Σχετικά με την εξισορρόπηση ελίκων αεροσκαφών σε συνθήκες πεδίου

1. Πρόλογος

Πριν από δυόμισι χρόνια, η επιχείρησή μας ξεκίνησε τη σειριακή παραγωγή της συσκευής "Balanset-1", η οποία έχει σχεδιαστεί για την εξισορρόπηση περιστροφικών μηχανισμών στα δικά τους ρουλεμάν.

Μέχρι σήμερα, έχουν παραχθεί περισσότερα από 180 σετ. Χρησιμοποιούνται αποτελεσματικά σε διάφορες βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής και λειτουργίας ανεμιστήρων, φυσητήρων, ηλεκτροκινητήρων, ατράκτων μηχανών, αντλιών, θραυστήρων, διαχωριστών, φυγοκεντρητών, συγκροτημάτων καρδανίου και στροφαλοφόρου άξονα και παρόμοιων μηχανισμών.

Πρόσφατα, η Vibromera έχει λάβει μεγάλο αριθμό ερωτημάτων από οργανισμούς και ιδιώτες σχετικά με τη δυνατότητα χρήσης του εξοπλισμού μας για την εξισορρόπηση ελίκων αεροσκαφών και ελικοπτέρων σε συνθήκες πεδίου.

Δυστυχώς, οι ειδικοί μας, παρά την πολυετή εμπειρία τους στην εξισορρόπηση διαφόρων μηχανημάτων, δεν είχαν αντιμετωπίσει ποτέ στο παρελθόν αυτό το συγκεκριμένο πρόβλημα. Οι συμβουλές και οι συστάσεις που μπορούσαμε να δώσουμε στους πελάτες μας ήταν επομένως αρκετά γενικές και δεν τους επέτρεπαν πάντα να επιλύσουν αποτελεσματικά το συγκεκριμένο πρόβλημα.

Αυτή η κατάσταση άρχισε να αλλάζει προς το καλύτερο αυτή την άνοιξη, χάρη στην ενεργό συμμετοχή του VD Chvokov, ο οποίος οργάνωσε και συμμετείχε μαζί μας στις εργασίες εξισορρόπησης των ελίκων των αεροσκαφών Yak-52 και Su-29, τα οποία χειρίζεται.

Κατά τη διάρκεια αυτής της εργασίας, αποκτήθηκαν ορισμένες δεξιότητες και αναπτύχθηκε μια τεχνολογία για την εξισορρόπηση ελίκων αεροσκαφών σε συνθήκες πεδίου χρησιμοποιώντας τη συσκευή "Balanset-1", η οποία περιλαμβάνει:

• προσδιορισμός των θέσεων και των μεθόδων εγκατάστασης (τοποθέτησης) αισθητήρων κραδασμών και γωνίας φάσης στο αεροσκάφος·;
• προσδιορισμός των συχνοτήτων συντονισμού διαφόρων δομικών στοιχείων του αεροσκάφους (ανάρτηση κινητήρα, πτερύγια έλικας)·;
• προσδιορισμός των συχνοτήτων περιστροφής του κινητήρα (τρόποι λειτουργίας) που διασφαλίζουν την ελάχιστη εφικτή υπολειμματική ανισορροπία κατά την εξισορρόπηση·;
• καθορίζοντας ανοχές για την υπολειμματική ανισορροπία της προπέλας.

Επιπλέον, ελήφθησαν ενδιαφέροντα στοιχεία σχετικά με τα επίπεδα κραδασμών αεροσκαφών εξοπλισμένων με κινητήρες M-14P.

Παρακάτω παρατίθενται τα υλικά αναφοράς που συγκεντρώθηκαν από τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας. Εκτός από τα αποτελέσματα εξισορρόπησης, παρουσιάζουν δεδομένα από τις έρευνες κραδασμών των αεροσκαφών Yak-52 και Su-29, που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια δοκιμών εδάφους και πτήσης. Αυτά τα δεδομένα μπορεί να ενδιαφέρουν τόσο τους πιλότους αεροσκαφών όσο και τους ειδικούς που ασχολούνται με τη συντήρησή τους.

2. Έλεγχος ισορροπίας και κραδασμών του Yak-52

2.1. Εισαγωγή

Τον Μάιο-Ιούλιο του 2014, πραγματοποιήθηκαν εργασίες για την έρευνα κραδασμών του αεροσκάφους Yak-52, εξοπλισμένου με τον κινητήρα αεροπορίας M-14P, και την εξισορρόπηση της δίπτερης έλικας του.

Η ζυγοστάθμιση πραγματοποιήθηκε σε ένα επίπεδο χρησιμοποιώντας το κιτ "Balanset-1", με αύξοντα αριθμό 149.

Το σχήμα μέτρησης φαίνεται στο Σχ. 2.1. Κατά την εξισορρόπηση, ο αισθητήρας κραδασμών (επιταχυνσιόμετρο) 1 εγκαταστάθηκε στο μπροστινό κάλυμμα του κιβωτίου ταχυτήτων του κινητήρα χρησιμοποιώντας μαγνητική βάση σε ειδικά σχεδιασμένο βραχίονα. Αισθητήρας γωνίας φάσης λέιζερ 2 εγκαταστάθηκε επίσης στο κάλυμμα του κιβωτίου ταχυτήτων και προσανατολίστηκε προς το ανακλαστικό σημάδι που εφαρμόστηκε σε ένα από τα πτερύγια της προπέλας.

Αναλογικά σήματα από τους αισθητήρες μεταδίδονταν μέσω καλωδίων στη μονάδα μέτρησης της συσκευής "Balanset-1", όπου πραγματοποιήθηκε προκαταρκτική ψηφιακή επεξεργασία. Αυτά τα σήματα σε ψηφιακή μορφή εισέρχονταν στη συνέχεια στον υπολογιστή, όπου πραγματοποιήθηκε επεξεργασία λογισμικού και υπολογίστηκε η μάζα και η γωνία του βάρους διόρθωσης που απαιτούνταν για την αντιστάθμιση της ανισορροπίας της προπέλας.

Κατά τη διάρκεια αυτής της εργασίας, λαμβάνοντας υπόψη την εμπειρία που αποκτήθηκε από την εξισορρόπηση των ελίκων τόσο του Su-29 όσο και του Yak-52, διεξήχθησαν ορισμένες πρόσθετες μελέτες:

• προσδιορισμός των φυσικών συχνοτήτων των ταλαντώσεων του κινητήρα και της έλικας του Yak-52·;
• μέτρηση του μεγέθους των κραδασμών και της φασματικής σύνθεσης στην καμπίνα του δεύτερου πιλότου κατά τη διάρκεια της πτήσης μετά την εξισορρόπηση της προπέλας·;
• μέτρηση των κραδασμών μετά την ζυγοστάθμιση της προπέλας και μετά τη ρύθμιση της δύναμης σύσφιξης των αμορτισέρ του κινητήρα.

2.2. Φυσικές συχνότητες ταλαντώσεων κινητήρα και προπέλας

Οι φυσικές συχνότητες των ταλαντώσεων του κινητήρα, τοποθετημένες σε αμορτισέρ στο αμάξωμα του αεροσκάφους, προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας έναν αναλυτή φάσματος AD-3527 της A&D (Ιαπωνία) μέσω διέγερσης από κρούση.

Στο φάσμα των φυσικών ταλαντώσεων της ανάρτησης του κινητήρα Yak-52 (Εικ. 2.2), εντοπίστηκαν τέσσερις κύριες συχνότητες: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz.

Οι συχνότητες 74 Hz, 94 Hz και 120 Hz πιθανότατα σχετίζονται με τα χαρακτηριστικά της βάσης του κινητήρα (ανάρτησης) στο αμάξωμα του αεροσκάφους. Η συχνότητα 20 Hz πιθανότατα σχετίζεται με τις φυσικές ταλαντώσεις του αεροσκάφους στο πλαίσιο του συστήματος προσγείωσης.

Οι φυσικές συχνότητες των πτερυγίων της προπέλας προσδιορίστηκαν επίσης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο διέγερσης από κρούση. Προσδιορίστηκαν τέσσερις κύριες συχνότητες: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz και 134 Hz.

Τα δεδομένα σχετικά με τις φυσικές συχνότητες ταλαντώσεων της ανάρτησης του κινητήρα και των πτερυγίων της έλικας είναι σημαντικά κυρίως για την επιλογή της συχνότητας περιστροφής της έλικας κατά την εξισορρόπηση. Η κύρια προϋπόθεση για την επιλογή αυτής της συχνότητας είναι η διασφάλιση της μέγιστης αποσυντονισμού από τις φυσικές συχνότητες ταλαντώσεων των δομικών στοιχείων του αεροσκάφους, καθώς σε συντονισμένες συχνότητες η ακρίβεια και η επαναληψιμότητα των μετρήσεων κραδασμών μπορεί να επηρεαστούν σημαντικά.

Επιπλέον, η γνώση των φυσικών συχνοτήτων των επιμέρους εξαρτημάτων μπορεί να είναι χρήσιμη για τον εντοπισμό των αιτιών των απότομων αυξήσεων των κραδασμών (φαινόμενα συντονισμού) σε διάφορες λειτουργίες στροφών του κινητήρα, οι οποίες μπορεί να προκύψουν κατά τη λειτουργία του αεροσκάφους.

2.3. Αποτελέσματα εξισορρόπησης

Όπως σημειώθηκε παραπάνω, η εξισορρόπηση της προπέλας πραγματοποιήθηκε σε ένα επίπεδο, αντισταθμίζοντας έτσι δυναμικά την ανισορροπία δύναμης της προπέλας.

Η δυναμική εξισορρόπηση σε δύο επίπεδα (η οποία θα αντιστάθμιζε επιπλέον την ανισορροπία ροπής) δεν ήταν εφικτή, καθώς ο σχεδιασμός της έλικας στο Yak-52 επιτρέπει μόνο ένα επίπεδο διόρθωσης.

Η εξισορρόπηση πραγματοποιήθηκε σε συχνότητα περιστροφής 1150 στροφές/λεπτό (60%), στην οποία ελήφθησαν οι πιο σταθερές μετρήσεις ταλάντωσης, τόσο σε πλάτος όσο και σε φάση, από λειτουργία σε λειτουργία.

Χρησιμοποιήθηκε το κλασικό σχήμα "δύο δρομολογίων":

1. Κατά την πρώτη εκτέλεση, προσδιορίστηκε το πλάτος και η φάση της δόνησης στην συχνότητα περιστροφής της έλικας στην αρχική κατάσταση.
2. Κατά τη δεύτερη εκτέλεση, προσδιορίστηκε το πλάτος και η φάση της δόνησης μετά την εγκατάσταση μιας δοκιμαστικής μάζας 7 g στην έλικα.
3. Με βάση αυτά τα δεδομένα, το λογισμικό υπολόγισε: διορθωτική μάζα Μ = 19,5 g υπό γωνία Φ = 32°.

Λόγω των σχεδιαστικών χαρακτηριστικών της έλικας, τα οποία δεν επέτρεπαν την εγκατάσταση του διορθωτικού βάρους στην απαιτούμενη γωνία των 32°, εγκαταστάθηκαν δύο ισοδύναμα βάρη:

• M1 = 14 g υπό γωνία F1 = 0°
• M2 = 8,3 g υπό γωνία F2 = 60°

2.4. Δόνηση σε άλλες καταστάσεις λειτουργίας

Τα αποτελέσματα των ελέγχων κραδασμών σε άλλες λειτουργίες του κινητήρα κατά τη διάρκεια δοκιμών εδάφους παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.1. Όπως φαίνεται, η εξισορρόπηση επηρέασε θετικά τη δόνηση του Yak-52 σε όλες τις λειτουργίες.

Επιπλέον, κατά τη διάρκεια των δοκιμών εδάφους, εντοπίστηκε μια σαφής τάση σημαντικής μείωσης των κραδασμών με την αυξανόμενη συχνότητα περιστροφής της έλικας. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από μια μεγαλύτερη αποσυντονισμό της συχνότητας περιστροφής της έλικας από τη φυσική συχνότητα ταλάντωσης του αεροσκάφους στο πλαίσιο (πιθανώς 20 Hz), η οποία συμβαίνει σε υψηλότερες συχνότητες περιστροφής.

2.5. Κραδασμοί κατά την πτήση πριν και μετά τη ρύθμιση αμορτισέρ

Εκτός από τις δοκιμές κραδασμών εδάφους μετά την εξισορρόπηση της έλικας (ενότητα 2.3), πραγματοποιήθηκαν επίσης μετρήσεις κραδασμών του Yak-52 εν πτήσει.

Η δόνηση κατά την πτήση μετρήθηκε στην καμπίνα του δεύτερου πιλότου στην κατακόρυφη κατεύθυνση χρησιμοποιώντας έναν φορητό αναλυτή φάσματος AD-3527 της A&D (Ιαπωνία) στην περιοχή συχνοτήτων από 5 έως 200 (500) Hz. Οι μετρήσεις ελήφθησαν σε πέντε κύριες λειτουργίες στροφών κινητήρα: 60%, 65%, 70%, 82% και 94% μέγιστης συχνότητας περιστροφής.

Τα αποτελέσματα, που ελήφθησαν πριν από τη ρύθμιση των αμορτισέρ, παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.2.

Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2.2, τα κύρια στοιχεία δόνησης εμφανίζονται στη συχνότητα περιστροφής της προπέλας V_{σελ. 1}, η συχνότητα του στροφαλοφόρου άξονα V_γ1, η μονάδα V του συμπιεστή αέρα (ή/και του αισθητήρα συχνότητας)_n, και οι ανώτερες αρμονικές τους.

Μέγιστη συνολική δόνηση V_Σ βρέθηκε στις λειτουργίες 82% (1580 σ.α.λ.) και 94% (1830 σ.α.λ.). Η κυρίαρχη συνιστώσα σε αυτές τις λειτουργίες εμφανίζεται στη 2η αρμονική της συχνότητας περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα V._γ2, φτάνοντας τα 12,5 mm/sec στους 4800 κύκλους/λεπτό και τα 15,8 mm/sec στους 5520 κύκλους/λεπτό.

Μπορεί να υποτεθεί ότι αυτό το εξάρτημα σχετίζεται με την ομάδα εμβόλων (διαδικασίες πρόσκρουσης που συμβαίνουν κατά τη διπλή κίνηση των εμβόλων ανά μία περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα). Η απότομη αύξηση στις λειτουργίες 82% (πρώτη ονομαστική) και 94% (απογείωση) πιθανότατα δεν προκαλείται από ελαττώματα της ομάδας εμβόλων, αλλά από συντονισμένες ταλαντώσεις του κινητήρα στα αμορτισέρ του. Αυτό το συμπέρασμα υποστηρίζεται από τις μετρήσεις φυσικής συχνότητας, οι οποίες αποκάλυψαν συχνότητες ανάρτησης κινητήρα στα 74 Hz (4440 κύκλοι/λεπτό), 94 Hz (5640 κύκλοι/λεπτό) και 120 Hz (7200 κύκλοι/λεπτό). Δύο από αυτές — 74 Hz και 94 Hz — είναι κοντά στις 2ες αρμονικές συχνότητες του στροφαλοφόρου άξονα στην πρώτη ονομαστική και απογείωση λειτουργία.

Λόγω των σημαντικών κραδασμών που εντοπίστηκαν στο V_γ2, ελέγχθηκε και ρυθμίστηκε η δύναμη σύσφιξης των αμορτισέρ του κινητήρα. Τα συγκριτικά αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.3.

Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2.3, η ρύθμιση του απορροφητή δεν οδήγησε σε σημαντικές αλλαγές στα κύρια στοιχεία δόνησης του αεροσκάφους.

Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι το εξάρτημα ανισορροπίας V της προπέλας_{σελ. 1} στις λειτουργίες 82% και 94% είναι αντίστοιχα 3–7 φορές χαμηλότερη από την V_γ2 σε αυτές τις λειτουργίες πτήσης. Σε άλλες λειτουργίες πτήσης, V_{σελ. 1} κυμαίνεται από 2,8 έως 4,4 mm/sec, και οι μεταβολές του μεταξύ των τρόπων λειτουργίας καθορίζονται κυρίως όχι από την ποιότητα της εξισορρόπησης, αλλά από τον βαθμό αποσυντονισμού από τις φυσικές συχνότητες των δομικών στοιχείων του αεροσκάφους.

2.6. Συμπεράσματα

2.6.1.

Η εξισορρόπηση της έλικας του Yak-52 σε συχνότητα περιστροφής 1150 στροφών ανά λεπτό (60%) επέτρεψε τη μείωση των κραδασμών στη συχνότητα περιστροφής της έλικας από 10,2 mm/sec σε 4,2 mm/sec. Λαμβάνοντας υπόψη την εμπειρία που έχει συσσωρευτεί κατά την εξισορρόπηση των ελίκων τόσο του Yak-52 όσο και του Su-29 χρησιμοποιώντας τη συσκευή "Balanset-1", υπάρχει ρεαλιστική πιθανότητα να επιτευχθεί ακόμη μεγαλύτερη μείωση του επιπέδου κραδασμών — ειδικότερα, επιλέγοντας υψηλότερη συχνότητα περιστροφής της έλικας κατά την εξισορρόπηση, η οποία θα επέτρεπε σε μεγαλύτερο βαθμό την αποσυντονισμό από τη φυσική συχνότητα ταλαντώσεων του αεροσκάφους στα 20 Hz (1200 κύκλοι/λεπτό) που εντοπίστηκαν κατά τη διάρκεια των μετρήσεων.

2.6.2.

Όπως δείχνουν οι δοκιμές κραδασμών πτήσης (βλ. Πίνακες 2.2 και 2.3), τα φάσματα κραδασμών του αεροσκάφους Yak-52 περιέχουν, εκτός από τη δόνηση στη συχνότητα περιστροφής της έλικας V_{σελ. 1}, πολλά άλλα σημαντικά εξαρτήματα — που σχετίζονται με τον στροφαλοφόρο άξονα V_γ1, V_γ2, V_γ3, η ομάδα εμβόλων του κινητήρα και η κίνηση V του συμπιεστή αέρα (ή/και του αισθητήρα συχνότητας)_n.

Στις λειτουργίες ταχύτητας 60%, 65% και 70%, αυτά τα στοιχεία είναι συγκρίσιμα σε μέγεθος με το στοιχείο ανισορροπίας V της προπέλας._{σελ. 1}. Κατά συνέπεια, ακόμη και η πλήρης εξάλειψη των κραδασμών που προκαλούνται από την ανισορροπία της προπέλας θα επέτρεπε τη μείωση των συνολικών κραδασμών του αεροσκάφους σε αυτές τις λειτουργίες κατά όχι περισσότερο από περίπου 1,5 φορά.

2.6.3.

Μέγιστη συνολική δόνηση V_Σ του αεροσκάφους Yak-52 βρέθηκε στις λειτουργίες ταχύτητας 82% (1580 στροφές/λεπτό της έλικας) και 94% (1830 στροφές/λεπτό της έλικας). Η κυρίαρχη συνιστώσα αυτής της δόνησης εμφανίζεται στη 2η αρμονική της συχνότητας περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα V._γ2, σε συχνότητες 4800 κύκλων/λεπτό και 5520 κύκλων/λεπτό αντίστοιχα, στις οποίες φτάνει σε τιμές 12,5 mm/sec και 15,8 mm/sec.

Όπως φαίνεται στις ενότητες 2.5 και 2.2, η απότομη αύξηση αυτού του εξαρτήματος στις υποδεικνυόμενες λειτουργίες πιθανότατα δεν προκαλείται από ελαττώματα της ομάδας εμβόλων, αλλά από συντονισμένες ταλαντώσεις του κινητήρα στα αμορτισέρ του. Η ρύθμιση της δύναμης σύσφιξης του αμορτισέρ, που πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια των δοκιμών, δεν οδήγησε σε σημαντικές αλλαγές στα επίπεδα κραδασμών.

Αυτή η κατάσταση μπορεί πιθανώς να θεωρηθεί ως σχεδιαστική παράλειψη (κατασκευαστική εργασία) των κατασκευαστών αεροσκαφών, που έγιναν δεκτά κατά την επιλογή του συστήματος στήριξης του κινητήρα (ανάρτησης) στο αμάξωμα του αεροσκάφους.

2.6.4.

Τα δεδομένα που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια της ζυγοστάθμισης της προπέλας και οι επιπλέον δοκιμές κραδασμών που πραγματοποιήθηκαν υποδηλώνουν ότι η περιοδική παρακολούθηση των κραδασμών μπορεί να είναι χρήσιμη για τη διαγνωστική αξιολόγηση της τεχνικής κατάστασης του κινητήρα του αεροσκάφους, συμπεριλαμβανομένης της αξιολόγησης της κατάστασης της ομάδας εμβόλων, του στροφαλοφόρου άξονα, των ρουλεμάν του κινητήρα και της κίνησης του συμπιεστή αέρα.

Τέτοια εργασία μπορεί να εκτελεστεί, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας τη συσκευή "Balanset-1" (που παράγεται επί του παρόντος ως Balanset-1A), στο λογισμικό του οποίου υλοποιείται η λειτουργία της φασματικής ανάλυσης ταλαντώσεων.

3. Εξισορρόπηση της Έλικας MTV-9-KC/CL 260-27 και της Έρευνας Κραδασμών του Su-29

3.1. Εισαγωγή

Στις 15 Ιουνίου 2014, πραγματοποιήθηκαν εργασίες εξισορρόπησης της τρίπτερου έλικας τύπου MTV-9-KC/CL 260-27, η οποία ήταν εγκατεστημένη στον κινητήρα αεροπορίας M-14P του ακροβατικού αεροσκάφους Su-29.

Σύμφωνα με τα δεδομένα που παρείχε ο κατασκευαστής (MT-Propeller), η αναφερόμενη έλικα είχε προκαταρκτικά ισορροπηθεί στατικά, όπως αποδεικνύεται από την παρουσία στην έλικα στο επίπεδο 1 ενός διορθωτικού βάρους που έχει εγκατασταθεί στο εργοστάσιο κατασκευής.

Η εξισορρόπηση της προπέλας, η οποία ήταν εγκατεστημένη απευθείας στον άξονα εξόδου του κιβωτίου ταχυτήτων του Su-29 (δηλαδή στη θέση της μόνιμης εγκατάστασής της), πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας το κιτ εξισορρόπησης κραδασμών "Balanset-1", με αύξοντα αριθμό 149.

Το σχήμα μέτρησης (Εικ. 3.1) ήταν γενικά παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιήθηκε για το Yak-52. Αισθητήρας κραδασμών (επιταχυνσιόμετρο) 1 εγκαταστάθηκε στο περίβλημα του κιβωτίου ταχυτήτων του κινητήρα χρησιμοποιώντας μαγνητική βάση σε ειδικά σχεδιασμένο βραχίονα. Αισθητήρας γωνίας φάσης λέιζερ 2 ήταν επίσης τοποθετημένο στο περίβλημα του κιβωτίου ταχυτήτων και προσανατολισμένο προς το ανακλαστικό σημάδι που είχε εφαρμοστεί σε ένα από τα πτερύγια της προπέλας. Αναλογικά σήματα από τους αισθητήρες μεταδίδονταν μέσω καλωδίων στη μονάδα μέτρησης της συσκευής "Balanset-1", όπου πραγματοποιήθηκε προκαταρκτική ψηφιακή επεξεργασία. Στη συνέχεια, τα σήματα σε ψηφιακή μορφή εισέρχονταν στον υπολογιστή, όπου πραγματοποιήθηκε επεξεργασία λογισμικού και υπολογίστηκε η μάζα και η γωνία του βάρους διόρθωσης που απαιτούνταν για την αντιστάθμιση της ανισορροπίας της προπέλας.

Πριν από αυτήν την εργασία, και λαμβάνοντας υπόψη την εμπειρία από την εξισορρόπηση της έλικας Yak-52, διεξήχθησαν πρόσθετες μελέτες:

• προσδιορισμός των φυσικών συχνοτήτων των ταλαντώσεων του κινητήρα και της έλικας του Su-29·;
• έλεγχος του μεγέθους και της φασματικής σύνθεσης της δόνησης αναφοράς στην καμπίνα του δεύτερου πιλότου πριν από την εξισορρόπηση.

3.2. Φυσικές συχνότητες ταλαντώσεων κινητήρα και προπέλας

Χρησιμοποιώντας την ίδια μέθοδο διέγερσης κρούσης με τον αναλυτή AD-3527, προσδιορίστηκαν έξι κύριες συχνότητες στο φάσμα ανάρτησης του κινητήρα (Εικ. 3.2): 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz.

Οι συχνότητες 66 Hz, 88 Hz και 120 Hz πιθανώς σχετίζονται άμεσα με τις ιδιαιτερότητες του συστήματος στήριξης του κινητήρα (ανάρτησης) στο αμάξωμα του αεροσκάφους. Οι συχνότητες 16 Hz και 22 Hz πιθανότατα σχετίζονται με τις φυσικές ταλαντώσεις του αεροσκάφους στο σύνολό του στο σασί του. Όσον αφορά τη συχνότητα των 37 Hz, πιθανότατα σχετίζεται με τη φυσική συχνότητα ταλαντώσεων της πτέρυγας της έλικας του αεροσκάφους.

Αυτή η τελευταία υπόθεση επιβεβαιώνεται από τα αποτελέσματα των μετρήσεων των φυσικών συχνοτήτων των ταλαντώσεων των πτερυγίων της έλικας (Εικ. 3.3), στο φάσμα των οποίων εντοπίστηκαν τρεις κύριες συχνότητες: 37 Hz, 100 Hz και 174 Hz.

Η γνώση των φυσικών συχνοτήτων της ανάρτησης του κινητήρα και των πτερυγίων της προπέλας του Su-29 έχει ουσιαστική πρακτική σημασία. Πρώτον, επιτρέπει μια δικαιολογημένη επιλογή της συχνότητας περιστροφής της προπέλας για εξισορρόπηση, εξασφαλίζοντας μέγιστη αποσυντονισμό από τους δομικούς συντονισμούς του αεροσκάφους. Δεύτερον, παρέχει την απαραίτητη βάση για την ορθή ερμηνεία και διάγνωση των αιτιών των κραδασμών που παρατηρούνται σε διάφορους τρόπους λειτουργίας του κινητήρα, όπως θα αποδειχθεί στις επόμενες ενότητες της παρούσας έκθεσης.

3.3. Βασική δόνηση καμπίνας πριν από την εξισορρόπηση

Πριν από την εκτέλεση της διαδικασίας εξισορρόπησης, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις των βασικών επιπέδων κραδασμών στην καμπίνα του δεύτερου πιλότου του Su-29. Όπως και στην περίπτωση του Yak-52, οι κραδασμοί μετρήθηκαν στην κατακόρυφη κατεύθυνση χρησιμοποιώντας τον φορητό αναλυτή φάσματος AD-3527 της A&D (Ιαπωνία) στην περιοχή συχνοτήτων από 5 έως 200 Hz. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε τέσσερις κύριες λειτουργίες στροφών κινητήρα, που αντιστοιχούν στις 60%, 65%, 70% και 82% της μέγιστης συχνότητας περιστροφής της έλικας.

Τα αποτελέσματα αυτών των μετρήσεων παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.1.

Τα κύρια στοιχεία δόνησης εμφανίζονται στη συχνότητα περιστροφής της προπέλας V_{σελ. 1}, στροφαλοφόρος άξονας V_γ1, κίνηση συμπιεστή V_n, και η 2η αρμονική V του στροφαλοφόρου άξονα_γ2 (η οποία στην περίπτωση της τρίπτερου έλικας μπορεί επίσης να συμπίπτει με τη συχνότητα διέλευσης πτερυγίου V_{σελ. 3}).

Στο φάσμα λειτουργίας 60%, βρέθηκε επίσης μια άγνωστη συνιστώσα στους 6120 κύκλους/λεπτό, πιθανώς προκαλούμενη από συντονισμό περίπου στα 100 Hz — μία από τις φυσικές συχνότητες της πτέρυγας της έλικας.

Η μέγιστη συνολική δόνηση (11,5 mm/sec) βρέθηκε στη λειτουργία 70%. Η κυρίαρχη συνιστώσα σε αυτήν τη λειτουργία είναι η V._γ2 στους 4020 κύκλους/λεπτό, φτάνοντας τα 10,8 mm/δευτ. Αυτή η απότομη αύξηση στο 70% πιθανότατα οφείλεται σε συντονισμένες ταλαντώσεις της ανάρτησης του κινητήρα κοντά στα 67 Hz (4020 κύκλοι/λεπτό).

Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι, εκτός από τις διεγέρσεις κρούσης από την ομάδα εμβόλων, η δόνηση σε αυτήν την περιοχή συχνότητας μπορεί επίσης να επηρεαστεί από αεροδυναμικές δυνάμεις στη συχνότητα διέλευσης πτερυγίων της έλικας (V_{σελ. 3}Στις λειτουργίες 65% και 82%, παρατηρείται αισθητή αύξηση στο V_γ2 (V_{σελ. 3}) συνιστώσα, η οποία μπορεί επίσης να εξηγηθεί από τις συντονισμένες ταλαντώσεις μεμονωμένων εξαρτημάτων του αεροσκάφους.

Το εξάρτημα ανισορροπίας V της προπέλας_{σελ. 1} κυμαινόταν από 2,4 έως 5,7 mm/sec σε όλες τις λειτουργίες πριν από την εξισορρόπηση, γενικά χαμηλότερη από την V_γ2 στις αντίστοιχες λειτουργίες. Η διακύμανσή της μεταξύ των λειτουργιών καθορίζεται όχι μόνο από την ποιότητα της εξισορρόπησης, αλλά και από τον βαθμό αποσυντονισμού από τις φυσικές συχνότητες των δομικών στοιχείων του αεροσκάφους.

3.4. Αποτελέσματα εξισορρόπησης

Η εξισορρόπηση της προπέλας πραγματοποιήθηκε σε ένα επίπεδο με συχνότητα περιστροφής 1350 στροφές/λεπτό, χρησιμοποιώντας δύο μετρήσεις (η κλασική μέθοδος των συντελεστών επιρροής). Το πλήρες πρωτόκολλο εξισορρόπησης δίνεται στο Προσάρτημα 1.

Η διαδικασία εξισορρόπησης περιελάμβανε τις ακόλουθες λειτουργίες:

1. Κατά την πρώτη εκτέλεση (αρχική κατάσταση), προσδιορίστηκε το πλάτος και η φάση της δόνησης στη συχνότητα περιστροφής της έλικας.
2. Κατά τη δεύτερη εκτέλεση, προσδιορίστηκε το πλάτος και η φάση της δόνησης μετά την εγκατάσταση μιας δοκιμαστικής μάζας γνωστού βάρους στην έλικα.
3. Με βάση αυτά τα αποτελέσματα μετρήσεων, το λογισμικό υπολόγισε τη μάζα και τη γωνία εγκατάστασης του διορθωτικού βάρους στο επίπεδο 1, που είναι απαραίτητες για την αντιστάθμιση της ανισορροπίας της προπέλας.

Δεν πραγματοποιήθηκε επαλήθευση της ποιότητας εξισορρόπησης κατά την πτήση λόγω τυχαίας ζημιάς στην έλικα κατά τη διάρκεια εκπαιδευτικής πτήσης.

Οι λόγοι για την αναφερόμενη απόκλιση μπορεί να είναι οι εξής:

• σφάλματα του συστήματος μέτρησης της βάσης ζυγοστάθμισης στο εργοστάσιο παραγωγής (αυτός ο λόγος φαίνεται να είναι ο λιγότερο πιθανός)·;
• γεωμετρικά σφάλματα (ανακρίβειες) των επιφανειών στήριξης του άξονα της μηχανής εξισορρόπησης στο εργοστάσιο παραγωγής, προκαλώντας ακτινική εκτροπή της έλικας στον άξονα.;
• γεωμετρικά σφάλματα (ανακρίβειες) των επιφανειών στήριξης του άξονα εξόδου του κιβωτίου ταχυτήτων στο αεροσκάφος Su-29, προκαλώντας ακτινική εκκένωση της έλικας όταν εγκαθίσταται στον άξονα του κιβωτίου ταχυτήτων.

3.5. Συμπεράσματα

3.5.1.

Η εξισορρόπηση της έλικας του αεροσκάφους Su-29 σε ένα επίπεδο με συχνότητα περιστροφής έλικας 1350 στροφές/λεπτό (70%) επέτρεψε τη μείωση των κραδασμών στη συχνότητα περιστροφής της έλικας από 6,7 mm/sec στην αρχική κατάσταση σε 1,5 mm/sec μετά την εξισορρόπηση. Οι κραδασμοί που σχετίζονται με την ανισορροπία της έλικας σε άλλες λειτουργίες ταχύτητας του κινητήρα μειώθηκαν επίσης σημαντικά και παρέμειναν εντός 1-2,5 mm/sec.

3.5.2.

Προκειμένου να διευκρινιστούν οι λόγοι για τα μη ικανοποιητικά αποτελέσματα της εξισορρόπησης της έλικας στο εργοστάσιο παραγωγής (MT-Propeller), είναι απαραίτητο να ελεγχθεί η ακτινική εκκεντρότητα της έλικας στον άξονα εξόδου του κιβωτίου ταχυτήτων του κινητήρα του αεροσκάφους Su-29.

Παράρτημα 1: Πρωτόκολλο εξισορρόπησης