Leitender Spezialist V.D. Feldman

1. Anstelle eines Vorworts

Vor zweieinhalb Jahren begann unser Unternehmen mit der Serienproduktion des Geräts "Balanset 1", das für das Auswuchten von Drehmechanismen in ihren eigenen Lagern konzipiert ist.

Bis heute wurden mehr als 180 Sätze hergestellt, die in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt werden, u. a. bei der Herstellung und dem Betrieb von Ventilatoren, Gebläsen, Elektromotoren, Maschinenspindeln, Pumpen, Brechern, Abscheidern, Zentrifugen, Kardan- und Kurbelwellen und anderen Mechanismen.

In letzter Zeit hat unser Unternehmen zahlreiche Anfragen von Organisationen und Einzelpersonen erhalten, die sich für den Einsatz unserer Geräte zum Auswuchten von Flugzeug- und Hubschrauberpropellern unter Feldbedingungen interessieren.

Leider hatten sich unsere Fachleute mit ihrer langjährigen Erfahrung im Auswuchten verschiedener Maschinen noch nie mit diesem Problem befasst. Daher waren die Ratschläge und Empfehlungen, die wir unseren Kunden geben konnten, sehr allgemein gehalten und ermöglichten es ihnen nicht immer, das jeweilige Problem wirksam zu lösen.

Diese Situation begann sich in diesem Frühjahr zu verbessern. Dies ist auf die aktive Haltung von V.D. Chvokov zurückzuführen, der die Arbeiten zum Auswuchten der Propeller der von ihm geflogenen Flugzeuge Yak-52 und Su-29 organisierte und aktiv mit uns zusammenarbeitete.

Auswuchten des Propellers des Flugzeugs in der Feldumgebung

Abb. 1.1. Yak-52-Flugzeuge auf dem Flugplatz

Auswuchten des Propellers des Flugzeugs in der Feldumgebung

Abb. 1.2. Su-29 Flugzeug auf dem Parkplatz

2. Ergebnisse der Propellerauswuchtung und Schwingungsmessung des Kunstflugzeugs Yak-52

2.1. Einleitung

Von Mai bis Juli 2014 wurden Arbeiten zur Schwingungsmessung des mit dem Flugmotor M-14P ausgestatteten Flugzeugs Yak-52 und zum Auswuchten des Zweiblattpropellers durchgeführt.

Das Auswuchten erfolgte in einer Ebene mit dem Auswuchtkit Balanset 1", Seriennummer 149.

Das beim Auswuchten verwendete Messschema ist in Abb. 2.1 dargestellt.

Während des Auswuchtvorgangs wurde der Schwingungssensor (Beschleunigungsaufnehmer) 1 mit einem Magneten auf einer speziellen Halterung an der vorderen Abdeckung des Motorgetriebes angebracht.

Der Laser-Phasenwinkelsensor 2 wurde ebenfalls am Getriebedeckel angebracht und auf die Reflexionsmarke an einem der Propellerblätter ausgerichtet.

Die analogen Signale der Sensoren wurden über Kabel an die Messeinheit des "Balanset 1"-Geräts übertragen, wo sie digital vorverarbeitet wurden.

Dann wurden diese Signale in digitaler Form an einen Computer gesendet, wo eine Software diese Signale verarbeitete und die Masse und den Winkel des Ausgleichsgewichts berechnete, das zum Ausgleich der Unwucht am Propeller benötigt wurde.

2.2. Während der Durchführung dieser Arbeiten wurden bestimmte Fähigkeiten erworben und eine Technologie zum Auswuchten von Flugzeugpropellern unter Feldbedingungen mit dem Gerät "Balanset 1" entwickelt, einschließlich:

Bestimmung der Orte und Methoden für die Installation (Anbringung) von Schwingungs- und Phasenwinkelsensoren am Objekt;
Bestimmung der Resonanzfrequenzen verschiedener Strukturelemente des Flugzeugs (Triebwerksaufhängung, Propellerblätter);
Ermittlung der Motordrehfrequenzen (Betriebsarten), die eine minimale Restunwucht beim Auswuchten gewährleisten;
Festlegung von Toleranzen für die Restunwucht des Propellers usw.

Darüber hinaus wurden interessante Daten über die Vibrationswerte von Flugzeugen mit M-14P-Triebwerken gewonnen.

Nachstehend finden Sie die auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Arbeiten erstellten Berichte.

Darin werden neben den Auswuchtergebnissen auch Daten zu den Schwingungsmessungen an Yak-52 und Su-29 Flugzeugen, die während der Boden- und Flugtests durchgeführt wurden, bereitgestellt.

Diese Daten können sowohl für Flugzeugpiloten als auch für Fachleute, die mit der Wartung von Flugzeugen befasst sind, von Interesse sein.

Messschema für den Auswuchtpropeller des YAK-52

Abb. 2.1. Messschema für das Auswuchten des Yak-52 Flugzeugpropellers.

Zk - Hauptzahnrad des Getriebes;

Zs - Getriebesatelliten;

Zn - feststehendes Zahnrad des Getriebes.

Während der Durchführung dieser Arbeiten wurden unter Berücksichtigung der Erfahrungen, die beim Auswuchten der Propeller der Flugzeuge Su-29 und Yak-52 gesammelt wurden, eine Reihe zusätzlicher Studien durchgeführt, darunter

Bestimmung der Eigenfrequenzen der Motor- und Propellerschwingungen des Flugzeugs Yak-52;
Überprüfung der Größe und der spektralen Zusammensetzung der Schwingungen in der zweiten Pilotenkabine während des Fluges nach dem Auswuchten des Propellers;
Überprüfung des Ausmaßes und der spektralen Zusammensetzung der Vibrationen in der zweiten Pilotenkabine während des Fluges nach dem Auswuchten des Propellers und der Einstellung der Spannkraft der Triebwerksstoßdämpfer.

2.2. Ergebnisse der Untersuchungen zu den Eigenfrequenzen von Motor- und Propellerschwingungen

Die Eigenfrequenzen der Triebwerksschwingungen, die auf Stoßdämpfern im Flugzeugrumpf montiert sind, wurden mit dem Spektrumanalysator AD-3527 von A&D (Japan) durch Stoßanregung der Triebwerksschwingungen bestimmt.

Im Spektrum der Eigenschwingungen der Triebwerksaufhängung des Yak-52-Flugzeugs, von dem ein Beispiel in Abb. 2.2 dargestellt ist, wurden vier Hauptfrequenzen ermittelt: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz und 120 Hz.

Das Spektrum der Eigenfrequenzen der Schwingungen der Motoraufhängung des YAK-52

Abb. 2.2. Spektrum der Eigenfrequenzen der Motoraufhängung des Yak-52-Flugzeugs.

Die Frequenzen 74 Hz, 94 Hz und 120 Hz hängen wahrscheinlich mit den Eigenschaften der Motoraufhängung am Flugzeugrumpf zusammen.

Die Frequenz 20 Hz ist höchstwahrscheinlich auf die Eigenschwingungen des Flugzeugs auf dem Fahrgestell zurückzuführen.

Die Eigenfrequenzen der Propellerblätter wurden ebenfalls mit der Methode der Stoßanregung ermittelt.

In diesem Fall wurden vier Hauptfrequenzen ermittelt: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz und 134 Hz.

Die Daten über die Eigenfrequenzen der Propeller- und Triebwerksschwingungen des Yak-52-Flugzeugs sind besonders wichtig für die Wahl der Rotationsfrequenz des Propellers, die beim Auswuchten verwendet wird. Die wichtigste Bedingung für die Auswahl dieser Frequenz ist, dass sie so weit wie möglich von den Eigenfrequenzen der Strukturelemente des Flugzeugs abweicht.

Darüber hinaus kann die Kenntnis der Eigenfrequenzen einzelner Komponenten und Teile des Flugzeugs nützlich sein, um die Ursachen eines starken Anstiegs (im Falle von Resonanz) in bestimmten Komponenten des Schwingungsspektrums bei verschiedenen Motordrehzahlen zu ermitteln.

2.3. Auswuchtergebnisse

Wie bereits erwähnt, wurde der Propeller in einer Ebene ausgewuchtet, wodurch die Unwucht des Propellers dynamisch ausgeglichen wurde.

Ein dynamisches Auswuchten in zwei Ebenen, das einen Ausgleich sowohl der Kraft- als auch der Momentenunwucht des Propellers ermöglichen würde, war nicht durchführbar, da die Konstruktion des Propellers des Flugzeugs Yak-52 nur die Bildung einer Ausgleichsebene zulässt.

Das Auswuchten des Propellers erfolgte bei einer Drehfrequenz von 1150 U/min (60%), bei der die stabilsten Schwingungsmessergebnisse in Bezug auf Amplitude und Phase von Anfang bis Ende erzielt werden konnten.

Das Auswuchten der Propeller erfolgte nach dem klassischen "Zwei-Lauf"-Schema.

Beim ersten Durchlauf wurden die Amplitude und die Phase der Schwingung bei der Drehfrequenz des Propellers im Ausgangszustand bestimmt.

Beim zweiten Durchlauf wurden die Amplitude und die Phase der Schwingung bei der Drehfrequenz des Propellers nach Anbringung einer Probemasse von 7 g auf dem Propeller bestimmt.

Auf der Grundlage dieser Daten wurden die Masse M = 19,5 g und der Aufstellwinkel des Korrekturgewichts F = 32° mit Hilfe einer Software berechnet.

Aufgrund der Konstruktionsmerkmale des Propellers, die eine Anbringung des Korrekturgewichts in dem erforderlichen Winkel nicht zulassen, wurden zwei gleichwertige Gewichte am Propeller angebracht:

Gewicht M1 = 14 g bei einem Winkel F1 = 0°;
Gewicht M2 = 8,3 g bei einem Winkel F2 = 60°.

Nach dem Einbau der angegebenen Ausgleichsgewichte in den Propeller verringerte sich die bei einer Drehfrequenz von 1150 U/min gemessene und mit der Unwucht des Propellers verbundene Schwingung von 10,2 mm/s im Ausgangszustand auf 4,2 mm/s nach dem Auswuchten.

In diesem Fall sank die tatsächliche Unwucht des Propellers von 2340 g*mm auf 963 g*mm.

2.4. Überprüfung der Auswirkungen der Auswuchtergebnisse auf den Schwingungspegel des Yak-52-Flugzeugs am Boden bei anderen Propellerdrehfrequenzen

Die Ergebnisse der Überprüfung der Schwingungen des Yak-52-Flugzeugs bei anderen Triebwerksbetriebsarten, die bei Bodentests ermittelt wurden, sind in Tabelle 2.1 dargestellt.

Wie aus der Tabelle hervorgeht, hat sich das Auswuchten positiv auf die Schwingungen des Flugzeugs Yak-52 in allen Betriebsarten ausgewirkt.

Tabelle 2.1.

№	Rotationsfrequenz, %	Propeller-Drehfrequenz, U/min	RMS-Schwingungsgeschwindigkeit, mm/sec
1	60	1153	4.2
2	65	1257	2.6
3	70	1345	2.1
4	82	1572	1.25

Zusätzliche Vibrationstestergebnisse

2.5. Überprüfung der Schwingungen des Yak-52-Flugzeugs in der Luft in den Hauptflugmodi vor und nach der Einstellung der Stoßdämpferspannung

Darüber hinaus wurde bei Bodentests eine deutliche Verringerung der Flugzeugvibrationen bei einer Erhöhung der Propellerdrehzahl festgestellt.

Dies lässt sich durch eine stärkere Verstimmung der Propellerdrehfrequenz gegenüber der Eigenschwingungsfrequenz des Flugzeugs am Fahrwerk (vermutlich 20 Hz) erklären, die bei einer Erhöhung der Propellerdrehfrequenz auftritt.

Zusätzlich zu den Schwingungstests, die nach dem Auswuchten des Propellers am Boden durchgeführt wurden (siehe Abschnitt 2.3), wurden Schwingungsmessungen am Yak-52-Flugzeug im Flug durchgeführt.

Die Flugschwingungen wurden in der zweiten Pilotenkabine in vertikaler Richtung mit einem tragbaren Schwingungsspektrumanalysator, Modell AD-3527 von A&D (Japan), im Frequenzbereich von 5 bis 200 (500) Hz gemessen.

Die Messungen wurden bei fünf Hauptdrehzahlen des Motors durchgeführt, die jeweils 60%, 65%, 70% und 82% der maximalen Drehfrequenz entsprechen.

Die Messergebnisse, die vor der Einstellung der Stoßdämpfer durchgeführt wurden, sind in Tabelle 2.2 dargestellt.

Tabelle 2.2.

Komponenten des Schwingungsspektrums

№	Propeller-Drehfrequenz, %	Propeller-Drehfrequenz, U/min	V_в1 (Hz)	Amplitude V_в1 (mm/sec)	V_н (Hz)	Amplitude V_н (mm/sec)	V_к1 (Hz)	Amplitude V_к1 (mm/sec)	V_в2 (Hz)	Amplitude V_в2 (mm/sec)	V_к2 (Hz)	Amplitude V_к2 (mm/sec)	V_в4 (Hz)	Amplitude V_в4 (mm/sec)	V_к3 (Hz)	Amplitude V_к3 (mm/sec)	V_в5 (Hz)	Amplitude V_в5 (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
1	60	1155	1244	3.5	1680	1.2	1890	2.1	2488	1.2	3780	4.1	4976	0.4	5670	1.2			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
2	65	1244	1342	2.8	1860	0.4	2040	3.2	2684	0.4	4080	2.9	5369	2.3					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
3	70	1342	1580	4.7	2160	2.9	2400	1.1	3160	0.4	4800	12.5						5.0
4	82	1580	1580	4.7	2160	2.9	2400	1.1	3160	0.4	4800	12.5						13.7
4	82	1580	1830	2.2	2484	3.4	2760	1.7	3660	2.8	5520	15.8	7320	3.7				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

Als Beispiel zeigen die Abbildungen 2.3 und 2.4 die Spektraldiagramme, die bei der Messung der Schwingungen in der Kabine eines Yak-52-Flugzeugs bei den Modi 60% und 94% erhalten wurden, die für die Füllung in Tabelle 2.2 verwendet wurden.

Das Schwingungsspektrum im Cockpit von YAK-52 bei 60%

Abb. 2.3. Schwingungsspektrum in der Kabine des Flugzeugs Yak-52 im Modus 60%.

Das Schwingungsspektrum im Cockpit von YAK-52 bei 94%

Abb. 2.4. Schwingungsspektrum in der Kabine des Flugzeugs Yak-52 bei der Betriebsart 94%.

Wie aus Tabelle 2.2 hervorgeht, treten die Hauptkomponenten der in der zweiten Pilotenkabine gemessenen Schwingungen bei den Propellerdrehfrequenzen V_в1 (gelb hervorgehoben), die Motorkurbelwelle V_к1 (blau hervorgehoben), und der Antrieb des Luftkompressors (und/oder der Frequenzsensor) V_н (grün hervorgehoben), sowie bei ihren höheren Harmonischen V_в2, V_в4, V_в5und V_к2, V_к3.

Die maximale Gesamtschwingung V_∑ wurde bei Geschwindigkeiten von 82% (1580 U/min des Propellers) und 94% (1830 U/min) festgestellt.

Die Hauptkomponente dieser Schwingung tritt bei der 2. Harmonischen der Motorkurbelwellen-Drehfrequenz V_к2 und erreicht Werte von 12,5 mm/sec bei einer Frequenz von 4800 Zyklen/min bzw. 15,8 mm/sec bei einer Frequenz von 5520 Zyklen/min.

Es kann davon ausgegangen werden, dass diese Komponente mit dem Betrieb der Kolbengruppe des Motors zusammenhängt (Aufprallvorgänge bei der doppelten Bewegung der Kolben pro Kurbelwellenumdrehung).

Der starke Anstieg dieser Komponente bei den Betriebsarten 82% (erste Nennleistung) und 94% (Start) ist höchstwahrscheinlich nicht auf Defekte in der Kolbengruppe zurückzuführen, sondern auf die Resonanzschwingungen des Triebwerks, das auf Stoßdämpfern im Flugzeugkörper gelagert ist.

Diese Schlussfolgerung wird durch die zuvor erörterten experimentellen Ergebnisse der Überprüfung der Eigenfrequenzen der Schwingungen der Motoraufhängung bestätigt, in deren Spektrum 74 Hz (4440 Zyklen/min), 94 Hz (5640 Zyklen/min) und 120 Hz (7200 Zyklen/min) zu finden sind.

Zwei dieser Eigenfrequenzen, 74 Hz und 94 Hz, liegen in der Nähe der 2. harmonischen Frequenzen der Kurbelwellendrehung, die bei der ersten Nenndrehzahl und beim Start des Motors auftreten.

Aufgrund der bei den Vibrationstests festgestellten signifikanten Schwingungen der 2. Kurbelwellenharmonischen im ersten Nenn- und Startmodus des Motors wurde eine Überprüfung und Anpassung der Anzugskraft der Motoraufhängungsstoßdämpfer durchgeführt.

Die vergleichenden Testergebnisse, die vor und nach der Einstellung der Stoßdämpfer für die Propellerdrehfrequenz (V_в1) und die 2. Harmonische der Kurbelwellendrehfrequenz (V_к2) sind in Tabelle 2.3 dargestellt.

Tabelle 2.3.

№	Propeller-Drehfrequenz, %	Propeller-Drehfrequenz, U/min	V_в1 (Vorher)	V_в1 (Nach)	V_к2 (Vorher)	V_к2 (Nach)
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

Wie aus Tabelle 2.3 hervorgeht, führte die Einstellung der Stoßdämpfer nicht zu signifikanten Veränderungen der Hauptschwingungskomponenten des Flugzeugs.

Es ist auch zu beachten, dass die Amplitude der Spektralkomponente, die mit der Propellerunwucht V_в1die bei den Moden 82% und 94% (siehe Tabellen 1.2 und 1.3) festgestellt wurde, ist jeweils 3-7 mal niedriger als die Amplituden von V_к2die in diesen Modi vorhanden sind.

Bei anderen Flugmodi wird die Komponente V_в1 liegt zwischen 2,8 und 4,4 mm/sec.

Wie aus den Tabellen 2.2 und 2.3 hervorgeht, werden die Veränderungen beim Wechsel von einer Betriebsart zur anderen nicht in erster Linie durch die Qualität der Auswuchtung bestimmt, sondern durch den Grad der Abweichung der Propellerdrehfrequenz von den Eigenfrequenzen der verschiedenen Strukturelemente des Flugzeugs.

2.6. Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen der Arbeit

2.6.1.

Das Auswuchten des Propellers des Flugzeugs Yak-52 bei einer Rotationsfrequenz von 1150 U/min (60%) ermöglichte eine Reduzierung der Propellerschwingungen von 10,2 mm/s auf 4,2 mm/s.

In Anbetracht der Erfahrungen, die beim Auswuchten von Propellern der Flugzeuge Yak-52 und Su-29 mit dem "Balanset-1"-Gerät gesammelt wurden, kann davon ausgegangen werden, dass es möglich ist, das Vibrationsniveau des Propellers des Flugzeugs Yak-52 weiter zu senken.

Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass beim Auswuchten des Propellers eine andere (höhere) Drehfrequenz gewählt wird, die eine größere Abweichung von der bei den Tests ermittelten Eigenschwingungsfrequenz des Flugzeugs von 20 Hz (1200 Zyklen/min) ermöglicht.

2.6.2.

Wie die Ergebnisse der Vibrationstests des Yak-52-Flugzeugs im Flug zeigen, enthalten seine Vibrationsspektren (neben der bereits erwähnten Komponente, die bei der Propellerdrehfrequenz auftritt) mehrere andere Komponenten, die mit dem Betrieb der Kurbelwelle, der Kolbengruppe des Triebwerks sowie dem Antrieb des Luftkompressors (und/oder dem Frequenzsensor) zusammenhängen.

Die Größenordnung dieser Schwingungen bei den Modi 60%, 65% und 70% ist vergleichbar mit der Größenordnung der mit der Propellerunwucht verbundenen Schwingungen.

Eine Analyse dieser Schwingungen zeigt, dass selbst die vollständige Beseitigung der durch die Propellerunwucht verursachten Schwingungen die Gesamtschwingungen des Flugzeugs in diesen Modi um höchstens das 1,5-fache reduziert.

2.6.3.

Die maximale Gesamtschwingung V_∑ des Flugzeugs Yak-52 wurde bei Geschwindigkeiten von 82% (1580 U/min des Propellers) und 94% (1830 U/min des Propellers) festgestellt.

Die Hauptkomponente dieser Schwingung tritt bei der 2. Harmonischen der Motorkurbelwellen-Drehfrequenz V_к2 (bei Frequenzen von 4800 Zyklen/Min. bzw. 5520 Zyklen/Min.), wo sie Werte von 12,5 mm/Sek. bzw. 15,8 mm/Sek. erreicht.

Es kann davon ausgegangen werden, dass diese Komponente mit dem Betrieb der Kolbengruppe des Motors zusammenhängt (Stoßvorgänge bei der doppelten Bewegung der Kolben pro Kurbelwellenumdrehung).

Der starke Anstieg dieser Komponente bei den Betriebsarten 82% (erste Nennleistung) und 94% (Start) ist höchstwahrscheinlich nicht auf Defekte in der Kolbengruppe zurückzuführen, sondern auf Resonanzschwingungen des Triebwerks, das auf Stoßdämpfern im Flugzeugkörper montiert ist.

Die während der Tests vorgenommene Einstellung der Stoßdämpfer führte nicht zu signifikanten Veränderungen der Schwingungen.

Diese Situation kann vermutlich als ein Konstruktionsfehler der Flugzeugentwickler bei der Wahl der Triebwerksaufhängung im Flugzeugrumpf angesehen werden.

2.6.4.

Die beim Auswuchten und bei zusätzlichen Schwingungstests gewonnenen Daten (siehe Flugtestergebnisse in Abschnitt 2.5) lassen den Schluss zu, dass die regelmäßige Schwingungsüberwachung für die diagnostische Bewertung des technischen Zustands des Flugzeugtriebwerks nützlich sein kann.

Solche Arbeiten können beispielsweise mit dem Gerät "Balanset-1" durchgeführt werden, in dessen Software die Funktion der spektralen Schwingungsanalyse implementiert ist.

3. Ergebnisse des Auswuchtens des MTV-9-K-C/CL 260-27 Propellers und der Schwingungsmessung des Su-29 Kunstflugzeugs

3.1. Einleitung

Am 15. Juni 2014 wurde das Auswuchten des dreiblättrigen MTV-9-K-C/CL 260-27 Propellers des M-14P Flugmotors des Su-29 Kunstflugzeugs durchgeführt.

Nach Angaben des Herstellers war der Propeller vorläufig statisch ausgewuchtet, was durch das Vorhandensein eines im Werk installierten Ausgleichsgewichts in Ebene 1 bewiesen wurde.

Das Auswuchten des Propellers, der direkt in die Su-29 eingebaut wurde, erfolgte mit dem Vibrationswucht-Kit "Balanset-1", Seriennummer 149.

Das beim Auswuchten verwendete Messschema ist in Abbildung 3.1 dargestellt.

Während des Auswuchtvorgangs wurde der Schwingungssensor (Beschleunigungsaufnehmer) 1 mit einem Magneten auf einer speziellen Halterung am Motor-Getriebegehäuse befestigt.

Der Laser-Phasenwinkelsensor 2 wurde ebenfalls am Getriebegehäuse montiert und auf die Reflexionsmarke an einem der Propellerblätter ausgerichtet.

Die analogen Signale der Sensoren wurden über Kabel an die Messeinheit des "Balanset-1"-Geräts übertragen, wo sie digital vorverarbeitet wurden.

Anschließend wurden diese Signale in digitaler Form an einen Computer gesendet, wo eine Software diese Signale verarbeitete und die Masse und den Winkel des zum Ausgleich der Propellerunwucht erforderlichen Ausgleichsgewichts berechnete.

Messverfahren zum Auswuchten des Propellers der SU-29

Abb. 3.1. Messschema für das Auswuchten des Propellers des Flugzeugs Su-29.

Z_k - Hauptzahnrad des Getriebes mit 75 Zähnen;

Z_c - Getriebesatelliten in der Anzahl von 6 Stück mit je 18 Zähnen;

Z_n - stationäres Zahnrad des Getriebes mit 39 Zähnen.

Vor der Durchführung dieser Arbeiten wurden unter Berücksichtigung der beim Auswuchten des Yak-52-Flugzeugpropellers gesammelten Erfahrungen eine Reihe zusätzlicher Studien durchgeführt, u. a:

Bestimmung der Eigenfrequenzen des Su-29-Flugzeugtriebwerks und der Propellerschwingungen;
Überprüfung der Stärke und der spektralen Zusammensetzung der anfänglichen Schwingungen in der zweiten Pilotenkabine vor dem Auswuchten.

3.2. Ergebnisse der Untersuchungen zu den Eigenfrequenzen von Motor- und Propellerschwingungen

Im Spektrum der Eigenschwingungen der Motoraufhängung (siehe Abb. 3.2) wurden sechs Hauptfrequenzen ermittelt: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz.

Das Spektrum der Eigenfrequenzen der Motoraufhängung der SU-29

Es wird davon ausgegangen, dass die Frequenzen 66 Hz, 88 Hz und 120 Hz in direktem Zusammenhang mit den Merkmalen der Triebwerksaufhängung am Flugzeugrumpf stehen.

Die Frequenzen 16 Hz und 22 Hz sind höchstwahrscheinlich auf die Eigenschwingungen des Flugzeugs auf dem Fahrgestell zurückzuführen.

Die Frequenz 37 Hz steht wahrscheinlich im Zusammenhang mit der Eigenfrequenz der Propellerblattschwingungen des Flugzeugs.

Diese Annahme wird durch die Ergebnisse der Überprüfung der Eigenfrequenzen der Propellerschwingungen bestätigt, die ebenfalls mit der Stoßerregungsmethode ermittelt wurden.

Im Spektrum der Eigenschwingungen des Propellerblatts (siehe Abb. 3.3) wurden drei Hauptfrequenzen ermittelt: 37 Hz, 100 Hz und 174 Hz.

Das Spektrum der natürlichen Schwingungsfrequenzen der Propellerblätter der SU-29

Daten über die Eigenfrequenzen der Propellerblatt- und Triebwerksschwingungen der Su-29 können bei der Wahl der Propellerdrehfrequenz, die beim Auswuchten verwendet wird, von besonderer Bedeutung sein. Die wichtigste Bedingung für die Auswahl dieser Frequenz ist, dass sie sich so weit wie möglich von den Eigenfrequenzen der Strukturelemente des Flugzeugs unterscheidet.

Darüber hinaus kann die Kenntnis der Eigenfrequenzen einzelner Komponenten und Teile des Flugzeugs nützlich sein, um die Ursachen für einen starken Anstieg (im Falle von Resonanz) in bestimmten Komponenten des Schwingungsspektrums bei verschiedenen Motordrehzahlen zu ermitteln.

3.3. Überprüfung der Schwingungen in der zweiten Pilotenkabine der Su-29 am Boden vor dem Balancieren

Die anfänglichen Schwingungen der Su-29, die vor dem Auswuchten der Propeller festgestellt wurden, wurden in der zweiten Pilotenkabine in vertikaler Richtung mit einem tragbaren Schwingungsspektrumanalysator, Modell AD-3527 von A&D (Japan), im Frequenzbereich von 5 bis 200 Hz gemessen.

Die Messungen wurden bei vier Hauptdrehzahlen des Motors durchgeführt, die jeweils 60%, 65%, 70% und 82% der maximalen Drehfrequenz entsprechen.

Die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 3.1 dargestellt.

Wie aus Tabelle 2.1 hervorgeht, treten die Hauptkomponenten der Schwingungen bei den Propellerdrehfrequenzen V_в1die Kurbelwelle des Motors V_к1und der Antrieb des Luftkompressors (und/oder Frequenzsensor) V_нals auch bei der 2. Harmonischen der Kurbelwelle V_к2 und möglicherweise die 3. (Blatt-)Oberschwingung des Propellers V_в3die in ihrer Frequenz nahe der zweiten Harmonischen der Kurbelwelle liegt.

Tabelle 3.1.

№	Propeller-Drehfrequenz, %	Propeller-Drehfrequenz, U/min	V_в1	V_н	V_к1	V_в3	V_к2	V_в4	V_к3	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

Darüber hinaus wurde im Schwingungsspektrum des 60%-Geschwindigkeitsmodus eine nicht identifizierte Komponente mit dem berechneten Spektrum bei einer Frequenz von 6120 Zyklen/min gefunden, die durch eine Resonanz bei einer Frequenz von etwa 100 Hz eines der Strukturelemente des Flugzeugs verursacht werden könnte. Ein solches Element könnte der Propeller sein, dessen Eigenfrequenz 100 Hz beträgt.

Die maximale Gesamtschwingung des Flugzeugs V_∑und erreichte 11,5 mm/s im Geschwindigkeitsmodus 70%.

Die Hauptkomponente der Gesamtschwingung in diesem Modus tritt bei der 2. Harmonischen (4020 Zyklen/min) der Motorkurbelwellen-Drehfrequenz V_к2 und ist gleich 10,8 mm/sec.

Es kann davon ausgegangen werden, dass diese Komponente mit dem Betrieb der Kolbengruppe des Motors zusammenhängt (Aufprallvorgänge bei der doppelten Bewegung der Kolben pro Kurbelwellenumdrehung).

Der starke Anstieg dieser Komponente bei der Betriebsart 70% ist wahrscheinlich auf die Resonanzschwingungen eines der Strukturelemente des Flugzeugs (Triebwerksaufhängung im Flugzeugrumpf) bei einer Frequenz von 67 Hz (4020 Zyklen/min) zurückzuführen.

Es ist zu beachten, dass zusätzlich zu den mit dem Betrieb der Kolbengruppe verbundenen Stoßstörungen die Größe der Schwingung in diesem Frequenzbereich durch die aerodynamische Kraft beeinflusst werden kann, die sich bei der Blattfrequenz des Propellers (V_в3).

Bei den Geschwindigkeitsmodi 65% und 82% ist ein deutlicher Anstieg der Komponente V_к2 (V_в3) zu beobachten, was ebenfalls durch die Resonanzschwingungen einzelner Flugzeugkomponenten erklärt werden kann.

Die Amplitude der mit der Propellerunwucht verbundenen Spektralkomponente V_в1der bei den wichtigsten Geschwindigkeitsmodi vor dem Auswuchten ermittelt wurde, lag zwischen 2,4 und 5,7 mm/s, was im Allgemeinen niedriger ist als der Wert von V_к2 bei den entsprechenden Modi.

Wie aus Tabelle 3.1 hervorgeht, hängen die Änderungen beim Wechsel von einem Modus zum anderen nicht nur von der Qualität des Auswuchtens ab, sondern auch vom Grad der Abweichung der Propellerdrehfrequenz von den Eigenfrequenzen der Strukturelemente des Flugzeugs.

3.4. Auswuchtergebnisse

Das Auswuchten des Propellers wurde in einer Ebene bei einer Rotationsfrequenz durchgeführt. Durch das Auswuchten wurde die dynamische Kraftunwucht des Propellers ausgeglichen.

Das Bilanzierungsprotokoll ist in Anhang 1 wiedergegeben.

Die Auswuchtung wurde bei einer Propellerdrehzahl von 1350 U/min durchgeführt und umfasste zwei Messläufe.

Beim ersten Durchlauf wurden die Amplitude und die Phase der Schwingung bei der Propellerdrehfrequenz im Ausgangszustand bestimmt.

Beim zweiten Durchlauf wurden die Amplitude und die Phase der Schwingung bei der Propellerdrehfrequenz nach Anbringung einer Probemasse mit bekanntem Gewicht auf dem Propeller bestimmt.

Anhand der Ergebnisse dieser Messungen wurden die Masse und der Einbauwinkel des Korrekturgewichts in Ebene 1 bestimmt.

Nach dem Einbau des berechneten Korrekturgewichts von 40,9 g in den Propeller verringerte sich die Schwingung in diesem Drehzahlbereich von 6,7 mm/s im Ausgangszustand auf 1,5 mm/s nach dem Auswuchten.

Die mit der Propellerunwucht verbundenen Schwingungen bei anderen Geschwindigkeiten gingen ebenfalls zurück und blieben nach dem Auswuchten im Bereich von 1 bis 2,5 mm/s.

Die Auswirkungen der Auswuchtqualität auf das Schwingungsniveau des Flugzeugs im Flug wurden nicht überprüft, da dieser Propeller bei einem der Trainingsflüge versehentlich beschädigt wurde.

Es ist zu beachten, dass sich das Ergebnis dieser Auswuchtung deutlich von dem Ergebnis der Werkswuchtung unterscheidet.

Im Besonderen:

Die Vibrationen bei der Propellerdrehfrequenz wurden nach dem Auswuchten am festen Einbauort (an der Ausgangswelle des Su-29-Flugzeuggetriebes) um mehr als das Vierfache reduziert;
Das während des Auswuchtvorgangs installierte Ausgleichsgewicht war gegenüber dem im Werk installierten Gewicht um etwa 130 Grad verschoben.

Mögliche Gründe für diese Situation können sein:

Messsystemfehler des Auswuchtstandes des Herstellers (unwahrscheinlich);
Geometrische Fehler der Befestigungsstellen der Spindelkupplung der Auswuchtmaschine des Herstellers, die zu einem Rundlauf des Propellers beim Einbau in die Spindel führen;
Geometrische Fehler der Befestigungsstellen der Abtriebswellenkupplung des Flugzeuggetriebes, die zu einem Rundlauf des Propellers bei der Montage auf der Getriebewelle führen.

3.5. Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen der Arbeit

3.5.1.

Das Auswuchten des Propellers der Su-29, das in einer Ebene bei einer Propellerdrehfrequenz von 1350 U/min (70%) durchgeführt wurde, ermöglichte eine Reduzierung der Propellerschwingungen von 6,7 mm/s auf 1,5 mm/s.

Das mit der Propellerunwucht verbundene Schwingungsniveau bei anderen Geschwindigkeitsmodi ging ebenfalls deutlich zurück und blieb im Bereich von 1 bis 2,5 mm/s.

3.5.2.

Um die möglichen Ursachen für die unbefriedigenden Auswuchtergebnisse im Herstellerwerk zu klären, ist es notwendig, den Rundlauf des Propellers auf der Abtriebswelle des Flugzeugtriebwerksgetriebes zu überprüfen.

Anhang 1

AUSGLEICHSPROTOKOLL

MTV-9-K-C/CL 260-27 Propeller des Kunstflugzeugs Su-29

1. Kunde: V.D. Chvokov

2. Einbauort des Propellers: Ausgangswelle des Su-29-Flugzeuggetriebes

3. Propeller Typ: MTV-9-K-C/CL 260-27

4. Auswuchtmethode: Montage vor Ort (in eigenen Lagern), in einer Ebene

5. Drehfrequenz des Propellers beim Auswuchten, U/min: 1350

6. Modell, Seriennummer und Hersteller des Auswuchtgerätes: "Balanset-1", Seriennummer 149

7. Bei der Bilanzierung verwendete regulatorische Dokumente:

7.1. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Abschlusstermin: 15.06.2014

9. Zusammenfassende Tabelle der Auswuchtergebnisse:

№	Ergebnisse der Messung	Vibration, mm/sec	Unwucht, g* mm
1	Vor der Bilanzierung *)	6.7	6135
2	Nach dem Ausgleich	1.5	1350
ISO 1940 Toleranz für Klasse G 6,3			1500

*) Anmerkung: Die Auswuchtung wurde mit dem vom Hersteller installierten Ausgleichsgewicht durchgeführt, das auf dem Propeller verbleibt.

10. Schlussfolgerung:

10.1. Das Schwingungsniveau (Restunwucht) nach dem Auswuchten des Propellers auf der Abtriebswelle des Su-29-Flugzeuggetriebes (siehe S. 9.2) hat sich im Vergleich zum Ausgangszustand (siehe S. 9.1) um mehr als das Vierfache verringert.

10.2. Die Parameter des Korrekturgewichts (Masse, Einbauwinkel), die zur Erzielung des Ergebnisses in S. 10.1 verwendet werden, unterscheiden sich erheblich von den Parametern des vom Hersteller eingebauten Korrekturgewichts (MT-Propeller).

Insbesondere wurde beim Auswuchten ein zusätzliches Ausgleichsgewicht von 40,9 g am Propeller angebracht, das um einen Winkel von 130° gegenüber dem vom Hersteller angebrachten Gewicht verschoben war.

(Das vom Hersteller eingebaute Gewicht wurde beim zusätzlichen Auswuchten nicht vom Propeller entfernt).