1. D. Feldman

Cheftechniker der OU Vibromera

 

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

 

Auswuchten des Propellers des Flugzeugs in der Feldumgebung

 "Der Propeller ist der Treiber des Flugzeugs,

und ausgleichen kann es nur ein Streber"

 

 

  1. Die Ergebnisse des Auswuchtens des Propellers MTV-9-K-C/CL 260-27 und der Schwingungsprüfung des Kunstflugzeugs SU-29

3.1. Einleitung

Am 15. Juni 2014 haben wir den Dreiblattpropeller MTV-9-K-C/CL 260-27 des M-14P-Triebwerks des Kunstflugzeugs SU-29 ausgewuchtet.

Nach Angaben des Herstellers war der angegebene Propeller voreingewuchtet, was durch den Propeller in der Ebene 1 des im Herstellerwerk eingestellten Ausgleichsgewichts belegt wird.

Der direkt auf der SU-29 montierte Propeller wurde mit dem Balanset-1-Schwingungswuchtset, Werk Nr. 149, ausgewuchtet.

Das beim Auswuchten verwendete Messschema ist in Abbildung 3.1 dargestellt.

Während des Auswuchtvorgangs wird der Schwingungssensor (Beschleunigungsmesser) 1 wurde mit einem Magneten auf einer speziellen Halterung am Getriebegehäuse des Motors befestigt.

Der Lasersensor für den Phasenwinkel 2 war ebenfalls am Getriebegehäuse angebracht und wurde von einem reflektierenden Schild an einem der Propellerblätter geführt.

Die analogen Signale der Sensoren wurden über Kabel an die Messeinheit des Balanset-1 übertragen, in der die digitale Vorverarbeitung stattfand.

Außerdem wurden diese Signale in digitaler Form an den Computer übertragen, der sie verarbeitete und die Masse und den Einbauwinkel des Ausgleichsgewichts berechnete, das zum Ausgleich der Unwucht am Propeller erforderlich ist.

Auswuchten des Propellers

Abb. 3.1 Messschema für den Auswuchtpropeller der SU-29

Zk - Hauptzahnrad mit 75 Zähnen;

Zс - Zahnradsatelliten in der Anzahl von 6 Stück mit 18 Zähnen;

Zn - festes Zahnrad mit 39 Zähnen.

Im Laufe dieser Arbeit haben wir unter Berücksichtigung der Erfahrungen mit dem Auswuchten der Propeller von YAK-52 eine Reihe zusätzlicher Untersuchungen durchgeführt, unter anderem:

  • Bestimmung der Eigenfrequenzen der Schwingungen von Motor und Propeller der SU-29;
  • Untersuchung des Wertes und der spektralen Zusammensetzung der Ausgangsvibrationen im Cockpit des Copiloten vor dem Auswuchten;

 

3.2. Die Ergebnisse der Studien zu den Eigenfrequenzen von Motor und Propeller.

Die Eigenfrequenzen des auf den Dämpfern im Flugzeugrumpf montierten Triebwerks wurden mit dem Spektrumanalysator AD-3527, f. A @ D, (Japan), durch Stoßanregung der Triebwerksschwingungen ermittelt.

Wir ermittelten sechs Hauptfrequenzen, nämlich: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz (siehe Abbildung 3.2.) im Spektrum der Eigenschwingungen der Motoraufhängung.

 

 

Abb. 3.2 Spektrum der Eigenschwingungsfrequenzen der Motoraufhängung des SU-29

Die Frequenzen von 66 Hz, 88 Hz und 120 Hz stehen wahrscheinlich in direktem Zusammenhang mit der Aufhängung des Triebwerks am Flugzeugrumpf.

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

Die Frequenz von 37 Hz hängt wahrscheinlich mit der Eigenschwingungsfrequenz des Propellerblatts des Flugzeugs zusammen.

Die letztgenannte Annahme wird durch die Ergebnisse der Überprüfung der Eigenschwingungsfrequenzen des Propellers bestätigt, die ebenfalls mit der Stoßanregungsmethode ermittelt wurden.

Im Spektrum der Eigenschwingungen des Propellerblatts (siehe Abb. 3.3) haben wir drei Hauptfrequenzen festgestellt, nämlich: 37 Hz, 100 Hz und 174 Hz.

 

Abb. 3.3 Spektrum der natürlichen Schwingungsfrequenzen der Propellerblätter der SU-29

Die Daten über die Eigenschwingungsfrequenzen des Propellerblatts und des Triebwerks der SU-29 können bei der Wahl der Drehgeschwindigkeit des beim Auswuchten verwendeten Propellers von größter Bedeutung sein. Die Hauptbedingung für die Wahl dieser Frequenz ist die Gewährleistung ihrer größtmöglichen Abweichung von den Eigenschwingungsfrequenzen der Strukturelemente des Flugzeugs.

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

 

3.3. Vibrationsprüfung im Cockpit des Co-Piloten der SU-29 am Boden vor dem Auswuchten

Wir haben die anfänglichen Vibrationen der SU-29, die vor dem Auswuchten des Propellers festgestellt wurden, im Cockpit des Co-Piloten gemessen in vertikaler Richtung mit einem tragbaren Schwingungsspektrumanalysator AD-3527 f.A@D (Japan) im Frequenzbereich von 5 bis 200 Hz.

Die Messungen wurden bei vier Hauptmotordrehzahlen durchgeführt, die 60%, 65%, 70% und 82% der Höchstdrehzahl entsprechen.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 3.1 dargestellt.

Wie aus Tabelle 2.1 hervorgeht, manifestieren sich die Hauptkomponenten der Schwingungen bei den Drehzahlen des Propellers Vv1, der Motorkurbelwelle Vk1 und des Kompressorantriebs (und/oder des Frequenzsensors) Vn sowie der 2und Oberschwingung der Kurbelwelle Vk2 und möglicherweise die 3rd (Blatt-)Propellerharmonische Vv3, die in ihrer Frequenz der zweiten Harmonischen der Kurbelwelle nahe kommt.

Tabelle 3.1

Nein.PropellerdrehzahlKomponenten des Schwingungsspektrums,

Frequenz, Hz

Bereich, mm/s

   Vå,

mm/s

%Umdrehungen pro Minute
Vv1 VnVk1Vv3Vk2Vv4Vk3V?
   1   6011501150

  5.4

1560

  2.6

1740

  2.0

34503480

 4.2

  6120

  2.8

 

8.0

   2   6512401240

  5.7

1700

  2.4

1890

 1.3

37203780

 8.6

    

    10.6

   3   7013201320

  2.8

1800

  2.5

2010

  0.9

39604020

 10.8

    

    11.5

   4   8215801580

  3.2

2160

 1.5

2400

  3.0

47404800

  8.5

    

     9.7

 

Darüber hinaus haben wir im Schwingungsspektrum im 60%-Geschwindigkeitsmodus eine nicht mit dem berechneten Spektrum identifizierte Komponente bei einer Frequenz von 6.120 Zyklen/min festgestellt, die durch eine Resonanz bei einer Frequenz von etwa 100 Hz eines der Strukturelemente des Flugzeugs verursacht werden kann. Ein solches Element kann zum Beispiel ein Propeller mit einer Eigenfrequenz von 100 Hz sein.

Die maximale Gesamtschwingung des Flugzeugs Vå, die 11,5 mm/sec erreichte, wurde im Geschwindigkeitsmodus 70% festgestellt.

Die Hauptkomponente der Gesamtschwingung in diesem Modus manifestiert sich an der 2und Oberschwingung (4 020 Zyklen/min) der Kurbelwellendrehzahl Vk2 des Motors und ist gleich 10,8 mm/s.

Es kann davon ausgegangen werden, dass diese Komponente mit dem Betrieb der Kolbengruppe des Motors zusammenhängt (Stoßvorgänge, wenn die Kolben während einer Kurbelwellenumdrehung zweimal neu positioniert werden).

Der starke Anstieg dieser Komponente in der Betriebsart 70% ist wahrscheinlich auf die Resonanzschwingungen eines der Strukturelemente des Flugzeugs (Triebwerksaufhängung im Flugzeugrumpf) mit einer Frequenz von 67 Hz (4.020 Zyklen/min) zurückzuführen.

Es ist zu beachten, dass zusätzlich zu den Stoßerregungen, die mit dem Betrieb der Kolbengruppe verbunden sind, der Wert der Schwingung in der gegebenen Frequenz durch die aerodynamische Kraft beeinflusst werden kann, die sich bei der Blattfrequenz des Propellers (Vv3) manifestiert.

Bei den Hochgeschwindigkeitsmodi von 65% und 82% beobachten wir auch einen deutlichen Anstieg der Komponente Vk2 (Vv3), was sich durch die Resonanzschwingungen einzelner Komponenten des Flugzeugs erklären lässt.

Die Amplitude der Spektralkomponente, die mit der Unwucht des Propellers zusammenhängt Vv1, die sich aus den Hauptgeschwindigkeitsmodi vor dem Auswuchten ergibt, liegt zwischen 2,4 und 5,7 mm/s, was im Allgemeinen niedriger ist als der Wert von Vk2 in den entsprechenden Modi.

Wie aus Tabelle 3.1 hervorgeht, werden die Veränderungen beim Übergang von einem Modus zum anderen nicht nur durch die Qualität des Auswuchtens, sondern auch durch den Grad der Abweichung der Propellerdrehfrequenz von den Eigenschwingungsfrequenzen der Strukturelemente des Flugzeugs bestimmt.

3.4. Ergebnisse des Ausgleichs.

Der Propeller wurde in der gleichen Ebene bei der Drehfrequenz ausgewuchtet. Durch dieses Auswuchten wird die Leistungsunwucht des Propellers in der Dynamik ausgeglichen.

Das Ausgleichsprotokoll ist im Folgenden aufgeführt Anhang 1.

Das Auswuchten erfolgte bei einer Propellerdrehzahl von 1.350 U/min und sah die Durchführung von zwei Messstarts vor.

Bei der ersten Inbetriebnahme wurden die Amplitude und die Phase der Schwingungen bei der Drehfrequenz des Propellers im Ausgangszustand bestimmt.

Bei der zweiten Inbetriebnahme wurden die Amplitude und die Phase der Schwingungen bei der Drehfrequenz des Propellers bestimmt, nachdem ein Testgewicht mit der angegebenen Masse am Propeller befestigt worden war.

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

Nachdem der berechnete Wert des Korrekturgewichts von 40,9 g am Propeller angebracht wurde, verringerte sich die Schwingung in diesem Geschwindigkeitsmodus von 6,7 mm/s im Ausgangszustand auf 1,5 mm/s nach dem Auswuchten.

Das mit der Unwucht des Propellers verbundene Schwingungsniveau in anderen Hochgeschwindigkeitsmodi ging ebenfalls zurück und lag nach dem Auswuchten im Bereich von 1 bis 2,5 mm/s.

Eine Untersuchung des Einflusses der Auswuchtqualität auf das Schwingungsniveau des Flugzeugs im Flug wurde nicht durchgeführt, da der Propeller bei einem der Trainingsflüge notgedrungen beschädigt wurde.

Es ist zu beachten, dass sich das Ergebnis der vorgeschriebenen Auswuchtung deutlich von dem Ergebnis der Auswuchtung im Herstellerwerk unterscheidet.

Im Besonderen:

  • Die Vibrationen werden um mehr als das Vierfache bei der Drehfrequenz des Propellers reduziert, nachdem er an einem festen Einbauort (auf der Ausgangswelle des SU-29-Getriebes) ausgewuchtet wurde;
  • Das Korrekturgewicht, das während des Auswuchtvorgangs angebracht wird, ist gegenüber dem im Werk eingestellten Gewicht um etwa 130° verschoben.

Mögliche Gründe für diese Situation können sein:

  • Fehler des Messsystems des Auswuchtstandes des Herstellers (was unwahrscheinlich ist);
  • Geometrische Fehler der Spindelkupplungssitze der Propeller-Auswuchtmaschine, die zu einem Rundlauf des Propellers führen, wenn dieser auf der Spindel montiert wird;
  • Geometrische Fehler der Kupplungssitze der Getriebewelle des Flugzeugs, die zu einem Rundlauf des Propellers führen, wenn dieser auf der Getriebewelle montiert wird.

 

3.5. Schlussfolgerungen zu den Ergebnissen der Arbeit

3.5.1. Das Auswuchten des Propellers der SU-29, das in derselben Ebene bei einer Propellerdrehzahl von 1350 U/min (70%) durchgeführt wurde, ermöglichte es, die Propellerschwingungen von 6,7 mm/s auf 1,5 mm/s zu reduzieren.

Das mit der Unwucht des Propellers verbundene Schwingungsniveau in anderen Hochgeschwindigkeitsmodi nahm ebenfalls deutlich ab und lag zwischen 1 und 2,5 mm/s.

3.5.2. Zur Klärung der möglichen Ursachen für unbefriedigende Auswuchtergebnisse im Herstellerwerk ist es notwendig, den Rundlauf an der Antriebswelle des Flugzeugtriebwerks zu überprüfen.

 

Anhang 1

 

AUSGLEICHSPROTOKOLL

für die Propeller MTV-9-K-C/CL 260-27 von SU-29-Kunstflugzeugen

 

  1. Kunde: V. D. Chvokov
  2. Einbauort des Propellers: die Antriebswelle des Getriebes der SU-29
  3. Propeller Typ: MTV-9-K-C/CL 260-27
  4. Auswuchtmethode: Montage am Einsatzort (in eigenen Lagern), in der gleichen Ebene
  5. Propellerdrehzahl beim Auswuchten, U/min: 1.350
  6. Modell, Anlagen-Nr. und Hersteller der Auswuchtvorrichtung: Balancet-1, Anlage Nr.149, OU Vibromer
  7. Bei der Bilanzierung verwendete regulatorische Dokumente:

7.1. GOST ISO 1940-1-2007 Schwingungen. Anforderungen an die Auswuchtqualität von starren Rotoren. Teil 1. Bestimmung der zulässigen Unwucht.

7.2. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

  1. Datum der Bilanzierung: Juni 15, 2014
  2. Zusammenfassende Tabelle der Auswuchtergebnisse:

 

Nein.Ergebnisse der MessungenVibration, mm/sUnwucht, g* mm
   1Vor der Bilanzierung *)6.76,135
   2Nach dem Ausgleich1.51,350
Toleranz nach GOST ISO 1940 für Klasse G 6.31,500

 

*) Anmerkung: Die Auswuchtung erfolgte unter Einhaltung des vom Hersteller festgelegten Korrekturgewichts des Propellers.

  1. Schlussfolgerung:

10.1. Das Schwingungsniveau (Restunwucht) nach dem Auswuchten des auf der Antriebswelle des Getriebes der SU-29 installierten Propellers (siehe Abschnitt 9.2) ist im Vergleich zum Ausgangswert (siehe Abschnitt 9.1) um mehr als das Vierfache reduziert.

10.2. Die Parameter des Korrekturgewichts (Masse, Aufstellwinkel), die verwendet werden, um das Ergebnis von Abschnitt 10.1 zu erreichen, unterscheiden sich erheblich von den Parametern des Korrekturgewichts, das im Herstellerwerk eingestellt wurde (MT-Propeller).

Insbesondere haben wir beim Auswuchten des Propellers ein zusätzliches Ausgleichsgewicht von 40,9 g angebracht, das gegenüber dem im Werk eingestellten Gewicht in einem Winkel von 130º verschoben wurde.

(Das Gewicht, das in der Produktionsstätte wurde nicht entfernt aus dem Propeller beim zusätzlichen Auswuchten).

Mögliche Gründe für diese Situation können sein:

  • Fehler des Messsystems des Auswuchtstandes der Produktionsanlage;
  • Geometrische Fehler der Kupplungssitze der Spindel der Auswuchtmaschine der Fertigungsanlage, die zu einem Rundlauf des Propellers führen, wenn dieser auf der Spindel montiert wird;
  • Geometrische Fehler der Kupplungssitze der Antriebswelle des Flugzeuggetriebes, die zu einem Rundlauf des Propellers führen, wenn dieser auf der Getriebewelle montiert ist.

Es ist notwendig, den spezifischen Grund für die erhöhte Unwucht des Propellers zu ermitteln, wenn er auf der Antriebswelle des Getriebes der Su-29 montiert wird:

  • zur Überprüfung des Messsystems und der geometrischen Genauigkeit der Spindelsitze der Auswuchtmaschine, die beim Auswuchten des Propellers MTV-9-K-C/CL 260-27 im Herstellerwerk eingesetzt wird;
  • zur Überprüfung des Rundlaufs des auf der Antriebswelle des Getriebes der SU-29 montierten Propellers.

 

 

Vollstrecker:

Cheftechniker der OU Vibromera

V. D. Feldman


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