خلاصه: این گزارش مهندسی، اولین کاربرد موفقیت‌آمیز دستگاه قابل حمل Balanset-1 را برای بالانس میدانی پروانه‌های هواپیما مستند می‌کند. کار بر روی هواپیماهای Yak-52 (پروانه دو پره) و Su-29 (پروانه سه پره MTV-9-KC/CL 260-27) مجهز به موتورهای M-14P در ماه مه-ژوئیه 2014 انجام شد. یافته‌های کلیدی: ارتعاش پروانه در Yak-52 از 10.2 به 4.2 میلی‌متر بر ثانیه و در Su-29 از 6.7 به 1.5 میلی‌متر بر ثانیه (کاهش بیش از 4 برابری) کاهش یافت. این گزارش همچنین تجزیه و تحلیل طیف ارتعاش دقیقی را در حالت‌های عملیاتی متعدد ارائه می‌دهد و منابع ارتعاش غالب از جمله هارمونیک‌های میل لنگ و رزونانس‌های ساختاری را شناسایی می‌کند.

۱. پیشگفتار

دو سال و نیم پیش، شرکت ما تولید سریالی دستگاه "Balanset-1" را آغاز کرد که برای متعادل کردن مکانیسم‌های چرخشی در یاتاقان‌های خود طراحی شده است.

تا به امروز، بیش از ۱۸۰ مجموعه تولید شده است. آنها به طور مؤثر در صنایع مختلف، از جمله تولید و بهره‌برداری از فن‌ها، دمنده‌ها، موتورهای الکتریکی، اسپیندل ماشین‌آلات، پمپ‌ها، سنگ‌شکن‌ها، جداکننده‌ها، سانتریفیوژها، مجموعه‌های کاردان و میل‌لنگ و مکانیسم‌های مشابه استفاده می‌شوند.

اخیراً، Vibromera تعداد زیادی درخواست از سازمان‌ها و افراد در مورد امکان استفاده از تجهیزات ما برای متعادل‌سازی پروانه‌های هواپیما و هلیکوپتر در شرایط میدانی دریافت کرده است.

متأسفانه، متخصصان ما، با وجود سال‌ها تجربه در بالانس کردن ماشین‌های مختلف، هرگز قبلاً با این مشکل خاص برخورد نکرده بودند. بنابراین، توصیه‌ها و راهکارهایی که می‌توانستیم به مشتریان خود ارائه دهیم، کاملاً کلی بودند و همیشه به آنها اجازه نمی‌دادند تا به طور مؤثر مشکل پیش رو را حل کنند.

این وضعیت از بهار امسال به لطف مشارکت فعال وی. دی. چووکوف، که در کنار ما در کار متعادل‌سازی پروانه‌های هواپیماهای یاک-۵۲ و سوخو-۲۹ که خلبانی آنها را بر عهده دارد، سازماندهی و مشارکت داشت، رو به بهبود گذاشت.

هواپیمای یاک-۵۲ در فرودگاه
شکل 1.1 یاک-52 در فرودگاه
هواپیمای سوخو-۲۹ در پارکینگ
شکل 1.2. Su-29 در پارکینگ

در طول این کار، مهارت‌های خاصی کسب شد و فناوری‌ای برای متعادل‌سازی پروانه‌های هواپیما در شرایط میدانی با استفاده از دستگاه "Balanset-1" توسعه داده شد، از جمله:

  • تعیین مکان‌ها و روش‌های نصب (نصب) حسگرهای ارتعاش و زاویه فاز در هواپیما؛;
  • تعیین فرکانس‌های رزونانس چندین عنصر ساختاری هواپیما (سیستم تعلیق موتور، پره‌های پروانه)؛;
  • شناسایی فرکانس‌های چرخش موتور (حالت‌های عملیاتی) که حداقل عدم تعادل باقیمانده قابل دستیابی را در حین متعادل‌سازی تضمین می‌کنند.;
  • ایجاد تلرانس برای عدم تعادل باقیمانده پروانه.

علاوه بر این، داده های جالبی در مورد سطوح ارتعاش هواپیماهای مجهز به موتورهای M-14P به دست آمد.

در زیر گزارش‌های گردآوری‌شده از نتایج این کار آمده است. علاوه بر نتایج تعادل، داده‌های حاصل از بررسی ارتعاشات هواپیماهای یاک-۵۲ و سوخو-۲۹ که در طول آزمایش‌های زمینی و پروازی به دست آمده‌اند، ارائه شده است. این داده‌ها ممکن است هم برای خلبانان هواپیما و هم برای متخصصان درگیر در تعمیر و نگهداری آنها جالب باشد.

۲. بررسی تعادل و ارتعاشات یاک-۵۲

2.1. معرفی

در ماه مه-ژوئیه 2014، کار بر روی بررسی ارتعاش هواپیمای Yak-52 مجهز به موتور هوایی M-14P و متعادل‌سازی پروانه دو تیغه آن انجام شد.

بالانس کردن در یک صفحه با استفاده از کیت "Balanset-1" با شماره سریال 149 انجام شد.

طرح اندازه‌گیری در شکل 2.1 نشان داده شده است. در حین تعادل، حسگر ارتعاش (شتاب‌سنج) 1 با استفاده از یک پایه مغناطیسی روی یک براکت مخصوص، روی پوشش جلویی گیربکس موتور نصب شد. حسگر زاویه فاز لیزری 2 همچنین روی پوشش گیربکس نصب شده بود و به سمت علامت بازتابنده اعمال شده روی یکی از پره‌های پروانه جهت گیری شده بود.

سیگنال‌های آنالوگ از حسگرها از طریق کابل‌ها به واحد اندازه‌گیری دستگاه "Balanset-1" منتقل می‌شدند، جایی که پردازش اولیه دیجیتال انجام می‌شد. این سیگنال‌ها به شکل دیجیتال سپس وارد کامپیوتر می‌شدند، جایی که پردازش نرم‌افزاری انجام می‌شد و جرم و زاویه وزنه اصلاحی مورد نیاز برای جبران عدم تعادل پروانه محاسبه می‌شد.

طرح اندازه‌گیری برای متعادل‌سازی پروانه یاک-۵۲
شکل 2.1 طرح اندازه‌گیری برای متعادل‌سازی پروانه Yak-52.
زک — چرخ دنده اصلی؛ Zs — ماهواره‌ها؛ Zn — چرخ دنده ثابت.

دستگاه‌های متعادل‌کننده

لوازم جانبی

در طول این کار، با در نظر گرفتن تجربه حاصل از متعادل‌سازی پروانه‌های هر دو هواپیمای Su-29 و Yak-52، تعدادی مطالعه اضافی انجام شد:

  • تعیین فرکانس‌های طبیعی نوسانات موتور و ملخ یاک-۵۲؛;
  • اندازه‌گیری شدت ارتعاش و ترکیب طیفی در کابین خلبان دوم در طول پرواز پس از متعادل‌سازی پروانه؛;
  • اندازه‌گیری ارتعاش پس از بالانس پروانه و پس از تنظیم نیروی سفت‌کننده کمک‌فنرهای موتور.

۲.۲ فرکانس‌های طبیعی نوسانات موتور و ملخ

فرکانس‌های طبیعی نوسانات موتور، که بر روی کمک‌فنرهای بدنه هواپیما نصب شده‌اند، با استفاده از دستگاه طیف‌سنج AD-3527 ساخت شرکت A&D (ژاپن) و از طریق تحریک ضربه تعیین شدند.

در طیف نوسانات طبیعی سیستم تعلیق موتور Yak-52 (شکل 2.2)، چهار فرکانس اصلی شناسایی شدند: ۲۰ هرتز، ۷۴ هرتز، ۹۴ هرتز، ۱۲۰ هرتز.

طیف فرکانس‌های طبیعی سیستم تعلیق موتور یاک-۵۲
شکل 2.2. طیف فرکانس‌های طبیعی سیستم تعلیق موتور Yak-52

فرکانس‌های ۷۴ هرتز، ۹۴ هرتز و ۱۲۰ هرتز احتمالاً مربوط به ویژگی‌های اتصال موتور (سیستم تعلیق) به بدنه هواپیما هستند. فرکانس ۲۰ هرتز به احتمال زیاد مربوط به نوسانات طبیعی هواپیما روی شاسی ارابه فرود آن است.

فرکانس‌های طبیعی پره‌های پروانه نیز با استفاده از روش تحریک ضربه تعیین شدند. چهار فرکانس اصلی شناسایی شدند: ۳۶ هرتز، ۸۰ هرتز، ۱۰۴ هرتز و ۱۳۴ هرتز.

داده‌های مربوط به فرکانس‌های طبیعی نوسانات سیستم تعلیق موتور و پره‌های پروانه در درجه اول برای انتخاب فرکانس چرخش پروانه در حین بالانس اهمیت دارند. شرط اصلی در انتخاب این فرکانس، اطمینان از حداکثر جدا شدن از فرکانس‌های طبیعی نوسانات عناصر سازه‌ای هواپیما است، زیرا در فرکانس‌های رزونانس، دقت و تکرارپذیری اندازه‌گیری‌های ارتعاش می‌تواند به طور قابل توجهی مختل شود.

علاوه بر این، آگاهی از فرکانس‌های طبیعی اجزای منفرد می‌تواند برای شناسایی علل افزایش شدید ارتعاش (پدیده رزونانس) در حالت‌های مختلف سرعت موتور، که ممکن است در حین کار هواپیما ایجاد شود، مفید باشد.

2.3. نتایج متعادل سازی

همانطور که در بالا ذکر شد، بالانس پروانه در یک صفحه انجام شد و بدین ترتیب عدم تعادل نیروی پروانه به صورت دینامیکی جبران شد.

بالانس دینامیکی در دو صفحه (که علاوه بر این، عدم تعادل گشتاور را جبران می‌کرد) امکان‌پذیر نبود، زیرا طراحی پروانه در یاک-۵۲ فقط امکان یک صفحه اصلاح را فراهم می‌کرد.

بالانسینگ در فرکانس چرخش ۱۱۵۰ دور در دقیقه (۶۰۱TP3T) انجام شد، که در آن پایدارترین اندازه‌گیری‌های ارتعاش، هم از نظر دامنه و هم از نظر فاز، از هر دور به دور دیگر به دست آمد.

از طرح کلاسیک "دو مرحله‌ای" استفاده شد:

  1. در طول اولین اجرا، دامنه و فاز ارتعاش در فرکانس چرخش پروانه در حالت اولیه تعیین شد.
  2. در طول اجرای دوم، دامنه و فاز ارتعاش پس از نصب جرم آزمایشی ۷ گرمی روی پروانه تعیین شد.
  3. بر اساس این داده‌ها، نرم‌افزار محاسبه کرد: جرم اصلاحی متوسط = ۱۹.۵ گرم در زاویه F = 32°.

با توجه به ویژگی‌های طراحی پروانه که امکان نصب وزنه اصلاح در زاویه مورد نیاز ۳۲ درجه را فراهم نمی‌کرد، دو وزنه معادل نصب شد:

  • M1 = 14 g در زاویه F1 = 0°
  • M2 = 8.3 g در زاویه F2 = 60°

نتیجه: پس از نصب وزنه‌های اصلاح، ارتعاش در 1150 دور در دقیقه از ... کاهش یافت. ۱۰.۲ میلی‌متر بر ثانیه به ۴.۲ میلی‌متر بر ثانیه. عدم تعادل واقعی از ۲۳۴۰ گرم بر میلی‌متر به ۹۶۳ گرم بر میلی‌متر کاهش یافت.

۲.۴ ارتعاش در سایر حالت‌های عملیاتی

نتایج بررسی ارتعاش در سایر حالت‌های عملکرد موتور در طول آزمایش‌های زمینی در جدول 2.1 ارائه شده است. همانطور که مشاهده می‌شود، متعادل‌سازی در تمام حالت‌ها تأثیر مثبتی بر ارتعاش Yak-52 داشته است.

جدول 2.1. ارتعاش آزمایش زمین پس از بالانس
#قدرت، %دور در دقیقهسرعت ارتعاش RMS، میلی‌متر بر ثانیه
16011534.2
26512572.6
37013452.1
48215721.25

علاوه بر این، در طول آزمایش‌های زمینی، روند واضحی از کاهش قابل توجه ارتعاش با افزایش فرکانس چرخش ملخ مشاهده شد. این امر را می‌توان با جدا شدن بیشتر فرکانس چرخش ملخ از فرکانس نوسان طبیعی هواپیما روی شاسی (احتمالاً 20 هرتز) توضیح داد که در فرکانس‌های چرخش بالاتر رخ می‌دهد.

۲.۵. ارتعاش در حین پرواز قبل و بعد از تنظیم کمک فنر

علاوه بر آزمایش‌های ارتعاش زمینی پس از بالانس پروانه (بخش 2.3)، اندازه‌گیری‌های ارتعاش یاک-52 در حین پرواز نیز انجام شد.

ارتعاش در حین پرواز در کابین خلبان دوم در جهت عمودی با استفاده از یک آنالایزر طیف قابل حمل AD-3527 ساخت A&D (ژاپن) در محدوده فرکانسی 5 تا 200 (500) هرتز اندازه‌گیری شد. اندازه‌گیری‌ها در پنج حالت اصلی سرعت موتور انجام شد: 60%، 65%، 70%، 82% و 94% با حداکثر فرکانس چرخش.

نتایج به‌دست‌آمده قبل از تنظیم کمک‌فنرها در جدول 2.2 ارائه شده است.

جدول ۲.۲. اجزای طیف ارتعاش در حین پرواز (قبل از تنظیم جاذب)
# سرعت پروانه اجزای طیف ارتعاش،,
فرکانس (CPM) / دامنه (میلی‌متر بر ثانیه)		 VΣ,
میلی‌متر بر ثانیه
%دور در دقیقه Vپی۱ Vn Vج1 Vپی۲ Vسی۲ Vپی۴ Vسی3 Vپی۵
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 = هارمونیک‌های پروانه (اول، دوم، چهارم، پنجم)   Vn = کمپرسور/سنسور فرکانس   Vج1, Vسی۲, Vسی3 = میل لنگ اول، دوم، سوم مقدار بالا = فرکانس (CPM)، مقدار پایین = دامنه (میلی‌متر بر ثانیه).

طیف ارتعاش در کابین Yak-52 در حالت 60%
شکل 2.3 طیف ارتعاش در حالت 60%
طیف ارتعاش در کابین Yak-52 در حالت 94%
شکل 2.4. طیف ارتعاش در حالت 94%

همانطور که از جدول 2.2 مشاهده می‌شود، اجزای اصلی ارتعاش در فرکانس چرخش پروانه V ظاهر می‌شوند.پی۱, ، فرکانس میل لنگ Vج1, ، کمپرسور هوا (و/یا سنسور فرکانس) درایو Vn, و هارمونیک‌های بالاتر آنها.

حداکثر ارتعاش کل VΣ در حالت‌های 82% (1580 دور در دقیقه) و 94% (1830 دور در دقیقه) یافت شد. مؤلفه غالب در این حالت‌ها در هارمونیک دوم فرکانس چرخش میل‌لنگ V ظاهر می‌شود.سی۲, که در ۴۸۰۰ سیکل در دقیقه به ۱۲.۵ میلی‌متر بر ثانیه و در ۵۵۲۰ سیکل در دقیقه به ۱۵.۸ میلی‌متر بر ثانیه می‌رسد.

می‌توان فرض کرد که این مؤلفه با گروه پیستون (فرآیندهای ضربه‌ای که در طول حرکت مضاعف پیستون‌ها در هر یک دور میل‌لنگ رخ می‌دهند) مرتبط است. افزایش شدید در حالت‌های 82% (اولین نامی) و 94% (برخاستن) به احتمال زیاد نه به دلیل نقص گروه پیستون، بلکه به دلیل نوسانات رزونانس موتور روی کمک‌فنرهای آن است. این نتیجه‌گیری توسط اندازه‌گیری‌های فرکانس طبیعی پشتیبانی می‌شود که فرکانس‌های سیستم تعلیق موتور را در 74 هرتز (4440 سیکل در دقیقه)، 94 هرتز (5640 سیکل در دقیقه) و 120 هرتز (7200 سیکل در دقیقه) نشان داد. دو مورد از این فرکانس‌ها - 74 هرتز و 94 هرتز - نزدیک به فرکانس‌های هارمونیک دوم میل‌لنگ در حالت‌های عملیاتی اسمی اول و برخاستن هستند.

با توجه به ارتعاشات قابل توجه یافت شده در Vسی۲, ، نیروی سفت کردن کمک فنرهای موتور بررسی و تنظیم شد. نتایج مقایسه‌ای در جدول 2.3 ارائه شده است.

جدول 2.3. لرزش قبل و بعد از تنظیم کمک فنر
#% دور در دقیقه
(قبل / بعد)		 Vپی۱ Vسی۲
قبل ازبعد ازقبل ازبعد از
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

مقدار بالا = فرکانس (CPM)، مقدار پایین = دامنه (میلی‌متر بر ثانیه).

همانطور که از جدول 2.3 مشاهده می‌شود، تنظیم جاذب منجر به تغییرات قابل توجهی در اجزای اصلی ارتعاش هواپیما نشد.

همچنین باید توجه داشت که مولفه عدم تعادل پروانه Vپی۱ در حالت‌های ۸۲۱TP3T و ۹۴۱TP3T به ترتیب ۳ تا ۷ برابر کمتر از V استسی۲ در آن حالت‌ها. در حالت‌های پروازی دیگر، Vپی۱ از ۲.۸ تا ۴.۴ میلی‌متر بر ثانیه متغیر است و تغییرات آن بین حالت‌ها عمدتاً نه با کیفیت متعادل‌سازی، بلکه با درجه‌ی انحراف از فرکانس‌های طبیعی عناصر سازه‌ای هواپیما تعیین می‌شود.

۲.۶ نتیجه‌گیری

2.6.1.

متعادل کردن پروانه یاک-۵۲ در فرکانس چرخش ۱۱۵۰ دور در دقیقه (۶۰۱TP3T) امکان کاهش لرزش در فرکانس چرخش پروانه از ۱۰.۲ میلی‌متر بر ثانیه به ۴.۲ میلی‌متر بر ثانیه را فراهم کرد. با توجه به تجربه انباشته شده در طول متعادل کردن پروانه‌های هر دو هواپیمای یاک-۵۲ و سوخو-۲۹ با استفاده از دستگاه "Balanset-1"، امکان واقعی دستیابی به کاهش بیشتر سطح لرزش وجود دارد - به ویژه با انتخاب فرکانس چرخش بالاتر پروانه در طول متعادل کردن، که امکان جدا شدن بیشتر از فرکانس طبیعی نوسانات هواپیما با فرکانس ۲۰ هرتز (۱۲۰۰ سیکل در دقیقه) شناسایی شده در طول اندازه‌گیری‌ها را فراهم می‌کند.

2.6.2.

همانطور که آزمایش‌های ارتعاش پرواز نشان می‌دهد (به جداول 2.2 و 2.3 مراجعه کنید)، طیف ارتعاش هواپیمای Yak-52 علاوه بر ارتعاش در فرکانس چرخش پروانه V، شامل موارد زیر نیز می‌شود:پی۱, ، چندین مؤلفه مهم دیگر - مرتبط با میل لنگ Vج1, Vسی۲, Vسی3, ، گروه پیستون موتور، و کمپرسور هوا (و/یا سنسور فرکانس) محرک Vn.

در حالت‌های سرعت ۶۰۱TP3T، ۶۵۱TP3T و ۷۰۱TP3T، این مؤلفه‌ها از نظر بزرگی با مؤلفه عدم تعادل پروانه V قابل مقایسه هستند.پی۱. در نتیجه، حتی حذف کامل ارتعاش ناشی از عدم تعادل پروانه، باعث کاهش کل ارتعاش هواپیما در این حالت‌ها تا حداکثر ۱.۵ برابر می‌شود.

2.6.3.

حداکثر ارتعاش کل VΣ از هواپیمای Yak-52 در حالت‌های سرعت 82% (1580 دور در دقیقه پروانه) و 94% (1830 دور در دقیقه پروانه) یافت شد. مؤلفه غالب این ارتعاش در هارمونیک دوم فرکانس چرخش میل لنگ V ظاهر می‌شود.سی۲, ، به ترتیب در فرکانس‌های ۴۸۰۰ سیکل در دقیقه و ۵۵۲۰ سیکل در دقیقه، که در آنها به مقادیر ۱۲.۵ میلی‌متر در ثانیه و ۱۵.۸ میلی‌متر در ثانیه می‌رسد.

همانطور که در بخش‌های ۲.۵ و ۲.۲ نشان داده شده است، افزایش شدید این مؤلفه در حالت‌های نشان داده شده به احتمال زیاد نه به دلیل نقص گروه پیستون، بلکه به دلیل نوسانات رزونانس موتور روی کمک‌فنرهای آن است. تنظیم نیروی سفت‌کننده کمک‌فنر که در طول آزمایش‌ها انجام شد، منجر به تغییرات قابل توجهی در سطح ارتعاش نشد.

این وضعیت احتمالاً می‌تواند یک سهل‌انگاری در طراحی تلقی شود (ساخت و ساز مصنوعی) از توسعه‌دهندگان هواپیما، که در هنگام انتخاب سیستم نصب موتور (سیستم تعلیق) در بدنه هواپیما پذیرفته شده‌اند.

2.6.4.

داده‌های به‌دست‌آمده در طول فرآیند بالانس پروانه و آزمایش‌های ارتعاش انجام‌شده‌ی اضافی نشان می‌دهد که پایش ارتعاش دوره‌ای می‌تواند برای ارزیابی تشخیصی وضعیت فنی موتور هواپیما، از جمله ارزیابی وضعیت گروه پیستون، میل‌لنگ، یاتاقان‌های موتور و درایو کمپرسور هوا مفید باشد.

چنین کاری را می‌توان، به عنوان مثال، با استفاده از دستگاه "Balanset-1" (که در حال حاضر به عنوان ... تولید می‌شود) انجام داد. بالانس-1a) ، در نرم‌افزاری که عملکرد تحلیل ارتعاش طیفی در آن پیاده‌سازی شده است.

۳. بالانس کردن ملخ MTV-9-KC/CL 260-27 و بررسی ارتعاشات Su-29

3.1. معرفی

در 15 ژوئن 2014، کار بر روی متعادل‌سازی پروانه سه پره از نوع MTV-9-KC/CL 260-27 که روی موتور هوایی M-14P هواپیمای آکروباتیک Su-29 نصب شده بود، انجام شد.

طبق اطلاعات ارائه شده توسط سازنده (MT-Propeller)، پروانه مورد نظر از قبل به صورت استاتیکی بالانس شده بود، همانطور که از وجود وزنه اصلاحی نصب شده در کارخانه سازنده روی پروانه در صفحه ۱ مشهود است.

بالانس پروانه، که مستقیماً روی شفت خروجی گیربکس Su-29 (یعنی در محل نصب دائمی آن) نصب شده بود، با استفاده از کیت بالانس ارتعاش "Balanset-1" با شماره سریال 149 انجام شد.

طرح اندازه‌گیری (شکل ۳.۱) به‌طورکلی مشابه طرح مورد استفاده برای Yak-۵۲ بود. حسگر ارتعاش (شتاب‌سنج) 1 با استفاده از یک پایه مغناطیسی روی یک براکت مخصوص، روی محفظه گیربکس موتور نصب شد. حسگر زاویه فاز لیزری 2 به همین ترتیب روی محفظه گیربکس نصب شده و به سمت علامت بازتابنده اعمال شده روی یکی از پره‌های پروانه جهت‌گیری شده بود. سیگنال‌های آنالوگ از حسگرها از طریق کابل‌ها به واحد اندازه‌گیری دستگاه "Balanset-1" منتقل می‌شدند، جایی که پردازش دیجیتال اولیه انجام می‌شد. پس از آن، سیگنال‌ها به صورت دیجیتال وارد کامپیوتر می‌شدند، جایی که پردازش نرم‌افزاری انجام می‌شد و جرم و زاویه وزنه اصلاحی مورد نیاز برای جبران عدم تعادل پروانه محاسبه می‌شد.

طرح اندازه‌گیری برای متعادل‌سازی پروانه سوخو-۲۹
شکل 3.1 طرح اندازه‌گیری برای متعادل‌سازی پروانه Su-29.
زک — چرخ دنده اصلی؛ Zج — ماهواره‌ها؛ Zn — چرخ دنده ثابت.

قبل از این کار، و با در نظر گرفتن تجربه حاصل از متعادل‌سازی پروانه یاک-۵۲، مطالعات بیشتری انجام شد:

  • تعیین فرکانس‌های طبیعی نوسانات موتور و پروانه سوخو-۲۹؛;
  • بررسی بزرگی و ترکیب طیفی ارتعاش پایه در کابین خلبان دوم قبل از متعادل‌سازی.

۳.۲ فرکانس‌های طبیعی نوسانات موتور و پروانه

با استفاده از همان روش تحریک ضربه با آنالیزور AD-3527، شش فرکانس اصلی در طیف سیستم تعلیق موتور شناسایی شدند (شکل 3.2): 16 هرتز، 22 هرتز، 37 هرتز، 66 هرتز، 88 هرتز، 120 هرتز.

فرکانس‌های طبیعی سیستم تعلیق موتور سوخو-۲۹
شکل 3.2. طیف فرکانس‌های طبیعی سیستم تعلیق موتور Su-29

فرکانس‌های ۶۶ هرتز، ۸۸ هرتز و ۱۲۰ هرتز احتمالاً مستقیماً با ویژگی‌های سیستم نصب موتور (سیستم تعلیق) در بدنه هواپیما مرتبط هستند. فرکانس‌های ۱۶ هرتز و ۲۲ هرتز به احتمال زیاد با نوسانات طبیعی کل هواپیما روی شاسی آن مرتبط هستند. در مورد فرکانس ۳۷ هرتز، احتمالاً مربوط به فرکانس طبیعی نوسانات پره پروانه هواپیما است.

این فرض آخر با نتایج اندازه‌گیری فرکانس‌های طبیعی نوسانات پره‌های پروانه (شکل 3.3) تأیید می‌شود، که در طیف آن سه فرکانس اصلی شناسایی شده است: ۳۷ هرتز، ۱۰۰ هرتز و ۱۷۴ هرتز.

فرکانس‌های طبیعی پره‌های پروانه سوخو-۲۹
شکل 3.3. طیف فرکانس‌های طبیعی پره‌های پروانه Su-29

آگاهی از فرکانس‌های طبیعی سیستم تعلیق موتور و پره‌های ملخ Su-29 از اهمیت عملی قابل توجهی برخوردار است. اولاً، این امر امکان انتخاب موجه فرکانس چرخش ملخ برای متعادل‌سازی را فراهم می‌کند و حداکثر جدا شدن از رزونانس‌های ساختاری هواپیما را تضمین می‌کند. ثانیاً، همانطور که در بخش‌های بعدی این گزارش نشان داده خواهد شد، مبنای لازم را برای تفسیر و تشخیص صحیح علل ارتعاش مشاهده شده در حالت‌های مختلف عملکرد موتور فراهم می‌کند.

۳.۳ ارتعاش کابین در حالت پایه قبل از بالانس

قبل از انجام فرآیند متعادل‌سازی، اندازه‌گیری‌های سطح ارتعاش پایه در کابین خلبان دوم Su-29 انجام شد. همانند مورد Yak-52، ارتعاش در جهت عمودی با استفاده از دستگاه طیف‌سنج قابل حمل AD-3527 ساخت شرکت A&D (ژاپن) در محدوده فرکانسی 5 تا 200 هرتز اندازه‌گیری شد. اندازه‌گیری‌ها در چهار حالت اصلی سرعت موتور، مربوط به 60%، 65%، 70% و 82% از حداکثر فرکانس چرخش پروانه انجام شد.

نتایج این اندازه‌گیری‌ها در جدول 3.1 ارائه شده است.

جدول 3.1. اجزای طیف ارتعاش قبل از بالانس (Su-29)
# سرعت پروانه اجزای طیف ارتعاش،,
فرکانس (CPM) / دامنه (میلی‌متر بر ثانیه)		 VΣ,
میلی‌متر بر ثانیه
%دور در دقیقه Vپی۱ Vn Vج1 Vص3 Vسی۲ Vپی۴ Vسی3 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 = هارمونیک‌های پروانه (اول، سوم، چهارم)   Vn = کمپرسور/سنسور فرکانس   Vج1, Vسی۲ = میل لنگ اول، دوم V? = مؤلفه ناشناخته. مقدار بالا = فرکانس (CPM)، مقدار پایین = دامنه (میلی‌متر بر ثانیه).

اجزای اصلی ارتعاش در فرکانس چرخش پروانه V ظاهر می‌شوند.پی۱, ، میل لنگ Vج1, ، درایو کمپرسور Vn, و هارمونیک دوم میل لنگ Vسی۲ (که در مورد پروانه سه پره ممکن است با فرکانس عبور پره V نیز مطابقت داشته باشد)ص3).

در طیف حالت 60%، یک جزء ناشناخته با فرکانس 6120 سیکل در دقیقه نیز یافت شد که احتمالاً ناشی از رزونانس در فرکانس تقریباً 100 هرتز - یکی از فرکانس‌های طبیعی پره پروانه - بوده است.

حداکثر ارتعاش کل (11.5 میلی‌متر بر ثانیه) در حالت 70% مشاهده شد. مؤلفه غالب در این حالت V است.سی۲ با سرعت ۴۰۲۰ سیکل در دقیقه، به ۱۰.۸ میلی‌متر در ثانیه می‌رسد. این افزایش شدید در ۷۰۱TP3T احتمالاً به دلیل نوسانات رزونانس سیستم تعلیق موتور نزدیک به ۶۷ هرتز (۴۰۲۰ سیکل در دقیقه) است.

همچنین باید توجه داشت که علاوه بر تحریکات ضربه‌ای از گروه پیستون، ارتعاش در این ناحیه فرکانسی ممکن است تحت تأثیر نیروهای آیرودینامیکی در فرکانس عبور پره پروانه (V) نیز قرار گیرد.ص3). در حالت‌های 65% و 82%، افزایش قابل توجهی در Vسی۲ (Vص3) نیز مشاهده می‌شود که به همین ترتیب می‌توان آن را با نوسانات رزونانس اجزای مختلف هواپیما توضیح داد.

مولفه عدم تعادل پروانه Vپی۱ قبل از متعادل‌سازی، در حالت‌های مختلف از ۲.۴ تا ۵.۷ میلی‌متر بر ثانیه متغیر بود، که عموماً کمتر از V بودسی۲ در حالت‌های مربوطه. تغییر آن بین حالت‌ها نه تنها با کیفیت تعادل، بلکه با میزان انحراف از فرکانس‌های طبیعی عناصر ساختاری هواپیما نیز تعیین می‌شود.

3.4. نتایج متعادل سازی

بالانس پروانه در یک صفحه با فرکانس چرخش ۱۳۵۰ دور در دقیقه و با استفاده از دو بار اندازه‌گیری (روش کلاسیک ضرایب تأثیر) انجام شد. پروتکل کامل بالانس در ... آورده شده است. پیوست 1.

روش متعادل‌سازی شامل عملیات زیر بود:

  1. در طول اولین اجرا (حالت اولیه)، دامنه و فاز ارتعاش در فرکانس چرخش پروانه تعیین شد.
  2. در طول اجرای دوم، دامنه و فاز ارتعاش پس از نصب یک جرم آزمایشی با وزن معلوم روی پروانه تعیین شد.
  3. بر اساس این نتایج اندازه‌گیری، نرم‌افزار جرم و زاویه نصب وزنه اصلاحی در صفحه ۱ را که برای جبران عدم تعادل پروانه لازم است، محاسبه کرد.

نتیجه: پس از نصب وزنه اصلاحی ۴۰.۹ گرم, ، ارتعاش از ۶.۷ میلی‌متر بر ثانیه به ۱.۵ میلی‌متر بر ثانیه. در سایر حالت‌های سرعت، ارتعاش مرتبط با عدم تعادل پروانه در محدوده باقی ماند. ۱–۲.۵ میلی‌متر بر ثانیه.

به دلیل آسیب تصادفی به پروانه در طول پرواز آموزشی، تأیید کیفیت تعادل در پرواز انجام نشد.

انحراف قابل توجه از تعادل کارخانه. لازم به ذکر است که نتیجه به دست آمده در طول بالانس میدانی با نتیجه بالانس انجام شده در کارخانه تولیدی تفاوت قابل توجهی دارد:

  • لرزش در فرکانس چرخش پروانه پس از بالانس میدانی در محل نصب دائمی (روی شفت خروجی گیربکس Su-29) در مقایسه با حالت اولیه (یعنی در مقایسه با شرایط بالانس شده کارخانه) بیش از 4 برابر کاهش یافت.;
  • وزنه اصلاحی نصب شده در حین متعادل‌سازی میدانی تقریباً جابجا شد ۱۳۰ درجه نسبت به وزن اصلاحی نصب شده در کارخانه سازنده (MT-Propeller).

وزنه اصلاحی نصب شده در کارخانه تولید برداشته نشده از پروانه در حین متعادل‌سازی میدان اضافی.

دلایل اختلاف ذکر شده ممکن است موارد زیر باشد:

  • خطاهای سیستم اندازه‌گیری پایه تعادل در کارخانه سازنده (به نظر می‌رسد این دلیل کمترین احتمال را دارد)؛;
  • خطاهای هندسی (عدم دقت) سطوح نصب اسپیندل دستگاه متعادل کننده در کارخانه تولید، که باعث انحراف شعاعی پروانه روی اسپیندل می‌شود.;
  • خطاهای هندسی (عدم دقت) سطوح نصب شفت خروجی گیربکس در هواپیمای Su-29، که باعث انحراف شعاعی پروانه هنگام نصب روی شفت گیربکس می‌شود.

۳.۵ نتیجه‌گیری

3.5.1.

متعادل کردن پروانه هواپیمای Su-29 در یک صفحه با فرکانس چرخش پروانه 1350 دور در دقیقه (70%) باعث کاهش لرزش در فرکانس چرخش پروانه از 6.7 میلی‌متر بر ثانیه در حالت اولیه به 1.5 میلی‌متر بر ثانیه پس از متعادل‌سازی شد. لرزش مرتبط با عدم تعادل پروانه در سایر حالت‌های سرعت موتور نیز به طور قابل توجهی کاهش یافت و در محدوده 1 تا 2.5 میلی‌متر بر ثانیه باقی ماند.

3.5.2.

برای روشن شدن دلایل نتایج نامطلوب متعادل‌سازی پروانه در کارخانه تولید (MT-Propeller)، لازم است میزان انحراف شعاعی پروانه روی شفت خروجی گیربکس موتور هواپیمای Su-29 بررسی شود.

پیوست ۱: پروتکل متعادل‌سازی

پروتکل متعادل کننده

ملخ MTV-9-KC/CL 260-27 هواپیمای آکروباتیک Su-29

۱. مشتری: وی دی چووکوف

۲. محل نصب: شفت خروجی گیربکس Su-29

۳. نوع پروانه: MTV-9-KC/CL 260-27

۴. روش متعادل‌سازی: مونتاژ شده در محل (در یاتاقان‌های خود)، یک صفحه

۵. متعادل کردن دور موتور (RPM): 1350

۶. دستگاه متعادل کننده: ""بالانست-1"، شماره سریال. 149، ویبرومرا

۷. استانداردهای مورد استفاده: ISO 1940-1 - الزامات کیفیت تعادل برای روتورهای صلب.

۸. تاریخ: 15.06.2014

۹. خلاصه نتایج متعادل‌سازی:

#اندازه‌گیریلرزش، میلی متر بر ثانیهعدم تعادل، g·mm
1قبل از متعادل‌سازی *6.76135
2بعد از متعادل کردن1.51350
تحمل ISO 1940 برای کلاس G 6.31500

* عمل بالانس با وزنه اصلاحی نصب شده توسط کارخانه که روی پروانه باقی مانده بود، انجام شد.

۱۰. یافته‌ها:

10.1. لرزش باقیمانده (عدم تعادل) پس از متعادل کردن پروانه روی شفت خروجی گیربکس Su-29 در مقایسه با حالت اولیه بیش از 4 برابر کاهش یافت.

10.2. پارامترهای وزن اصلاحی (جرم، زاویه) با پارامترهای نصب شده توسط سازنده (MT-Propeller) تفاوت قابل توجهی دارند. یک وزن اصلاحی اضافی ۴۰.۹ گرمی نصب شد که ۱۳۰ درجه نسبت به وزن کارخانه‌ای تغییر جهت داد. وزن کارخانه‌ای برداشته نشد.

برای شناسایی علت خاص، لازم است:

  • سیستم اندازه‌گیری و دقت هندسی نصب اسپیندل روی دستگاه متعادل‌کننده سازنده را بررسی کنید.;
  • میزان شعاعی پروانه را روی شافت خروجی گیربکس Su-29 بررسی کنید.

مجری:

متخصص ارشد، ویبرومارا
وی دی فلدمن

سوالات متداول

بالانس پروانه میدانی چیست و چرا اهمیت دارد؟

بالانس ملخ میدانی با نصب ملخ روی هواپیما و با سرعت عملیاتی انجام می‌شود. برخلاف بالانس استاتیک کارخانه‌ای (که خارج از هواپیما انجام می‌شود)، این روش شرایط واقعی نصب را در نظر می‌گیرد: تلرانس‌های گیربکس، هندسه نصب و کل سیستم دینامیکی هواپیما. در مورد Su-29 ما، وزن اصلاحی مورد نیاز در محل، ۱۳۰ درجه نسبت به وزن نصب شده در کارخانه تغییر کرد - که نشان می‌دهد بالانس کارخانه‌ای به تنهایی ممکن است برای نتایج بهینه کافی نباشد.

برای بالانس کردن ملخ هواپیما به چه تجهیزاتی نیاز است؟

کیت متعادل‌سازی Balanset-1A شامل یک حسگر ارتعاش (شتاب‌سنج)، یک حسگر زاویه فاز لیزری (تاکومتر)، یک واحد رابط USB برای پردازش سیگنال دیجیتال و یک کامپیوتر با نرم‌افزار متعادل‌سازی است. حسگرها با استفاده از یک پایه و براکت مغناطیسی به محفظه گیربکس موتور نصب می‌شوند. یک علامت نوار بازتابنده روی یکی از پره‌های پروانه به عنوان مرجع فاز عمل می‌کند.

دور موتور متعادل کننده چگونه انتخاب می‌شود؟

فرکانس چرخش برای متعادل‌سازی باید حداکثر انحراف از فرکانس‌های طبیعی عناصر ساختاری هواپیما (سیستم تعلیق موتور، پره‌های ملخ، بدنه هواپیما) را فراهم کند. علاوه بر این، دور موتور انتخاب شده باید اندازه‌گیری‌های ارتعاش پایدار را در دامنه و فاز از یک دور تا دور دیگر ارائه دهد. برای Yak-52، 1150 دور در دقیقه (60%) و برای Su-29، 1350 دور در دقیقه (70%) انتخاب شد.

چه میزان ارتعاشی پس از بالانس قابل قبول است؟

طبق استاندارد ISO 1940 برای کلاس G 6.3، عدم تعادل باقیمانده نباید از 1500 گرم بر میلی‌متر مربع تجاوز کند. در عمل، نتایج خوب، ارتعاش کمتر از 2.5 میلی‌متر بر ثانیه RMS در فرکانس چرخش پروانه را به همراه دارد. در Su-29، تعادل 1.5 میلی‌متر بر ثانیه با عدم تعادل باقیمانده 1350 گرم بر میلی‌متر مربع - در محدوده تلرانس ISO - حاصل شد.

آیا بالانس پروانه می‌تواند تمام ارتعاشات هواپیما را از بین ببرد؟

خیر. طیف ارتعاش یک هواپیمای پیستونی شامل اجزایی از میل لنگ، گروه پیستون، محرک کمپرسور هوا و رزونانس‌های ساختاری است. تجزیه و تحلیل ما از Yak-52 نشان داد که حتی حذف کامل عدم تعادل پروانه، ارتعاش کل را در اکثر حالت‌های عملیاتی بیش از حدود ۱.۵ برابر کاهش نمی‌دهد. در حالت‌های ۸۲۱TP3T و ۹۴۱TP3T، هارمونیک دوم میل لنگ با ضریب ۳ تا ۷ بر ارتعاش کل نسبت به جزء پروانه غالب بود.

ملخ‌های هواپیما هر چند وقت یکبار باید بالانس شوند؟

پروانه‌ها باید در طول بازرسی‌های اصلی، پس از تعمیرات یا آسیب، و هر زمان که لرزش بیش از حد مشاهده می‌شود، بالانس شوند. هواپیماهای آکروباتیک ممکن است به دلیل بارگذاری تنش بالاتر، نیاز به بالانس مکرر داشته باشند. پایش دوره‌ای ارتعاش با استفاده از آنالیز طیفی (موجود در نرم‌افزار Balanset-1A) همچنین می‌تواند به عنوان یک ابزار تشخیصی برای ارزیابی وضعیت موتور عمل کند.

چه مدل‌هایی از بالانس ست برای بالانس پروانه موجود است؟

ویبرومرا چندین مدل مناسب برای بالانس پروانه و روتور ارائه می‌دهد: بالانس-1a (۱۹۷۵ یورو) یک سیستم قابل حمل دو کاناله است که در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است. بالانسنت-۱A اوریجینال (€1,735) is an integration-ready version for workshops and maintenance organizations; the بالانسنت-۴ (۶۸۰۳ یورو) یک سیستم چهار کاناله برای کارهای پیچیده بالانس چند صفحه‌ای است. همه مدل‌ها شامل قابلیت آنالیز ارتعاش طیفی هستند و با سنسورهای ارتعاش، تاکومتر لیزری، سخت‌افزار نصب مغناطیسی و نرم‌افزار کامپیوتر ارائه می‌شوند.

آیا ویبرومرا می‌تواند به عنوان یک سرویس، بالانس پروانه را در محل انجام دهد؟

بله. ویبرومرا علاوه بر تولید و فروش تجهیزات بالانس، خدمات بالانس میدانی را برای ماشین‌آلات دوار ارائه می‌دهد. برای سازمان‌هایی که به تجهیزات بالانس مخصوص به خود نیاز ندارند، یا برای کارهای پیچیده و یکباره، متخصصان ویبرومرا می‌توانند با استفاده از همان ابزار بالانس شرح داده شده در این گزارش، بالانس دینامیکی را در محل انجام دهند. سوالات مربوط به خدمات را می‌توان از طریق صفحه تماس.