Yhteenveto: Tämä suunnitteluraportti dokumentoi kannettavan Balanset-1-laitteen ensimmäisen onnistuneen käytön lentokoneiden potkurien kenttätasapainotukseen. Työtä tehtiin M-14P-moottoreilla varustetuilla Yak-52- (kaksilapainen potkuri) ja Su-29- (kolmilapainen MTV-9-KC/CL 260-27 potkuri) -lentokoneilla touko-heinäkuussa 2014. Keskeiset havainnot: Yak-52:n potkurin värähtely väheni 10,2:sta 4,2 mm/s:iin; Su-29:n 6,7:stä 1,5 mm/s:iin (yli 4-kertainen vähennys). Raportissa esitetään myös yksityiskohtainen värähtelyspektrianalyysi useilla toimintatiloilla ja tunnistetaan hallitsevat värähtelylähteet, mukaan lukien kampiakselin harmoniset yliaallot ja rakenteelliset resonanssit.

1. Esipuhe

Kaksi ja puoli vuotta sitten yrityksemme aloitti Balanset-1-laitteen sarjatuotannon, joka on suunniteltu tasapainottamaan pyöriviä mekanismeja omissa laakereissaan.

Tähän mennessä on valmistettu yli 180 sarjaa. Niitä käytetään tehokkaasti useilla eri teollisuudenaloilla, mukaan lukien puhaltimien, puhaltimien, sähkömoottoreiden, konekarojen, pumppujen, murskainten, erottimien, sentrifugien, kardaani- ja kampiakselikokoonpanojen sekä vastaavien mekanismien tuotanto ja käyttö.

Vibromera on viime aikoina saanut paljon tiedusteluja organisaatioilta ja yksityishenkilöiltä koskien laitteiden käyttömahdollisuuksia lentokoneiden ja helikoptereiden potkurien tasapainottamiseen kenttäolosuhteissa.

Valitettavasti asiantuntijamme, vaikka heillä on vuosien kokemus erilaisten koneiden tasapainottamisesta, eivät olleet koskaan aiemmin käsitelleet tätä erityistä ongelmaa. Asiakkaillemme antamamme neuvot ja suositukset olivat siksi melko yleisluontoisia eivätkä aina mahdollistaneet tehtävän tehokasta ratkaisemista.

Tilanne alkoi muuttua parempaan suuntaan tänä keväänä VD Chvokovin aktiivisen osallistumisen ansiosta. Hän organisoi ja osallistui kanssamme ohjaamiensa Jak-52- ja Su-29-koneiden potkurien tasapainotustyöhön.

Jak-52-lentokone lentokentällä
Kuva 1.1. Jak-52 lentokentällä
Su-29-lentokone pysäköintialueella
Kuva 1.2. Su-29 pysäköintialueella

Tämän työn aikana hankittiin tiettyjä taitoja ja kehitettiin tekniikka lentokoneiden potkurien tasapainottamiseksi kenttäolosuhteissa käyttämällä "Balanset-1" -laitetta, mukaan lukien:

  • tärinä- ja vaihekulma-antureiden asennuspaikkojen ja asennusmenetelmien määrittäminen lentokoneeseen;
  • lentokoneen useiden rakenneosien (moottorin jousitus, potkurin lavat) resonanssitaajuuksien määrittäminen;
  • moottorin pyörimistaajuuksien (toimintatilojen) tunnistaminen, jotka varmistavat tasapainotuksen aikana saavutettavissa olevan jäännösepätasapainon minimoinnin;
  • potkurin jäännösepätasapainon toleranssien määrittäminen.

Lisäksi saatiin mielenkiintoisia tietoja M-14P-moottoreilla varustettujen lentokoneiden tärinätasoista.

Alla on tämän työn tuloksista koottu raporttimateriaali. Tasapainotustulosten lisäksi niissä esitetään tietoja Yak-52- ja Su-29-koneiden värähtelytutkimuksista, jotka on saatu maa- ja lentokokeissa. Nämä tiedot voivat olla kiinnostavia sekä lentokoneiden lentäjille että niiden huoltoon osallistuville asiantuntijoille.

2. Jak-52:n tasapainotus- ja tärinätarkastus

2.1. Johdanto

Touko-heinäkuussa 2014 tehtiin M-14P-lentomoottorilla varustetun Jak-52-koneen värähtelymittauksia ja kaksilapaisen potkurin tasapainotusta.

Tasapainotus suoritettiin yhdessä tasossa käyttämällä "Balanset-1"-sarjaa, sarjanumero 149.

Mittauskaavio on esitetty kuvassa 2.1. Tasapainotuksen aikana värähtelyanturi (kiihtyvyysanturi) 1 asennettiin moottorin vaihdelaatikon etukannelle magneettikiinnityksellä erityisesti suunniteltuun kiinnikkeeseen. Laservaihekulma-anturi 2 asennettiin myös vaihdelaatikon kanteen ja suunnattiin kohti yhteen potkurin lapoihin kiinnitettyä heijastavaa merkkiä.

Antureiden analogiset signaalit lähetettiin kaapeleita pitkin "Balanset-1"-laitteen mittausyksikköön, jossa suoritettiin alustava digitaalinen käsittely. Nämä digitaalisessa muodossa olevat signaalit syötettiin sitten tietokoneeseen, jossa suoritettiin ohjelmistokäsittely ja laskettiin potkurin epätasapainon kompensoimiseksi tarvittavan korjauspainon massa ja kulma.

Mittauskaavio Yak-52-potkurin tasapainottamiseksi
Kuva 2.1. Mittauskaavio Jak-52-potkurin tasapainottamiseksi.
Zk — päävaihdepyörä; Zs — satelliitit; Zn — kiinteä hammaspyörä.

Tämän työn aikana, ottaen huomioon sekä Su-29:n että Yak-52:n potkurien tasapainottamisesta saadut kokemukset, tehtiin useita lisätutkimuksia:

  • Yak-52:n moottorin ja potkurin värähtelyjen luonnollisten taajuuksien määrittäminen;
  • värähtelyn suuruuden ja spektrikoostumuksen mittaaminen toisen ohjaajan ohjaamossa lennon aikana potkurin tasapainotuksen jälkeen;
  • tärinän mittaus potkurin tasapainotuksen ja moottorin iskunvaimentimien kiristysvoiman säädön jälkeen.

2.2. Moottorin ja potkurin värähtelyjen luonnolliset taajuudet

Lentokoneen rungon iskunvaimentimiin asennettujen moottorien värähtelyjen ominaistaajuudet määritettiin A&D:n (Japani) AD-3527-spektrianalysaattorilla iskuherätteen avulla.

Jak-52-moottorin jousituksen luonnollisten värähtelyjen spektrissä (kuva 2.2) tunnistettiin neljä päätaajuutta: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz.

Jak-52-moottorin jousituksen luonnollisten taajuuksien spektri
Kuva 2.2. Jak-52-moottorin jousituksen luonnollisten taajuuksien spektri

Taajuudet 74 Hz, 94 Hz ja 120 Hz liittyvät todennäköisesti moottorin kiinnityksen (jousituksen) ominaisuuksiin lentokoneen runkoon nähden. Taajuus 20 Hz liittyy todennäköisimmin lentokoneen luonnollisiin värähtelyihin sen laskutelineiden alustalla.

Potkurin lapojen ominaistaajuudet määritettiin myös törmäysherätemenetelmällä. Tunnistettiin neljä päätaajuutta: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz ja 134 Hz.

Moottorin jousituksen ja potkurin lapojen luonnollisten värähtelyjen taajuuksia koskevat tiedot ovat ensisijaisesti tärkeitä potkurin pyörimistaajuuden valinnassa tasapainotuksen aikana. Tärkein edellytys tämän taajuuden valinnassa on varmistaa maksimaalinen poikkeama lentokoneen rakenneosien luonnollisista värähtelyjen taajuuksista, koska resonanssitaajuuksilla värähtelymittausten tarkkuus ja toistettavuus voivat heikentyä merkittävästi.

Lisäksi yksittäisten komponenttien luonnollisten taajuuksien tuntemus voi olla hyödyllistä tunnistettaessa tärinän jyrkkien lisääntymisten (resonanssi-ilmiöiden) syitä eri moottorin kierroslukutiloissa, joita voi esiintyä lentokoneen käytön aikana.

2.3. Tasapainottamisen tulokset

Kuten edellä todettiin, potkurin tasapainotus suoritettiin yhdessä tasossa, mikä kompensoi potkurin voimaepätasapainoa dynaamisesti.

Dynaaminen tasapainotus kahdessa tasossa (mikä lisäksi kompensoisi momenttien epätasapainoa) ei ollut mahdollista, koska Jak-52:n potkurin rakenne sallii vain yhden korjaustason.

Tasapainotus suoritettiin 1150 rpm:n pyörimistaajuudella (60%), jolla saatiin vakaimmat värähtelymittaukset sekä amplitudin että vaiheen suhteen ajosta toiseen.

Käytettiin klassista "kaksivaiheista" järjestelmää:

  1. Ensimmäisen ajokerran aikana määritettiin värähtelyn amplitudi ja vaihe potkurin pyörimistaajuudella alkutilassa.
  2. Toisen ajokerran aikana määritettiin värähtelyn amplitudi ja vaihe 7 g:n koemassan asentamisen jälkeen potkuriin.
  3. Näiden tietojen perusteella ohjelmisto laski: korjausmassan M = 19,5 g kulmassa Fahrenheit-asteikolla 32°.

Potkurin suunnitteluominaisuuksien vuoksi, jotka eivät mahdollistaneet korjauspainon asentamista vaadittuun 32° kulmaan, asennettiin kaksi vastaavaa painoa:

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

Tulos: Korjauspainojen asentamisen jälkeen tärinä väheni 1150 rpm:n nopeudella 10,2 mm/s että 4,2 mm/s. Todellinen epätasapaino pieneni arvosta 2340 g·mm arvoon 963 g·mm.

2.4. Tärinä muissa käyttötiloissa

Maakokeissa muilla moottorin käyttötiloilla tehtyjen tärinätarkastusten tulokset on esitetty taulukossa 2.1. Kuten voidaan nähdä, tasapainotus vaikutti positiivisesti Jak-52:n tärinään kaikissa tiloissa.

Taulukko 2.1. Maatestin tärinä tasapainotuksen jälkeen
#Virta, %KierroslukuRMS-värähtelynopeus, mm/s
16011534.2
26512572.6
37013452.1
48215721.25

Lisäksi maassa tehtyjen testien aikana havaittiin selkeä suuntaus, jossa värähtely vähenee huomattavasti potkurin pyörimistaajuuden kasvaessa. Tämä voidaan selittää potkurin pyörimistaajuuden suuremmalla poikkeamalla lentokoneen alustan luonnollisesta värähtelytaajuudesta (oletettavasti 20 Hz), mikä tapahtuu suuremmilla pyörimistaajuuksilla.

2.5. Tärinä lennon aikana ennen iskunvaimentimen säätöä ja sen jälkeen

Potkurin tasapainotuksen jälkeisten maassa tehtävien tärinäkokeiden (luku 2.3) lisäksi Jak-52:lle tehtiin tärinämittauksia myös lennon aikana.

Lennon aikainen tärinä mitattiin toisen ohjaajan ohjaamossa pystysuunnassa kannettavalla A&D:n (Japani) spektrianalysaattorilla AD-3527 taajuusalueella 5–200 (500) Hz. Mittaukset tehtiin viidellä päämoottorin kierroslukumoodilla: 60%, 65%, 70%, 82% ja 94% suurimmalla pyörimistaajuudella.

Ennen iskunvaimentimien säätöä saadut tulokset on esitetty taulukossa 2.2.

Taulukko 2.2. Tärinäspektrin komponentit lennon aikana (ennen vaimentimen säätöä)
# Potkurin nopeus Värähtelyspektrin komponentit,
taajuus (CPM) / amplitudi (mm/s)
VΣ,
mm/sek
%Kierrosluku Vs. 1 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 = potkurin harmoniset yliaallot (1., 2., 4., 5.)   Vn = kompressori/taajuusanturi   Vc1, Vc2, Vc3 = kampiakseli 1., 2., 3. Ylempi arvo = taajuus (CPM), alempi = amplitudi (mm/s).

Jak-52:n ohjaamon värähtelyspektri 60%-moodissa
Kuva 2.3. Tärinäspektri 60%-moodissa
Jak-52:n ohjaamon värähtelyspektri 94%-moodilla
Kuva 2.4. Tärinäspektri 94%-moodissa

Kuten taulukosta 2.2 nähdään, tärkeimmät värähtelykomponentit ilmenevät potkurin pyörimistaajuudella Vs. 1, kampiakselin taajuus Vc1, ilmakompressorin (ja/tai taajuusanturin) käyttölaite Vn, ja niiden korkeammat harmoniset aallot.

Suurin kokonaisvärähtely VΣ havaittiin 82% (1580 rpm) ja 94% (1830 rpm) -tiloissa. Näissä tiloissa dominoiva komponentti esiintyy kampiakselin pyörimistaajuuden V toisella harmonisella.c2, saavuttaen 12,5 mm/s nopeudella 4800 sykliä/min ja 15,8 mm/s nopeudella 5520 sykliä/min.

Voidaan olettaa, että tämä komponentti liittyy mäntäryhmään (iskuprosessit, jotka tapahtuvat mäntien kaksinkertaisen liikkeen aikana yhtä kampiakselin kierrosta kohden). Jyrkkä nousu 82% (ensimmäinen nimellisaktiivisuus) ja 94% (lähtöaktiivisuus) -tiloissa ei todennäköisesti johdu mäntäryhmän vioista, vaan moottorin resonanssivärähtelyistä iskunvaimentimissaan. Tätä johtopäätöstä tukevat ominaistaajuusmittaukset, jotka paljastivat moottorin jousituksen taajuuksiksi 74 Hz (4440 sykliä/min), 94 Hz (5640 sykliä/min) ja 120 Hz (7200 sykliä/min). Kaksi näistä – 74 Hz ja 94 Hz – ovat lähellä kampiakselin toista harmonista taajuutta ensimmäisessä nimellisaktiivisuus- ja lähtöaktiivisuustilassa.

V:ssä havaittavien merkittävien värähtelyjen vuoksic2, moottorin iskunvaimentimien kiristysvoima tarkastettiin ja säädettiin. Vertailutulokset on esitetty taulukossa 2.3.

Taulukko 2.3. Tärinä ennen iskunvaimentimen säätöä ja sen jälkeen
#% Kierrosluku
(ennen / jälkeen)
Vs. 1 Vc2
EnnenJälkeenEnnenJälkeen
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

Ylempi arvo = taajuus (CPM), alempi = amplitudi (mm/s).

Kuten taulukosta 2.3 nähdään, vaimentimen säätö ei johtanut merkittäviin muutoksiin lentokoneen tärkeimmissä värähtelykomponenteissa.

On myös huomattava, että potkurin epätasapainokomponentti Vs. 1 moodeissa 82% ja 94% on vastaavasti 3–7 kertaa pienempi kuin Vc2 näissä tiloissa. Muissa lentotiloissa Vs. 1 vaihtelee välillä 2,8 - 4,4 mm/s, ja sen muutokset moodien välillä eivät pääasiassa määräydy tasapainotuksen laadun, vaan lentokoneen rakenneosien ominaistaajuuksista poikkeaman asteen perusteella.

2.6. Johtopäätökset

2.6.1.

Jak-52:n potkurin tasapainottaminen 1150 rpm:n pyörimisnopeudella (60%) mahdollisti tärinän vähentämisen potkurin pyörimisnopeudella 10,2 mm/s:sta 4,2 mm/s:iin. Kun otetaan huomioon sekä Jak-52- että Su-29-koneiden potkurien tasapainottamisesta "Balanset-1"-laitteella kertynyt kokemus, on realistinen mahdollisuus saavuttaa vielä suurempi tärinätason aleneminen – erityisesti valitsemalla potkurin korkeampi pyörimistaajuus tasapainotuksen aikana, mikä mahdollistaisi suuremman poikkeaman mittausten aikana havaitusta lentokoneen luonnollisesta värähtelytaajuudesta 20 Hz:ssä (1200 sykliä/min).

2.6.2.

Kuten lentotärinätestit osoittavat (katso taulukot 2.2 ja 2.3), Jak-52-koneen värähtelyspektrit sisältävät potkurin pyörimistaajuudella V tapahtuvan värähtelyn lisäksis. 1, useita muita merkittäviä komponentteja – jotka liittyvät kampiakseliin Vc1, Vc2, Vc3, moottorin mäntäryhmä ja ilmakompressorin (ja/tai taajuusanturin) käyttölaite Vn.

Nopeustiloissa 60%, 65% ja 70% nämä komponentit ovat suuruudeltaan verrattavissa potkurin epätasapainokomponenttiin Vs. 1. Näin ollen potkurin epätasapainon aiheuttaman tärinän täydellinen poistaminen vähentäisi lentokoneen kokonaisvärähtelyä näissä tiloissa enintään noin 1,5-kertaisesti.

2.6.3.

Suurin kokonaisvärähtely VΣ Jak-52-koneen värähtelyä havaittiin nopeustiloissa 82% (potkurin nopeus 1580 rpm) ja 94% (potkurin nopeus 1830 rpm). Tämän värähtelyn hallitseva komponentti esiintyy kampiakselin pyörimistaajuuden V toisella harmonisella aallolla.c2, taajuuksilla 4800 sykliä/min ja 5520 sykliä/min, joilla se saavuttaa arvot 12,5 mm/s ja 15,8 mm/s.

Kuten kohdissa 2.5 ja 2.2 on esitetty, tämän komponentin jyrkkä nousu ilmoitetuissa tiloissa ei todennäköisesti johdu mäntäryhmän vioista, vaan moottorin resonanssivärähtelyistä iskunvaimentimissaan. Testien aikana suoritettu iskunvaimentimien kiristysvoiman säätö ei johtanut merkittäviin muutoksiin värähtelytasoissa.

Tätä tilannetta voidaan oletettavasti pitää suunnitteluvirheenä (esim.konstruktiivinen proshetti) lentokoneiden kehittäjistä, jotka myönnettiin lentokoneen rungon moottorin kiinnitys- (jousitus-) järjestelmän valinnan yhteydessä.

2.6.4.

Potkurin tasapainotuksen aikana saadut tiedot ja lisäksi tehdyt värähtelytestit viittaavat siihen, että säännöllinen värähtelyn seuranta voi olla hyödyllistä lentokoneen moottorin teknisen kunnon diagnostisessa arvioinnissa, mukaan lukien mäntäryhmän, kampiakselin, moottorin laakereiden ja ilmakompressorin käytön kunnon arviointi.

Tällainen työ voidaan suorittaa esimerkiksi käyttämällä "Balanset-1"-laitetta (tällä hetkellä valmistettu nimellä Balanset-1A), jonka ohjelmistossa spektraalisen värähtelyanalyysin toiminto on toteutettu.


3. Su-29:n MTV-9-KC/CL 260-27 -potkuri- ja värähtelytutkimuksen tasapainottaminen

3.1. Johdanto

15. kesäkuuta 2014 tehtiin töitä Su-29-taitolentokoneen M-14P-lentomoottoriin asennetun MTV-9-KC/CL 260-27 -tyyppisen kolmilapaisen potkurin tasapainottamiseksi.

Valmistajan (MT-Propeller) toimittamien tietojen mukaan ilmoitettu potkuri oli alustavasti staattisesti tasapainotettu, mistä on osoituksena potkuriin tehtaalla tasossa 1 asennettu korjauspaino.

Su-29-koneen vaihteiston lähtöakselille (eli pysyvän asennuksen paikalle) suoraan asennetun potkurin tasapainotus tehtiin Balanset-1-värähtelyn tasapainotussarjalla, sarjanumero 149.

Mittauskaavio (kuva 3.1) oli yleisesti ottaen samanlainen kuin Jak-52:ssa käytetty. Tärinäanturi (kiihtyvyysanturi) 1 asennettiin moottorin vaihdelaatikon koteloon magneettikiinnityksellä erityisesti suunniteltuun kiinnikkeeseen. Laservaihekulma-anturi 2 oli myös asennettu vaihteiston koteloon ja suunnattu kohti yhteen potkurin lapoihin kiinnitettyä heijastavaa merkkiä. Antureiden analogiset signaalit lähetettiin kaapeleita pitkin "Balanset-1"-laitteen mittausyksikköön, jossa suoritettiin alustava digitaalinen käsittely. Tämän jälkeen digitaalisessa muodossa olevat signaalit syötettiin tietokoneeseen, jossa suoritettiin ohjelmistokäsittely ja laskettiin potkurin epätasapainon kompensoimiseksi tarvittavan korjauspainon massa ja kulma.

Mittauskaavio Su-29-potkurin tasapainottamiseksi
Kuva 3.1. Mittauskaavio Su-29-potkurin tasapainottamiseksi.
Zk — päävaihdepyörä; Zc — satelliitit; Zn — kiinteä hammaspyörä.

Ennen tätä työtä ja ottaen huomioon Yak-52-potkurin tasapainottamisesta saadut kokemukset, tehtiin lisätutkimuksia:

  • Su-29-moottorin ja potkurin värähtelyjen luonnollisten taajuuksien määrittäminen;
  • toisen ohjaajan ohjaamon perusvärähtelyn suuruuden ja spektrikoostumuksen tarkistaminen ennen tasapainottamista.

3.2. Moottorin ja potkurin värähtelyjen luonnolliset taajuudet

Käyttämällä samaa törmäysherätemenetelmää AD-3527-analysaattorilla moottorin jousituksen spektristä tunnistettiin kuusi päätaajuutta (kuva 3.2): 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz.

Su-29-moottorin jousituksen luonnolliset taajuudet
Kuva 3.2. Su-29-moottorin jousituksen luonnollisten taajuuksien spektri

Taajuudet 66 Hz, 88 Hz ja 120 Hz liittyvät oletettavasti suoraan lentokoneen rungon moottorin kiinnitysjärjestelmän (jousitusjärjestelmän) erityispiirteisiin. Taajuudet 16 Hz ja 22 Hz liittyvät todennäköisimmin koko lentokoneen alustan luonnollisiin värähtelyihin. Taajuus 37 Hz liittyy todennäköisesti lentokoneen potkurin lavan luonnollisiin värähtelyihin.

Tätä viimeistä oletusta vahvistavat potkurin lapojen luonnollisten värähtelyjen taajuuksien mittaustulokset (kuva 3.3), joiden spektrissä tunnistettiin kolme päätaajuutta: 37 Hz, 100 Hz ja 174 Hz.

Su-29-potkurin lapojen luonnolliset taajuudet
Kuva 3.3. Su-29-potkurin lapojen luonnollisten taajuuksien spektri

Su-29:n moottorin jousituksen ja potkurin lapojen ominaistaajuuksien tuntemuksella on huomattava käytännön merkitys. Ensinnäkin se mahdollistaa potkurin pyörimistaajuuden perustellun valinnan tasapainotusta varten, mikä varmistaa maksimaalisen poikkeaman lentokoneen rakenteellisista resonansseista. Toiseksi se tarjoaa tarvittavan perustan moottorin eri käyttötiloissa havaittujen värähtelyjen syiden oikealle tulkinnalle ja diagnosoinnille, kuten tämän raportin seuraavissa osioissa osoitetaan.

3.3. Ohjaamon värähtelyn perustaso ennen tasapainotusta

Ennen tasapainotustoimenpiteen suorittamista mitattiin Su-29-koneen toisen ohjaajan ohjaamon värähtelytasojen lähtötaso. Kuten Jak-52:n tapauksessa, värähtely mitattiin pystysuunnassa A&D:n (Japani) kannettavalla spektrianalysaattorilla AD-3527 taajuusalueella 5–200 Hz. Mittaukset tehtiin neljällä päämoottorin kierroslukumoodilla, jotka vastaavat potkurin maksimipyörimistaajuutta 60%, 65%, 70% ja 82%.

Näiden mittausten tulokset on esitetty taulukossa 3.1.

Taulukko 3.1. Tärinäspektrin komponentit ennen tasapainotusta (Su-29)
# Potkurin nopeus Värähtelyspektrin komponentit,
taajuus (CPM) / amplitudi (mm/s)
VΣ,
mm/sek
%Kierrosluku Vs. 1 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 = potkurin harmoniset yliaallot (1., 3., 4.)   Vn = kompressori/taajuusanturi   Vc1, Vc2 = kampiakseli 1., 2. V? = tunnistamaton komponentti. Ylempi arvo = taajuus (CPM), alempi = amplitudi (mm/s).

Tärkeimmät värähtelykomponentit ilmenevät potkurin pyörimistaajuudella Vs. 1, kampiakseli Vc1, kompressorin käyttölaite Vn, ja toinen kampiakselin harmoninen Vc2 (joka kolmilapaisessa potkurin tapauksessa voi myös olla sama kuin lavan läpivirtaustaajuus Vs. 3).

60%-moodispektrissä havaittiin myös tunnistamaton komponentti nopeudella 6120 sykliä/min, joka mahdollisesti johtui noin 100 Hz:n resonanssista – yhdestä potkurin lavan luonnollisista taajuuksista.

Kokonaisvärähtelyn maksimiarvo (11,5 mm/s) havaittiin 70%-moodissa. Tämän moodin hallitseva komponentti on Vc2 nopeudella 4020 sykliä/min, saavuttaen nopeuden 10,8 mm/s. Tämä jyrkkä nousu kohdassa 70% johtuu todennäköisesti moottorin jousituksen resonanssivärähtelyistä lähellä 67 Hz:ä (4020 sykliä/min).

On myös huomattava, että mäntäryhmän iskuheräteiden lisäksi tämän taajuusalueen värähtelyyn voivat vaikuttaa myös potkurin lavan kiertotaajuudella (Vs. 3). 65%- ja 82%-moodeissa havaittiin huomattava V-arvon kasvu.c2 (Vs. 3) komponentti havaitaan myös, mikä voidaan samoin selittää yksittäisten lentokoneen osien resonanssivärähtelyillä.

Potkurin epätasapainokomponentti Vs. 1 vaihteli välillä 2,4–5,7 mm/s eri moodien välillä ennen tasapainotusta, yleensä alhaisempi kuin Vc2 vastaavissa mooditiloissa. Sen vaihtelu moodien välillä määräytyy paitsi tasapainotuksen laadun myös lentokoneen rakenneosien ominaistaajuuksista poikkeaman asteen perusteella.

3.4. Tasapainottamisen tulokset

Potkurin tasapainotus suoritettiin yhdessä tasossa 1350 rpm:n pyörimisnopeudella käyttäen kahta mittausajoa (klassinen vaikutuskertoimien menetelmä). Täydellinen tasapainotusprotokolla on esitetty Liite 1.

Tasapainotusmenettely koostui seuraavista toimista:

  1. Ensimmäisen ajon (alkutilan) aikana määritettiin värähtelyn amplitudi ja vaihe potkurin pyörimistaajuudella.
  2. Toisen ajokerran aikana määritettiin värähtelyn amplitudi ja vaihe tunnetun painoisen koemassan asentamisen jälkeen potkuriin.
  3. Näiden mittaustulosten perusteella ohjelmisto laski potkurin epätasapainon kompensoimiseksi tarvittavan korjauspainon massan ja asennuskulman tasossa 1.

Tulos: Korjaavan painon asentamisen jälkeen 40,9 g, tärinä väheni 6,7 mm/s että 1,5 mm/s. Muilla nopeustiloilla potkurin epätasapainoon liittyvä tärinä pysyi rajoissa. 1–2,5 mm/s.

Tasapainotuksen laadun tarkastusta lennon aikana ei suoritettu potkuriin sattuneen vahingossa tapahtuneen vaurion vuoksi harjoituslennon aikana.

Merkittävä poikkeama tehtaan tasapainotuksesta. On huomattava, että kenttätasapainotuksen aikana saatu tulos eroaa huomattavasti tehtaalla suoritetun tasapainotuksen tuloksesta:

  • Potkurin pyörimistaajuudella tapahtuva värähtely pysyvän asennuspaikan (Su-29-vaihteiston lähtöakselin) kenttätasapainotuksen jälkeen väheni yli 4 kertaa alkuperäiseen tilaan verrattuna (ts. tehdastasapainotettuun tilaan verrattuna);
  • Kentän tasapainotuksen aikana asennettu korjauspaino siirtyi noin 130° suhteessa valmistustehtaalla asennettuun korjauspainoon (MT-potkuri).

Valmistuslaitoksella asennettu korjauspaino oli ei poistettu potkurista lisäkentän tasapainotuksen aikana.

Ilmoitetun poikkeaman syyt voivat olla seuraavat:

  • tasapainotusjalustan mittausjärjestelmän virheet valmistustehtaalla (tämä syy näyttää olevan epätodennäköisin);
  • tasapainotuskoneen karan kiinnityspintojen geometriset virheet (epätarkkuudet) valmistustehtaalla, jotka aiheuttavat potkurin säteittäisen heiton karalla;
  • Su-29-koneen vaihteiston lähtöakselin kiinnityspintojen geometriset virheet (epätarkkuudet), jotka aiheuttavat potkurin säteittäisen purkauksen asennettaessa vaihteiston akselille.

3.5. Johtopäätökset

3.5.1.

Su-29-koneen potkurin tasapainottaminen samassa tasossa potkurin pyörimisnopeudella 1350 rpm (70%) mahdollisti potkurin pyörimisnopeudella tapahtuvan värähtelyn vähenemisen lähtötilan 6,7 mm/s arvosta 1,5 mm/s tasapainotuksen jälkeen. Myös potkurin epätasapainosta johtuva värähtely moottorin muilla nopeustiloilla väheni merkittävästi ja pysyi 1–2,5 mm/s välillä.

3.5.2.

Potkurin tasapainotuksen epätyydyttävien tulosten syiden selvittämiseksi tehtaalla (MT-potkuri) on tarpeen tarkistaa potkurin säteittäinen heitto Su-29-koneen moottorin vaihdelaatikon lähtöakselilla.


Liite 1: Tasapainotusprotokolla

TASAPAINOTUSPROTOKOLLA

MTV-9-K-C/CL 260-27 Su-29-taitolentokoneen potkuri.

1. Asiakas: VD Chvokov

2. Asennuspaikka: Su-29-vaihteiston lähtöakseli

3. Potkurin tyyppi: MTV-9-KC/CL 260-27

4. Tasapainotusmenetelmä: Paikan päällä koottu (omiin laakereihin), yksitasoinen

5. Kierrosluvun tasapainottaminen: 1350

6. Tasapainotuslaite: ""Balanset-1", sarjanro. 149, Vibromera

7. Käytetyt standardit: ISO 1940-1 — Jäykkien roottoreiden tasapainotuslaatuvaatimukset.

8. Päivämäärä: 15.06.2014

9. Tasapainotustulosten yhteenveto:

#MittausTärinä, mm/sekEpätasapaino, g·mm
1Ennen tasapainotusta *6.76135
2Tasapainottamisen jälkeen1.51350
ISO 1940 -toleranssi luokalle G 6.31500

* Tasapainotus suoritettiin tehtaalla asennettu korjauspaino jätettynä potkuriin.

10. Löydökset:

10.1. Su-29-vaihteiston lähtöakselilla olevan potkurin tasapainottamisen jälkeen jäljelle jäänyt värähtely (epätasapaino) väheni yli neljä kertaa alkuperäiseen tilaan verrattuna.

10.2. Korjauspainojen parametrit (massa, kulma) eroavat merkittävästi valmistajan (MT-Propeller) asentamista parametreista. Lisäksi asennettiin 40,9 g:n korjauspaino, jota siirrettiin 130° tehdaspainosta. Tehdaspainoa ei poistettu.

Tarkan syyn tunnistamiseksi on tarpeen:

  • tarkista mittausjärjestelmä ja karan kiinnityksen geometrinen tarkkuus valmistajan tasapainotuskoneessa;
  • Tarkista potkurin säteittäinen heitto Su-29-vaihteiston lähtöakselilla.

Suorittaja:

Pääasiantuntija, Vibromera
V.D. Feldman

Usein kysytyt kysymykset

Mitä on kenttäpotkurin tasapainotus ja miksi sillä on merkitystä?

Kenttäpotkurin tasapainotus suoritetaan potkurin ollessa asennettuna lentokoneeseen ja käydessä toimintanopeudella. Toisin kuin tehtaan staattisessa tasapainotuksessa (joka tehdään irti lentokoneesta), siinä otetaan huomioon todelliset asennusolosuhteet: vaihteiston toleranssit, kiinnitysgeometria ja koko lentokoneen dynaaminen järjestelmä. Su-29-koneen tapauksessa kentällä tarvittavaa korjauspainoa siirrettiin 130° tehtaalla asennetusta painosta, mikä osoittaa, että pelkkä tehtaan tasapainotus ei välttämättä riitä optimaalisten tulosten saavuttamiseksi.

Mitä laitteita tarvitaan lentokoneen potkurin tasapainottamiseen?

Balanset-1A-tasapainotussarja sisältää tärinäanturin (kiihtyvyysanturin), laserilla varustetun vaihekulma-anturin (kierroslukumittarin), USB-liitäntäyksikön digitaaliseen signaalinkäsittelyyn ja tietokoneen, jolla suoritetaan tasapainotusohjelmisto. Anturit on kiinnitetty moottorin vaihteiston koteloon magneettijalustan ja kiinnikkeen avulla. Toisessa potkurin lavassa oleva heijastava teippimerkintä toimii vaihereferenssinä.

Miten tasapainotuskierrosluku valitaan?

Tasapainotuksessa käytettävän pyörimistaajuuden on oltava mahdollisimman tehokas, jotta saavutetaan maksimaalinen poikkeama lentokoneen rakenneosien (moottorin jousitus, potkurin lavat, lentokone alustalla) ominaistaajuuksista. Lisäksi valitun kierrosluvun tulisi tuottaa vakaat värähtelymittaukset amplitudin ja vaiheen suhteen ajosta toiseen. Jak-52:lle valittiin 1150 rpm (60%) ja Su-29:lle 1350 rpm (70%).

Mitkä tärinätasot ovat hyväksyttäviä tasapainotuksen jälkeen?

ISO 1940 -standardin mukaan luokassa G 6.3 jäännösepätasapaino ei saisi ylittää 1500 g·mm. Käytännössä hyvät tulokset tuottavat alle 2,5 mm/s RMS-värähtelyn potkurin pyörimisnopeudella. Su-29:ssä tasapainotus saavutti 1,5 mm/s ja 1350 g·mm jäännösepätasapainon – ISO-toleranssin rajoissa.

Voiko potkurin tasapainotus poistaa kaikki lentokoneen värähtelyt?

Ei. Mäntäkoneen värähtelyspektri sisältää komponentteja kampiakselista, mäntäryhmästä, ilmakompressorin käytöstä ja rakenteellisista resonansseista. Jak-52-analyysimme osoitti, että jopa potkurin epätasapainon täydellinen poistaminen vähentäisi kokonaisvärähtelyä enintään noin 1,5-kertaisesti useimmilla toimintatiloilla. 82%- ja 94%-tiloissa toinen kampiakselin harmoninen dominoi kokonaisvärähtelyä 3–7-kertaisesti potkurikomponenttiin verrattuna.

Kuinka usein lentokoneen potkurit tulisi tasapainottaa?

Potkurit tulee tasapainottaa suurten tarkastusten aikana, korjausten tai vaurioiden jälkeen ja aina, kun havaitaan liiallista tärinää. Taitolentokoneet saattavat vaatia useammin tasapainotusta suuremman rasituskuormituksen vuoksi. Säännöllinen tärinänvalvonta spektrianalyysin avulla (saatavilla Balanset-1A-ohjelmistossa) voi toimia myös diagnostiikkatyökaluna moottorin kunnon arvioinnissa.

Mitä Balanset-malleja on saatavilla potkurin tasapainottamiseen?

Vibromera tarjoaa useita malleja, jotka sopivat potkurin ja roottorin tasapainotukseen: Balanset-1A (1 975 €) on tässä tutkimuksessa käytetty kaksikanavainen kannettava järjestelmä; Balanset-1A OEM (1 735 €) on korjaamoille ja huolto-organisaatioille tarkoitettu integraatiovalmis versio. Balanset-4 (6 803 €) on nelikanavainen järjestelmä monimutkaisiin monitasotasapainotustehtäviin. Kaikissa malleissa on spektraalinen värähtelyanalyysiominaisuus ja ne toimitetaan värähtelyantureilla, lasertakometrillä, magneettikiinnityslaitteistolla ja PC-ohjelmistolla.

Voiko Vibromera suorittaa potkurin tasapainotuksen paikan päällä palveluna?

Kyllä. Tasapainotuslaitteiden valmistuksen ja myynnin lisäksi Vibromera tarjoaa kenttätasapainotuspalveluita pyöriville koneille. Organisaatioille, jotka eivät tarvitse omia tasapainotuslaitteita, tai monimutkaisiin kertaluonteisiin tehtäviin, Vibromeran asiantuntijat voivat suorittaa dynaamisen tasapainotuksen paikan päällä käyttäen tässä raportissa kuvattuja Balanset-laitteita. Palvelutiedustelut voi osoittaa... yhteydenottosivu.