Zk - hovedgearhjul med 75 tænder;

Zс - gearsatellitter i et antal af 6 stykker med 18 tænder;

Zn - fast tandhjul med 39 tænder.

I løbet af dette arbejde, hvor vi tog højde for erfaringerne med afbalancering af propeller på YAK-52, udførte vi en række yderligere undersøgelser, herunder:

• bestemmelse af naturlige svingningsfrekvenser for motoren og propellen på SU-29;
• undersøge værdien og den spektrale sammensætning af de indledende vibrationer i co-pilotens cockpit før afbalancering;

3.2. Resultaterne af undersøgelser af motorens og propellens egenfrekvenser.

Egenfrekvenserne for motoren, der er monteret på dæmperne i flyets krop, blev bestemt ved hjælp af spektrumanalysatoren AD-3527, f. A @ D, (Japan), ved chok-ekscitation af motorens svingninger.

Vi bestemte seks hovedfrekvenser, nemlig: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz (se figur 3.2.) i spektret af naturlige svingninger i motorophænget.

Fig. 3.2 Spektret af de naturlige svingningsfrekvenser for motorophænget på SU-29

Frekvenser på 66Hz, 88Hz og 120Hz er sandsynligvis direkte relateret til motorens monteringsfunktioner (ophæng) på flyets krop.

Frekvenser på 16 Hz og 22 Hz er sandsynligvis forbundet med flyets naturlige svingninger på chassiset.

Frekvensen på 37 Hz er sandsynligvis relateret til den naturlige svingningsfrekvens for flyets propelblad.

Sidstnævnte antagelse bekræftes af resultaterne af kontrollen af propellens naturlige svingningsfrekvenser, som også er opnået ved hjælp af chok-ekcitationsmetoden.

I spektret af propelbladets naturlige svingninger (se fig. 3.3) fandt vi tre hovedfrekvenser, nemlig: 37Hz, 100Hz og 174Hz.

Fig. 3.3 Spektret af naturlige svingningsfrekvenser for propelbladene på SU-29

Dataene om de naturlige svingningsfrekvenser for propelbladet og motoren på SU-29 kan primært være vigtige, når man vælger rotationshastigheden for den propel, der bruges i afbalanceringen. Den vigtigste betingelse for at vælge denne frekvens er at sikre den størst mulige afvigelse fra de naturlige svingningsfrekvenser for flyets strukturelle elementer.

Derudover kan viden om de naturlige svingningsfrekvenser for individuelle komponenter og dele af flyet være nyttig til at identificere årsagerne til en kraftig stigning (i tilfælde af resonans) af visse komponenter i vibrationsspektret ved forskellige motorhastigheder.

3.3. Vibrationstjek i cockpittet hos andenpiloten i SU-29 på jorden før afbalancering

Vi målte den indledende vibration af SU-29, der blev registreret før propelafbalanceringen, i co-pilotens cockpit. i lodret retning ved hjælp af en bærbar vibrationsspektrumanalysator AD-3527 f.A@D (Japan) inden for frekvensområdet fra 5 til 200 Hz.

Målingerne blev udført ved fire hovedmotorhastigheder svarende til 60%, 65%, 70% og 82% af dens maksimale hastighed.

Resultaterne er vist i tabel 3.1.

Som vi kan se i tabel 2.1, manifesterer vibrationernes hovedkomponenter sig ved propellens rotationshastighed Vv1, motorens krumtapaksel Vk1 og luftkompressorens drivgear (og/eller frekvenssensor) Vn, samt 2^nd krumtapakslens harmoniske Vk2 og muligvis de 3^rd (blad)propellens harmoniske Vv3, som ligger tæt på krumtapakslens anden harmoniske i frekvens.

Tabel 3.1

Derudover afslørede vi i vibrationsspektret i 60% hastighedstilstand en komponent, der ikke er identificeret med det beregnede spektrum ved en frekvens på 6.120 cyklusser/min, hvilket kan skyldes en resonans ved en frekvens på ca. 100Hz af et af flyets strukturelle elementer. Et sådant element kan f.eks. være en propel, hvor en af de naturlige frekvenser er 100 Hz.

Den maksimale samlede vibration af flyet Vå, der nåede 11,5 mm/sek, blev afsløret i hastighedstilstanden 70%.

Hovedkomponenten af den samlede vibration i denne tilstand manifesterer sig ved 2^nd harmoniske (4.020 cyklusser/min) af motorens krumtapakselrotationshastighed Vk2 og er lig med 10,8 mm/s.

Det kan antages, at denne komponent er forbundet med driften af motorens stempelgruppe (stødprocesser, når stemplerne flyttes to gange i løbet af en omdrejning af krumtapakslen).

Den kraftige stigning i denne komponent i 70%-tilstanden skyldes sandsynligvis resonanssvingninger i et af flyets strukturelle elementer (motorophæng i flyets krop) ved en frekvens på 67 Hz (4.020 cyklusser/min).

Det skal bemærkes, at ud over stødpåvirkninger, der er forbundet med stempelgruppens funktion, kan vibrationsværdien i den givne frekvens påvirkes af den aerodynamiske kraft, som manifesterer sig ved propellens bladfrekvens (Vv3).

I højhastighedstilstande af 65% og 82% observerer vi også en mærkbar stigning i komponenten Vk2 (Vv3), som kan forklares med resonanssvingningerne i de enkelte komponenter i flyet.

Amplituden af den spektrale komponent forbundet med propellens ubalance Vv1, afsløret af de vigtigste hastighedstilstande før afbalancering, varierede fra 2,4 til 5,7 mm/s, hvilket generelt er lavere end værdien af Vk2 i de tilsvarende tilstande.

Som vi kan se i tabel 3.1, bestemmes ændringerne i overgangen fra en tilstand til en anden ikke kun af kvaliteten af afbalanceringen, men også af graden af forskydning af propellens rotationsfrekvens i forhold til de naturlige svingningsfrekvenser for flyets strukturelle elementer.

3.4. Resultater af balancering.

Propellen blev afbalanceret i det samme plan ved rotationsfrekvensen. Som et resultat af denne afbalancering kompenseres der for propellens effektubalance i dynamikken.

Balanceringsprotokollen er angivet nedenfor i Bilag 1.

Afbalanceringen blev udført ved en propelrotationsfrekvens på 1.350 omdrejninger i minuttet og gav mulighed for at gennemføre to målestarter.

Under den første opstart målte vi amplituden og fasen af vibrationerne ved propellens rotationsfrekvens i udgangstilstanden.

Under den anden opstart bestemte vi amplituden og fasen af vibrationen ved propellens rotationsfrekvens efter at have fastgjort en testvægt med den specificerede masse på propellen.

Ifølge resultaterne af disse målinger blev massen og installationsvinklen for den korrigerende vægt i plan 1 bestemt.

Efter at have fastsat den beregnede værdi af den korrigerende vægt på 40,9 g på propellen, faldt vibrationerne i denne hastighedstilstand fra 6,7 mm/s i udgangstilstanden til 1,5 mm/s efter afbalanceringen.

Vibrationsniveauet i forbindelse med propellens ubalance i andre højhastighedstilstande faldt også, og efter afbalanceringen lå det inden for intervallet 1 til 2,5 mm/s.

Vi undersøgte ikke afbalanceringskvalitetens indflydelse på flyets vibrationsniveau under flyvningen, da propellen blev beskadiget i en nødsituation under en af træningsflyvningerne.

Det skal bemærkes, at det resultat, der opnås ved at udføre den specificerede afbalancering, adskiller sig væsentligt fra resultatet af afbalanceringen på produktionsanlægget.

I særdeleshed:

• Vibrationerne reduceres med mere end 4 gange ved propellens rotationsfrekvens, efter at den er afbalanceret på et permanent installationssted (på udgangsakslen på SU-29's gear);
• Korrektionsvægten, der placeres i afbalanceringsprocessen, forskydes ca. 130º i forhold til den vægt, der er indstillet på fabrikken.

Mulige årsager til denne situation kan være:

• fejl i målesystemet i producentens afbalanceringsstand (hvilket er usandsynligt);
• geometriske fejl i spindelkoblingssæderne på propelafbalanceringsmaskinen, hvilket resulterer i radial afrunding af propellen, når den er installeret på spindlen;
• geometriske fejl i koblingssæderne på flyets gearaksel, hvilket resulterer i et radialt udløb af propellen, når den er installeret på gearakslen.

3.5. Konklusioner på resultaterne af arbejdet

3.5.1. Afbalancering af propellen på SU-29, udført i samme plan ved en propelhastighed på 1350 o/min (70%), gjorde det muligt at reducere propelvibrationerne fra 6,7 mm/s til 1,5 mm/s.

Vibrationsniveauet i forbindelse med propellens ubalance i andre højhastighedstilstande faldt også betydeligt og varierede fra 1 til 2,5 mm/s.

3.5.2. For at klarlægge de mulige årsager til utilfredsstillende afbalanceringsresultater på produktionsanlægget er det nødvendigt at kontrollere det radiale udløb på drivakslen til flymotorens gear.

Bilag 1

BALANCERINGSPROTOKOL

til propeller MTV-9-K-C/CL 260-27 til SU-29 kunstflyvningsfly

1. Kunde: V. D. Chvokov
2. Propellens monteringssted: drivakslen på gearet til SU-29
3. Propel type: MTV-9-K-C/CL 260-27
4. Afbalanceringsmetode: samlet på driftsstedet (i egne lejer), i samme plan
5. Propelhastighed under afbalancering, rpm: 1.350
6. Model, fabriksnr. og producent af afbalanceringsapparatet: Balancet-1, anlæg nr. 149, OU Vibromer
7. Reguleringsdokumenter, der anvendes til afbalancering:

7.1. GOST ISO 1940-1-2007 Vibration. Kvalitetskrav til afbalancering af stive rotorer. Del 1. Bestemmelse af tilladelig ubalance.

7.2. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Dato for afbalancering: 15. juni 2014
9. Oversigtstabel over balanceringsresultater:

*) Bemærk: Afbalanceringen blev udført under opretholdelse af den korrigerende vægt på propellen, som var fastsat af producenten.

10. Konklusion:

10.1. Vibrationsniveauet (resterende ubalance) efter afbalancering af propellen, der er installeret på drivakslen til gearet på SU-29 (se afsnit 9.2), er reduceret med mere end 4 gange i forhold til det oprindelige niveau (se afsnit 9.1).

10.2. Parametrene for den korrigerende vægt (masse, installationsvinkel), der bruges til at opnå resultatet i afsnit 10.1, er væsentligt forskellige fra parametrene for den korrigerende vægt, der er indstillet på produktionsanlægget (MT-propeller).

Mens vi afbalancerede propellen, placerede vi en ekstra korrigerende vægt på 40,9 g, som blev forskudt i forhold til den vægt, der blev indstillet på fabrikken, i en vinkel på 130º.

(Vægten placeret på produktionsanlægget blev ikke fjernet fra propellen under den ekstra afbalancering).

Mulige årsager til denne situation kan være:

• fejl i målesystemet på produktionsanlæggets afbalanceringsstand;
• geometriske fejl i spindelkoblingssæderne på produktionsanlæggets afbalanceringsmaskine, hvilket resulterer i radial udløb af propellen, når den er installeret på spindlen;
• geometriske fejl i koblingssæderne på flygearets drivaksel, hvilket resulterer i radial udløb af propellen, når den er installeret på gearakslen.

For at identificere den specifikke årsag, der fører til den øgede ubalance i propellen, når den installeres på drivakslen på Su-29's gear, er det nødvendigt:

• at kontrollere målesystemet og den geometriske nøjagtighed af spindelsæderne på afbalanceringsmaskinen, der bruges til afbalancering af propellen MTV-9-K-C/CL 260-27 på produktionsanlægget;
• for at kontrollere det radiale afløb af propellen, der er monteret på drivakslen til gearet på SU-29.

Eksekutor:

Cheftekniker på OU Vibromera

V. D. Feldman