Zusammenfassung: Dieser Ingenieurbericht dokumentiert die erste erfolgreiche Anwendung des tragbaren Balanset-1-Geräts zum Auswuchten von Flugzeugpropellern im Feld. Die Arbeiten wurden von Mai bis Juli 2014 an zweiblättrigen Flugzeugen vom Typ Yak-52 (Zweiblattpropeller) und Su-29 (Dreiblattpropeller MTV-9-KC/CL 260-27, beide mit M-14P-Triebwerken) durchgeführt. Wichtigste Ergebnisse: Die Propellerschwingung der Yak-52 wurde von 10,2 auf 4,2 mm/s, die der Su-29 von 6,7 auf 1,5 mm/s reduziert (mehr als eine Vervierfachung). Der Bericht enthält außerdem eine detaillierte Schwingungsspektrumanalyse für verschiedene Betriebsmodi und identifiziert die dominanten Schwingungsquellen, darunter Kurbelwellenharmonische und Strukturresonanzen.

1. Vorwort

Vor zweieinhalb Jahren begann unser Unternehmen mit der Serienproduktion des Geräts "Balanset-1", das zum Auswuchten von Drehmechanismen in ihren eigenen Lagern entwickelt wurde.

Bis heute wurden mehr als 180 Sätze hergestellt. Sie werden in verschiedenen Branchen effektiv eingesetzt, unter anderem in der Produktion und im Betrieb von Ventilatoren, Gebläsen, Elektromotoren, Maschinenspindeln, Pumpen, Brechern, Separatoren, Zentrifugen, Kardan- und Kurbelwellenbaugruppen sowie ähnlichen Mechanismen.

In letzter Zeit hat Vibromera zahlreiche Anfragen von Organisationen und Einzelpersonen bezüglich der Möglichkeit erhalten, unsere Ausrüstung zum Auswuchten von Flugzeug- und Hubschrauberpropellern unter Feldbedingungen einzusetzen.

Leider hatten unsere Spezialisten trotz langjähriger Erfahrung im Auswuchten verschiedener Maschinen noch nie zuvor dieses spezielle Problem behandelt. Die Ratschläge und Empfehlungen, die wir unseren Kunden geben konnten, waren daher recht allgemein gehalten und ermöglichten es ihnen nicht immer, die anstehende Aufgabe effektiv zu lösen.

Diese Situation begann sich in diesem Frühjahr zum Besseren zu wenden, dank des aktiven Engagements von VD Chvokov, der die Arbeiten zur Auswuchtung der Propeller der von ihm geflogenen Flugzeuge Yak-52 und Su-29 organisierte und gemeinsam mit uns daran teilnahm.

Yak-52-Flugzeuge auf dem Flugfeld
Abb. 1.1. Yak-52 auf dem Flugfeld
Su-29-Flugzeuge auf dem Parkplatz
Abb. 1.2. Su-29 auf dem Parkplatz

Im Rahmen dieser Arbeit wurden bestimmte Fertigkeiten erworben und eine Technologie zum Auswuchten von Flugzeugpropellern unter Feldbedingungen mithilfe des Geräts "Balanset-1" entwickelt, darunter:

  • Bestimmung der Standorte und Methoden für die Installation (Montage) von Vibrations- und Phasenwinkelsensoren am Flugzeug;
  • Ermittlung der Resonanzfrequenzen mehrerer Strukturelemente des Flugzeugs (Motoraufhängung, Propellerblätter);
  • Ermittlung der Motordrehzahlen (Betriebsarten), die die minimal erreichbare Restunwucht beim Auswuchten gewährleisten;
  • Festlegung von Toleranzen für die verbleibende Unwucht des Propellers.

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

Nachfolgend finden Sie die aus den Ergebnissen dieser Arbeit zusammengestellten Berichtsunterlagen. Neben den Ergebnissen der Auswuchtung enthalten sie Daten aus Schwingungsmessungen an Flugzeugen vom Typ Yak-52 und Su-29, die im Rahmen von Boden- und Flugtests gewonnen wurden. Diese Daten könnten sowohl für Flugzeugpiloten als auch für Wartungsspezialisten von Interesse sein.

2. Auswucht- und Schwingungsuntersuchung der Yak-52

2.1. Einleitung

Im Zeitraum Mai–Juli 2014 wurden Arbeiten zur Schwingungsanalyse des mit dem Flugzeugtriebwerk M-14P ausgestatteten Flugzeugs Yak-52 sowie zur Auswuchtung seines zweiblättrigen Propellers durchgeführt.

Die Auswuchtung erfolgte in einer Ebene mit dem "Balanset-1"-Kit, Seriennummer 149.

Das Messschema ist in Abb. 2.1 dargestellt. Während des Auswuchtens wird ein Vibrationssensor (Beschleunigungsmesser) verwendet. 1 wurde mittels einer Magnethalterung an einer speziell entwickelten Halterung an der Vorderseite des Motorgetriebes montiert. Laser-Phasenwinkelsensor 2 wurde auch auf dem Getriebedeckel angebracht und auf die reflektierende Markierung an einem der Propellerblätter ausgerichtet.

Die analogen Signale der Sensoren wurden über Kabel an die Messeinheit des Geräts "Balanset-1" übertragen, wo eine digitale Vorverarbeitung stattfand. Diese digitalen Signale wurden anschließend in den Computer eingespeist, wo eine Softwareverarbeitung durchgeführt und die Masse und der Winkel des Korrekturgewichts zur Kompensation der Propellerunwucht berechnet wurden.

Messschema zum Auswuchten des Yak-52-Propellers
Abb. 2.1. Messschema zum Auswuchten des Yak-52-Propellers.
Zk — Hauptzahnrad; Zs — Satelliten; Zn — stationäres Zahnrad.

Im Zuge dieser Arbeiten wurden unter Berücksichtigung der Erfahrungen beim Auswuchten der Propeller der Su-29 und der Yak-52 eine Reihe weiterer Untersuchungen durchgeführt:

  • Bestimmung der Eigenfrequenzen der Motor- und Propellerschwingungen der Yak-52;
  • Messung der Schwingungsamplitude und der spektralen Zusammensetzung in der Kabine des zweiten Piloten während des Fluges nach dem Auswuchten der Propeller;
  • Messung der Vibrationen nach dem Auswuchten des Propellers und nach dem Einstellen der Anzugskraft der Motorstoßdämpfer.

2.2. Eigenfrequenzen der Motor- und Propellerschwingungen

Die Eigenfrequenzen der Triebwerksschwingungen, die an Stoßdämpfern im Flugzeugrumpf montiert sind, wurden mittels eines Spektrumanalysators AD-3527 von A&D (Japan) durch Stoßanregung ermittelt.

Im Spektrum der natürlichen Schwingungen der Motoraufhängung der Yak-52 (Abb. 2.2) wurden vier Hauptfrequenzen identifiziert: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz.

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

Die Frequenzen 74 Hz, 94 Hz und 120 Hz hängen wahrscheinlich mit den Eigenschaften der Triebwerksaufhängung am Flugzeugrumpf zusammen. Die Frequenz 20 Hz ist höchstwahrscheinlich auf die natürlichen Schwingungen des Flugzeugs auf seinem Fahrwerk zurückzuführen.

Mithilfe der Stoßanregungsmethode wurden auch die Eigenfrequenzen der Propellerblätter ermittelt. Dabei wurden vier Hauptfrequenzen identifiziert: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz und 134 Hz.

Die Daten zu den Eigenfrequenzen der Triebwerksaufhängung und der Propellerblätter sind vor allem für die Wahl der Propellerdrehzahl beim Auswuchten von Bedeutung. Die wichtigste Bedingung bei der Wahl dieser Frequenz ist eine maximale Abweichung von den Eigenfrequenzen der Flugzeugstruktur, da bei Resonanzfrequenzen die Genauigkeit und Wiederholbarkeit von Schwingungsmessungen erheblich beeinträchtigt werden können.

Darüber hinaus kann die Kenntnis der Eigenfrequenzen einzelner Komponenten hilfreich sein, um die Ursachen für plötzliche Anstiege der Vibrationen (Resonanzphänomene) bei verschiedenen Motordrehzahlen zu ermitteln, die während des Flugbetriebs auftreten können.

2.3. Auswuchtergebnisse

Wie bereits erwähnt, wurde die Propellerwuchtung in einer Ebene durchgeführt, wodurch das Kräfteungleichgewicht des Propellers dynamisch kompensiert wurde.

Eine dynamische Auswuchtung in zwei Ebenen (die zusätzlich ein Momentenungleichgewicht ausgleichen würde) war nicht möglich, da die Propellerkonstruktion der Yak-52 nur eine Korrekturebene zulässt.

Die Auswuchtung erfolgte bei einer Rotationsfrequenz von 1150 U/min (60%), bei der die stabilsten Schwingungsmessungen sowohl in Amplitude als auch in Phase von Lauf zu Lauf erzielt wurden.

Es wurde das klassische "Zwei-Lauf"-Schema verwendet:

  1. Im ersten Durchlauf wurden Amplitude und Phase der Schwingung bei der Propellerrotationsfrequenz im Ausgangszustand ermittelt.
  2. Im zweiten Durchlauf wurden Amplitude und Phase der Schwingung nach Anbringen einer Testmasse von 7 g am Propeller ermittelt.
  3. Auf Basis dieser Daten berechnete die Software: Korrekturmasse M = 19,5 g unter einem Winkel F = 32°.

Aufgrund der Konstruktionsmerkmale des Propellers, die die Anbringung des Korrekturgewichts im erforderlichen Winkel von 32° nicht zuließen, wurden zwei gleichwertige Gewichte angebracht:

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

Ergebnis: Nach dem Einbau der Korrekturgewichte verringerte sich die Vibration bei 1150 U/min von 10,2 mm/s Zu 4,2 mm/s. Die tatsächliche Unwucht verringerte sich von 2340 g·mm auf 963 g·mm.

2.4. Vibrationen in anderen Betriebsarten

Die Ergebnisse der Schwingungsprüfungen in anderen Motorbetriebsarten während der Bodentests sind in Tabelle 2.1 dargestellt. Wie ersichtlich, wirkte sich die Auswuchtung positiv auf die Schwingungen der Yak-52 in allen Betriebsarten aus.

Tabelle 2.1. Bodenprüfungsschwingungen nach dem Auswuchten
#Leistung, %DrehzahlEffektivwert der Schwingungsgeschwindigkeit, mm/s
16011534.2
26512572.6
37013452.1
48215721.25

Darüber hinaus wurde bei Bodentests ein deutlicher Trend zu erheblicher Vibrationsreduzierung mit steigender Propellerdrehzahl festgestellt. Dies lässt sich durch eine stärkere Abweichung der Propellerdrehzahl von der Eigenfrequenz des Flugzeugs am Chassis (vermutlich 20 Hz) erklären, die bei höheren Drehzahlen auftritt.

2.5. Vibrationen im Flug vor und nach der Stoßdämpfereinstellung

Zusätzlich zu den Bodenschwingungstests nach der Propellerwuchtung (Abschnitt 2.3) wurden auch Schwingungsmessungen der Yak-52 im Flug durchgeführt.

Die Vibrationen im Flug wurden in der Kabine des zweiten Piloten in vertikaler Richtung mit einem tragbaren Spektrumanalysator AD-3527 der Firma A&D (Japan) im Frequenzbereich von 5 bis 200 (500) Hz gemessen. Die Messungen erfolgten bei fünf Haupttriebwerksdrehzahlen: 60%, 65%, 70%, 82% und 94% (maximale Drehzahl).

Die vor der Einstellung der Stoßdämpfer erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2.2 dargestellt.

Tabelle 2.2. Komponenten des Schwingungsspektrums im Flug (vor der Dämpfereinstellung)
# Propellergeschwindigkeit Komponenten des Schwingungsspektrums,
Frequenz (CPM) / Amplitude (mm/sec)
VΣ,
mm/s
%Drehzahl Vp1 Vn Vc1 Vp2 Vc2 VS. 4 Vc3 VS. 5
1601155 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
2651244 1244
3.5
1680
1.2
1890
2.1
2488
1.2
3780
4.1
4976
0.4
5670
1.2
6.2
3701342 1342
2.8
1860
0.4
2040
3.2
2684
0.4
4080
2.9
5369
2.3
5.0
4821580 1580
4.7
2160
2.9
2400
1.1
3160
0.4
4800
12.5
13.7
5941830 1830
2.2
2484
3.4
2760
1.7
3660
2.8
5520
15.8
7320
3.7
17.1

Vp = Propellerharmonische (1., 2., 4., 5.)   Vn = Kompressor-/Frequenzsensor   Vc1, Vc2, Vc3 = Kurbelwelle 1., 2., 3. Oberer Wert = Frequenz (CPM), unterer Wert = Amplitude (mm/sec).

Schwingungsspektrum in der Yak-52-Kabine im 60%-Modus
Abb. 2.3. Schwingungsspektrum im 60%-Modus
Schwingungsspektrum in der Yak-52-Kabine im 94%-Modus
Abb. 2.4. Schwingungsspektrum im 94%-Modus

Wie aus Tabelle 2.2 ersichtlich, treten die Hauptschwingungskomponenten bei der Propellerrotationsfrequenz V auf.p1, die Kurbelwellenfrequenz Vc1, der Luftkompressor (und/oder Frequenzsensor) Antrieb Vn, und deren höheren Harmonischen.

Maximale Gesamtvibration VΣ wurde bei den Moden 82% (1580 U/min) und 94% (1830 U/min) festgestellt. Die dominante Komponente tritt bei diesen Moden bei der zweiten Harmonischen der Kurbelwellenrotationsfrequenz V auf.c2, wobei Geschwindigkeiten von 12,5 mm/sec bei 4800 Zyklen/min und 15,8 mm/sec bei 5520 Zyklen/min erreicht werden.

Es kann angenommen werden, dass diese Komponente mit der Kolbengruppe zusammenhängt (Stoßprozesse, die bei der doppelten Kolbenbewegung pro Kurbelwellenumdrehung auftreten). Der starke Anstieg bei den Betriebsmodi 82% (erster Nennbetrieb) und 94% (Anfahrbetrieb) wird höchstwahrscheinlich nicht durch Defekte der Kolbengruppe, sondern durch Resonanzschwingungen des Motors an seinen Stoßdämpfern verursacht. Diese Schlussfolgerung wird durch die Eigenfrequenzmessungen gestützt, die Motoraufhängungsfrequenzen von 74 Hz (4440 Hz), 94 Hz (5640 Hz) und 120 Hz (7200 Hz) ergaben. Zwei dieser Frequenzen – 74 Hz und 94 Hz – liegen nahe an den zweiten Kurbelwellenharmonischen im ersten Nennbetrieb und im Anfahrbetrieb.

Aufgrund der signifikanten Vibrationen, die bei V festgestellt wurdenc2, Die Anzugskraft der Motorstoßdämpfer wurde überprüft und angepasst. Die Vergleichsergebnisse sind in Tabelle 2.3 dargestellt.

Tabelle 2.3. Vibrationen vor und nach der Stoßdämpfereinstellung
#% Drehzahl
(vorher / nachher)
Vp1 Vc2
VorNachVorNach
1601155 / 1140 1155
4.4
1140
3.3
3510
3.0
3480
3.6
2651244 / 1260 1244
3.5
1260
3.5
3780
4.1
3840
4.3
3701342 / 1350 1342
2.8
1350
3.3
4080
2.9
4080
1.2
4821580 / 1590 1580
4.7
1590
4.2
4800
12.5
4830
16.7
5941830 / 1860 1830
2.2
1860
2.7
5520
15.8
5640
15.2

Oberer Wert = Frequenz (CPM), unterer Wert = Amplitude (mm/sec).

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

Es sollte außerdem beachtet werden, dass die Propellerunwuchtkomponente Vp1 Bei den Moden 82% und 94% ist der Wert jeweils 3–7 Mal niedriger als V.c2 in diesen Modi. In anderen Flugmodi, Vp1 Die Werte liegen zwischen 2,8 und 4,4 mm/sec, und die Änderungen zwischen den Moden werden hauptsächlich nicht durch die Qualität der Auswuchtung, sondern durch den Grad der Verstimmung von den Eigenfrequenzen der Strukturbauteile des Flugzeugs bestimmt.

2.6. Schlussfolgerungen

2.6.1.

Durch das Auswuchten des Propellers der Yak-52 bei einer Drehzahl von 1150 U/min (60%) konnte die Vibration bei dieser Drehzahl von 10,2 mm/s auf 4,2 mm/s reduziert werden. Unter Berücksichtigung der Erfahrungen, die beim Auswuchten von Propellern der Yak-52 und der Su-29 mit dem Gerät "Balanset-1" gesammelt wurden, besteht die realistische Möglichkeit, die Vibration weiter zu reduzieren – insbesondere durch die Wahl einer höheren Drehzahl beim Auswuchten. Dies würde eine stärkere Abweichung von der Eigenfrequenz der Flugzeugschwingungen bei 20 Hz (1200 Hz) ermöglichen, die bei den Messungen ermittelt wurde.

2.6.2.

Wie die Flugschwingungstests zeigen (siehe Tabellen 2.2 und 2.3), enthalten die Schwingungsspektren des Flugzeugs Yak-52 neben der Schwingung bei der Propellerrotationsfrequenz V auch die Schwingung bei der Propellerrotationsfrequenz V.p1, mehrere andere wichtige Komponenten – die mit der Kurbelwelle V in Verbindung stehenc1, Vc2, Vc3, die Kolbengruppe des Motors und den Luftkompressorantrieb (und/oder Frequenzsensor) Vn.

Bei den Drehzahlmodi 60%, 65% und 70% sind diese Komponenten in ihrer Größenordnung mit der Propellerunwuchtkomponente V vergleichbar.p1. Folglich würde selbst eine vollständige Beseitigung der durch Propellerunwucht verursachten Vibrationen eine Reduzierung der Gesamtvibrationen des Flugzeugs in diesen Schwingungsmoden um höchstens etwa das 1,5-fache ermöglichen.

2.6.3.

Maximale Gesamtvibration VΣ Die Schwingungen des Flugzeugs Yak-52 wurden bei den Drehzahlmoden 82% (1580 U/min des Propellers) und 94% (1830 U/min des Propellers) festgestellt. Die dominante Komponente dieser Schwingung tritt bei der zweiten Harmonischen der Kurbelwellenrotationsfrequenz V auf.c2, Bei Frequenzen von 4800 Zyklen/min bzw. 5520 Zyklen/min erreicht sie Werte von 12,5 mm/sec bzw. 15,8 mm/sec.

Wie in den Abschnitten 2.5 und 2.2 gezeigt, ist der starke Anstieg dieser Komponente bei den genannten Betriebsarten höchstwahrscheinlich nicht auf Defekte der Kolbengruppe, sondern auf Resonanzschwingungen des Motors an seinen Stoßdämpfern zurückzuführen. Die während der Versuche vorgenommene Anpassung der Anzugskraft der Stoßdämpfer führte zu keinen signifikanten Änderungen der Schwingungspegel.

Diese Situation kann vermutlich als Konstruktionsfehler betrachtet werden (konstruktiver Ansatz) der Flugzeugentwickler, die während der Auswahl des Triebwerksaufhängungssystems im Flugzeugrumpf zugelassen wurden.

2.6.4.

Die während der Propellerwuchtung und der zusätzlich durchgeführten Schwingungsprüfungen gewonnenen Daten legen nahe, dass die periodische Schwingungsüberwachung für die Diagnose des technischen Zustands des Flugzeugtriebwerks nützlich sein kann, einschließlich der Beurteilung des Zustands der Kolbengruppe, der Kurbelwelle, der Motorlager und des Luftkompressorantriebs.

Solche Arbeiten können beispielsweise mit dem Gerät "Balanset-1" (derzeit produziert als …) durchgeführt werden. Balanset-1A), in deren Software die Funktion der spektralen Schwingungsanalyse implementiert ist.


3. Auswuchten des MTV-9-KC/CL 260-27 Propellers und Schwingungsuntersuchung der Su-29

3.1. Einleitung

Am 15. Juni 2014 wurden Arbeiten zur Auswuchtung des dreiblättrigen Propellers vom Typ MTV-9-KC/CL 260-27 durchgeführt, der am M-14P-Flugtriebwerk des Kunstflugzeugs Su-29 installiert ist.

Nach Angaben des Herstellers (MT-Propeller) wurde der betreffende Propeller vorläufig statisch ausgewuchtet, was durch das Vorhandensein eines im Werk angebrachten Korrekturgewichts in Ebene 1 des Propellers belegt wird.

Die Auswuchtung des Propellers, der direkt auf der Abtriebswelle des Su-29-Getriebes (d. h. an seinem festen Einbauort) montiert war, erfolgte mit dem Schwingungsauswuchtsatz "Balanset-1", Seriennummer 149.

Das Messschema (Abb. 3.1) war im Allgemeinen dem für die Yak-52 verwendeten ähnlich. Vibrationssensor (Beschleunigungsmesser) 1 wurde mittels einer Magnethalterung an einem speziell entwickelten Halter am Motorgetriebegehäuse montiert. Laser-Phasenwinkelsensor 2 Auch dieses Gerät war am Getriebegehäuse montiert und auf die reflektierende Markierung an einem der Propellerblätter ausgerichtet. Die analogen Signale der Sensoren wurden über Kabel an die Messeinheit des Geräts "Balanset-1" übertragen, wo eine erste digitale Verarbeitung stattfand. Anschließend wurden die digitalen Signale in den Computer eingespeist, wo eine Softwareverarbeitung durchgeführt und die Masse und der Winkel des Korrekturgewichts zur Kompensation der Propellerunwucht berechnet wurden.

Messschema zum Auswuchten des Su-29-Propellers
Abb. 3.1. Messschema zum Auswuchten des Su-29-Propellers.
Zk — Hauptzahnrad; Zc — Satelliten; Zn — stationäres Zahnrad.

Vor Beginn dieser Arbeiten und unter Berücksichtigung der Erfahrungen beim Auswuchten des Yak-52-Propellers wurden zusätzliche Untersuchungen durchgeführt:

  • Bestimmung der Eigenfrequenzen der Triebwerks- und Propellerschwingungen der Su-29;
  • Überprüfung der Stärke und spektralen Zusammensetzung der Grundschwingungen in der Kabine des zweiten Piloten vor dem Auswuchten.

3.2. Eigenfrequenzen der Motor- und Propellerschwingungen

Unter Verwendung der gleichen Anregungsmethode mit dem Analysator AD-3527 wurden sechs Hauptfrequenzen im Motoraufhängungsspektrum identifiziert (Abb. 3.2): 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz.

Eigenfrequenzen der Motoraufhängung der Su-29
Abb. 3.2. Spektrum der Eigenfrequenzen der Motoraufhängung der Su-29.

Die Frequenzen 66 Hz, 88 Hz und 120 Hz stehen vermutlich in direktem Zusammenhang mit den Besonderheiten der Triebwerksaufhängung im Flugzeugrumpf. Die Frequenzen 16 Hz und 22 Hz sind höchstwahrscheinlich auf die Eigenschwingungen des Flugzeugs auf seinem Fahrgestell zurückzuführen. Die Frequenz von 37 Hz hängt vermutlich mit der Eigenfrequenz der Propellerblätter zusammen.

Diese letzte Annahme wird durch die Ergebnisse von Messungen der Eigenfrequenzen der Schwingungen der Propellerblätter (Abb. 3.3) bestätigt, in deren Spektrum drei Hauptfrequenzen identifiziert wurden: 37 Hz, 100 Hz und 174 Hz.

Eigenfrequenzen der Su-29-Propellerblätter
Abb. 3.3. Spektrum der Eigenfrequenzen der Su-29-Propellerblätter

Die Kenntnis der Eigenfrequenzen der Triebwerksaufhängung und der Propellerblätter der Su-29 ist von erheblicher praktischer Bedeutung. Erstens ermöglicht sie die gezielte Auswahl der Propellerdrehzahl für den Auswuchtvorgang und gewährleistet so eine maximale Entstimmung von den Strukturresonanzen des Flugzeugs. Zweitens bildet sie die notwendige Grundlage für die korrekte Interpretation und Diagnose von Schwingungsursachen, die in verschiedenen Triebwerksbetriebsarten auftreten, wie in den folgenden Abschnitten dieses Berichts gezeigt wird.

3.3. Ausgangsvibration der Kabine vor dem Auswuchten

Vor dem Auswuchten wurden die Schwingungspegel im zweiten Cockpit der Su-29 gemessen. Wie bei der Yak-52 wurden die Schwingungen vertikal mit dem tragbaren Spektrumanalysator AD-3527 von A&D (Japan) im Frequenzbereich von 5 bis 200 Hz gemessen. Die Messungen erfolgten bei vier Haupttriebwerksdrehzahlen, entsprechend 60%, 65%, 70% und 82% der maximalen Propellerdrehzahl.

Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Tabelle 3.1 dargestellt.

Tabelle 3.1. Komponenten des Schwingungsspektrums vor dem Auswuchten (Su-29)
# Propellergeschwindigkeit Komponenten des Schwingungsspektrums,
Frequenz (CPM) / Amplitude (mm/sec)
VΣ,
mm/s
%Drehzahl Vp1 Vn Vc1 VS. 3 Vc2 VS. 4 Vc3 V?
1601150 1150
5.4
1560
2.6
1740
2.0
3450 3480
4.2
6120
2.8
8.0
2651240 1240
5.7
1700
2.4
1890
1.3
3720 3780
8.6
10.6
3701320 1320
2.8
1800
2.5
2010
0.9
3960 4020
10.8
11.5
4821580 1580
3.2
2160
1.5
2400
3.0
4740 4800
8.5
9.7

Vp = Propellerharmonische (1., 3., 4.)   Vn = Kompressor-/Frequenzsensor   Vc1, Vc2 = Kurbelwelle 1., 2. V? = nicht identifizierte Komponente. Oberer Wert = Frequenz (CPM), unterer Wert = Amplitude (mm/sec).

Die Hauptschwingungskomponenten treten bei der Propellerrotationsfrequenz V auf.p1, Kurbelwelle Vc1, Kompressorantrieb Vn, und die zweite Kurbelwellenharmonische Vc2 (was im Fall des dreiblättrigen Propellers auch mit der Blattpassagefrequenz V übereinstimmen kann)S. 3).

Im 60%-Modusspektrum wurde außerdem eine nicht identifizierte Komponente bei 6120 Zyklen/min gefunden, die möglicherweise durch Resonanz bei etwa 100 Hz verursacht wurde – einer der Eigenfrequenzen des Propellerblatts.

Die maximale Gesamtschwingung (11,5 mm/s) wurde im Modus 70% festgestellt. Die dominante Komponente in diesem Modus ist V.c2 bei 4020 Zyklen/min, wobei 10,8 mm/sec erreicht werden. Dieser starke Anstieg bei 70% ist wahrscheinlich auf Resonanzschwingungen der Motoraufhängung nahe 67 Hz (4020 Zyklen/min) zurückzuführen.

Es ist außerdem zu beachten, dass die Schwingungen in diesem Frequenzbereich neben den Stoßanregungen der Kolbengruppe auch durch aerodynamische Kräfte bei der Blattpassierfrequenz des Propellers (V) beeinflusst werden können.S. 3Bei den Modi 65% und 82% ist ein deutlicher Anstieg von V zu verzeichnen.c2 (VS. 3Es wird auch eine Komponente beobachtet, die sich ebenfalls durch Resonanzschwingungen einzelner Flugzeugkomponenten erklären lässt.

Die Propellerunwuchtkomponente Vp1 Die Geschwindigkeiten lagen vor dem Ausgleich in den verschiedenen Betriebsmodi zwischen 2,4 und 5,7 mm/s und waren im Allgemeinen niedriger als V.c2 bei den entsprechenden Moden. Die Variation zwischen den Moden wird nicht nur durch die Qualität der Auswuchtung, sondern auch durch den Grad der Verstimmung von den Eigenfrequenzen der Strukturbauteile des Flugzeugs bestimmt.

3.4. Auswuchtergebnisse

Die Auswuchtung des Propellers erfolgte in einer Ebene bei einer Drehzahl von 1350 U/min mittels zweier Messreihen (klassische Methode der Einflusskoeffizienten). Das vollständige Auswuchtprotokoll ist in [Referenz einfügen] beschrieben. Anhang 1.

Der Bilanzierungsprozess umfasste folgende Schritte:

  1. Während des ersten Durchlaufs (Ausgangszustand) wurden Amplitude und Phase der Schwingung bei der Propellerrotationsfrequenz ermittelt.
  2. Im zweiten Durchlauf wurden Amplitude und Phase der Schwingung nach Anbringen einer Testmasse mit bekanntem Gewicht am Propeller ermittelt.
  3. Auf Basis dieser Messergebnisse berechnete die Software die Masse und den Einbauwinkel des Korrekturgewichts in Ebene 1, das zur Kompensation der Propellerunwucht erforderlich ist.

Ergebnis: Nach dem Einbau des Korrekturgewichts 40,9 g, die Vibration nahm ab von 6,7 mm/s Zu 1,5 mm/s. Bei anderen Drehzahlen blieben die durch Propellerunwucht bedingten Vibrationen innerhalb 1–2,5 mm/s.

Die Überprüfung der Auswuchtqualität im Flug konnte aufgrund einer versehentlichen Beschädigung des Propellers während eines Trainingsfluges nicht durchgeführt werden.

Deutliche Abweichung von der Werksauswuchtung. Es ist zu beachten, dass das Ergebnis der Feldwuchtung erheblich vom Ergebnis der Wuchtung im Werk abweicht:

  • Die Vibration bei der Propellerdrehzahl wurde nach dem Auswuchten vor Ort am endgültigen Einbauort (an der Abtriebswelle des Su-29-Getriebes) im Vergleich zum Ausgangszustand (d. h. im Vergleich zum werkseitig ausgewuchteten Zustand) um mehr als das Vierfache reduziert.;
  • Das beim Auswuchten vor Ort installierte Korrekturgewicht wurde um etwa 130° im Verhältnis zum im Werk installierten Korrekturgewicht (MT-Propeller).

Das im Werk installierte Korrekturgewicht war nicht entfernt vom Propeller während der zusätzlichen Feldauswuchtung.

Die Gründe für die angegebene Diskrepanz könnten folgende sein:

  • Fehler des Messsystems des Auswuchtstands im Produktionswerk (diese Ursache erscheint am unwahrscheinlichsten);
  • geometrische Fehler (Ungenauigkeiten) der Montageflächen der Spindel der Auswuchtmaschine im Fertigungswerk, die einen Radialschlag des Propellers auf der Spindel verursachen;
  • Geometrische Fehler (Ungenauigkeiten) der Montageflächen der Abtriebswelle des Getriebes am Flugzeug Su-29, die einen Radialschlag des Propellers beim Einbau auf die Getriebewelle verursachen.

3.5. Schlussfolgerungen

3.5.1.

Durch das Auswuchten des Propellers der Su-29 in einer Ebene bei einer Propellerdrehzahl von 1350 U/min (70%) konnte die Vibration bei dieser Drehzahl von 6,7 mm/s im Ausgangszustand auf 1,5 mm/s nach dem Auswuchten reduziert werden. Auch die durch die Propellerunwucht bedingten Vibrationen in anderen Drehzahlbereichen des Triebwerks verringerten sich deutlich und lagen im Bereich von 1–2,5 mm/s.

3.5.2.

Um die Gründe für die unbefriedigenden Ergebnisse der Propellerwuchtung im Werk (MT-Propeller) zu klären, ist es notwendig, den Radialschlag des Propellers auf der Abtriebswelle des Motorgetriebes des Flugzeugs Su-29 zu überprüfen.


Anhang 1: Ausgleichsprotokoll

AUSGLEICHSPROTOKOLL

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

1. Kunde: VD Chvokov

2. Installationsort: Abtriebswelle des Su-29-Getriebes

3. Propellertyp: MTV-9-KC/CL 260-27

4. Ausgleichsmethode: Vor Ort montiert (in eigenen Lagern), eine Ebene

5. Drehzahlausgleich: 1350

6. Ausgleichsvorrichtung: "Balanset-1", Seriennr. 149, Vibromera

7. Verwendete Standards: ISO 1940-1 — Anforderungen an die Auswuchtqualität starrer Rotoren.

8. Datum: 15.06.2014

9. Zusammenfassung der Bilanzierungsergebnisse:

#MessungSchwingung, mm/sUnwucht, g·mm
1Vor dem Ausgleichen *6.76135
2Nach dem Ausgleich1.51350
ISO 1940 Toleranz für Klasse G 6.31500

* Die Auswuchtung erfolgte mit dem werkseitig installierten Korrekturgewicht am Propeller.

10. Ergebnisse:

10.1. Die Restschwingung (Unwucht) nach dem Auswuchten des Propellers auf der Abtriebswelle des Su-29-Getriebes wurde im Vergleich zum Ausgangszustand um mehr als das Vierfache reduziert.

10.2. Die Parameter des Korrekturgewichts (Masse, Winkel) weichen deutlich von den werkseitig verbauten Werten (MT-Propeller) ab. Ein zusätzliches Korrekturgewicht von 40,9 g wurde angebracht und um 130° gegenüber dem Werksgewicht versetzt. Das Werksgewicht wurde nicht entfernt.

Um die genaue Ursache zu ermitteln, ist Folgendes erforderlich:

  • Überprüfen Sie das Messsystem und die geometrische Genauigkeit der Spindelbefestigung auf der Auswuchtmaschine des Herstellers;
  • Überprüfen Sie den Rundlauf des Propellers auf der Abtriebswelle des Su-29-Getriebes.

Vollstrecker:

Leitender Spezialist, Vibromera
V.D. Feldman

Häufig gestellte Fragen

Was ist Feldpropellerauswuchtung und warum ist sie wichtig?

Die Propellerwuchtung im Feld erfolgt mit montiertem Propeller im laufenden Betrieb. Im Gegensatz zur statischen Werkswuchtung (außerhalb des Flugzeugs) berücksichtigt sie die tatsächlichen Einbaubedingungen: Getriebetoleranzen, Montagegeometrie und das gesamte dynamische System des Flugzeugs. Im Fall unserer Su-29 lag das im Feld erforderliche Korrekturgewicht um 130° gegenüber dem werkseitig installierten Gewicht – ein Beweis dafür, dass die Werkswuchtung allein für optimale Ergebnisse möglicherweise nicht ausreicht.

Welche Ausrüstung wird zum Auswuchten von Flugzeugpropellern benötigt?

Das Balanset-1A-Auswuchtset umfasst einen Vibrationssensor (Beschleunigungsmesser), einen Laser-Phasenwinkelsensor (Drehzahlmesser), eine USB-Schnittstelle zur digitalen Signalverarbeitung und einen Computer mit Auswuchtsoftware. Die Sensoren werden mithilfe eines Magnetständers und einer Halterung am Motor-Getriebegehäuse befestigt. Eine Markierung aus reflektierendem Klebeband auf einem Propellerblatt dient als Phasenreferenz.

Wie wird die Ausgleichsdrehzahl ausgewählt?

Die Rotationsfrequenz für die Auswuchtung muss eine maximale Abweichung von den Eigenfrequenzen der Flugzeugstrukturelemente (Triebwerksaufhängung, Propellerblätter, Flugzeug auf dem Fahrgestell) gewährleisten. Darüber hinaus sollte die gewählte Drehzahl stabile Schwingungsamplituden- und Phasenmessungen von Lauf zu Lauf liefern. Für die Yak-52 wurden 1150 U/min (60%) gewählt, für die Su-29 1350 U/min (70%).

Welche Vibrationswerte sind nach dem Auswuchten akzeptabel?

Gemäß ISO 1940 für Klasse G 6.3 darf die Restunwucht 1500 g·mm nicht überschreiten. In der Praxis ergeben sich gute Ergebnisse bei einer Schwingungsamplitude unter 2,5 mm/s (Effektivwert) bei der Propellerdrehzahl. Bei der Su-29 wurde durch Auswuchten eine Schwingungsamplitude von 1,5 mm/s bei einer Restunwucht von 1350 g·mm erreicht – innerhalb der ISO-Toleranz.

Kann die Propellerwuchtung alle Flugzeugvibrationen beseitigen?

Nein. Das Schwingungsspektrum eines Kolbenflugzeugs setzt sich aus Komponenten der Kurbelwelle, der Kolbengruppe, des Luftverdichterantriebs und Strukturresonanzen zusammen. Unsere Analyse der Yak-52 zeigte, dass selbst die vollständige Beseitigung der Propellerunwucht die Gesamtschwingung in den meisten Betriebsmodi um maximal das 1,5-Fache reduzieren würde. In den Betriebsmodi 82% und 94% dominierte die zweite Kurbelwellenharmonische die Gesamtschwingung um den Faktor 3–7 gegenüber der Propellerkomponente.

Wie oft sollten Flugzeugpropeller ausgewuchtet werden?

Propeller sollten bei größeren Inspektionen, nach Reparaturen oder Beschädigungen sowie bei übermäßigen Vibrationen ausgewuchtet werden. Kunstflugzeuge benötigen aufgrund der höheren Belastung möglicherweise häufigere Auswuchtungen. Die regelmäßige Schwingungsüberwachung mittels Spektralanalyse (verfügbar in der Software Balanset-1A) dient auch als Diagnoseinstrument zur Beurteilung des Triebwerkszustands.

Welche Balanset-Modelle sind für die Propellerwuchtung erhältlich?

Vibromera bietet verschiedene Modelle an, die sich zum Auswuchten von Propellern und Rotoren eignen: die Balanset-1A (€1.975) ist ein in dieser Studie verwendetes tragbares Zweikanalsystem; Balanset-1A OEM (€1,735) is an integration-ready version for workshops and maintenance organizations; the Balanset-4 Das Vierkanalsystem (6.803 €) eignet sich für komplexe Auswuchtaufgaben in mehreren Ebenen. Alle Modelle verfügen über eine spektrale Schwingungsanalysefunktion und werden mit Schwingungssensoren, Laser-Drehzahlmesser, magnetischer Montagevorrichtung und PC-Software geliefert.

Kann Vibromera die Propellerwuchtung vor Ort als Dienstleistung anbieten?

Ja. Vibromera stellt nicht nur Auswuchtmaschinen her und vertreibt diese, sondern bietet auch Auswuchtdienstleistungen vor Ort für rotierende Maschinen an. Für Unternehmen, die keine eigene Auswuchtausrüstung benötigen, oder für komplexe Einmalprojekte können die Spezialisten von Vibromera dynamische Auswuchtungen direkt vor Ort mit den in diesem Bericht beschriebenen Balanset-Instrumenten durchführen. Serviceanfragen richten Sie bitte an [Kontaktinformationen einfügen]. Kontaktseite.