O balansiranju propelera zrakoplova u terenskim uvjetima
Sažetak: Ovo inženjersko izvješće dokumentira prvu uspješnu primjenu prijenosnog uređaja Balanset-1 za balansiranje propelera zrakoplova na terenu. Rad je proveden na zrakoplovima Yak-52 (dvokraki propeler) i Su-29 (trokraki propeler MTV-9-KC/CL 260-27) opremljenim motorima M-14P od svibnja do srpnja 2014. Ključni nalazi: vibracije propelera na Yak-52 smanjene su s 10,2 na 4,2 mm/s; na Su-29 s 6,7 na 1,5 mm/s (smanjenje više od 4×). Izvješće također predstavlja detaljnu analizu spektra vibracija u više načina rada i identificira dominantne izvore vibracija, uključujući harmonike radilice i strukturne rezonancije.
1. Predgovor
Prije dvije i pol godine, naše poduzeće je započelo serijsku proizvodnju uređaja "Balanset-1", namijenjenog za balansiranje rotacijskih mehanizama u vlastitim ležajevima.
Do danas je proizvedeno više od 180 kompleta. Učinkovito se koriste u raznim industrijama, uključujući proizvodnju i rad ventilatora, puhala, elektromotora, vretena strojeva, pumpi, drobilica, separatora, centrifuga, sklopova kardana i radilice te sličnih mehanizama.
Vibromera je u posljednje vrijeme primila veliki broj upita od organizacija i pojedinaca u vezi s mogućnošću korištenja naše opreme za balansiranje propelera zrakoplova i helikoptera u terenskim uvjetima.
Nažalost, naši stručnjaci, unatoč dugogodišnjem iskustvu u balansiranju raznih strojeva, nikada prije nisu imali posla s ovim specifičnim problemom. Savjeti i preporuke koje smo mogli dati našim kupcima stoga su bili prilično općeniti i nisu im uvijek omogućavali učinkovito rješavanje zadatka.
Ova se situacija počela mijenjati nabolje ovog proljeća, zahvaljujući aktivnom angažmanu V. D. Chvokova, koji je organizirao i sudjelovao uz nas u radu na balansiranju propelera zrakoplova Jak-52 i Su-29, kojima on pilotira.
Tijekom ovog rada stečene su određene vještine i razvijena je tehnologija za balansiranje propelera zrakoplova u terenskim uvjetima pomoću uređaja "Balanset-1", uključujući:
- određivanje mjesta i metoda za ugradnju (montažu) senzora vibracija i faznog kuta na zrakoplovu;
- određivanje rezonantnih frekvencija nekoliko strukturnih elemenata zrakoplova (ovjes motora, lopatice propelera);
- identificiranje frekvencija vrtnje motora (režima rada) koje osiguravaju minimalnu ostvarivu preostalu neravnotežu tijekom balansiranja;
- utvrđivanje tolerancija za preostalu neravnotežu propelera.
Osim toga, dobiveni su zanimljivi podaci o razinama vibracija zrakoplova opremljenih motorima M-14P.
U nastavku su materijali izvješća sastavljeni na temelju rezultata ovog rada. Uz rezultate uravnoteženja, prikazuju i podatke iz istraživanja vibracija zrakoplova Jak-52 i Su-29, dobivene tijekom zemaljskih i letnih ispitivanja. Ovi podaci mogu biti zanimljivi i pilotima zrakoplova i stručnjacima koji se bave njihovim održavanjem.
2. Balansiranje i ispitivanje vibracija Jak-52
2.1. Uvod
U svibnju i srpnju 2014. provedeni su radovi na vibracijskom istraživanju zrakoplova Jak-52, opremljenog zrakoplovnim motorom M-14P, i balansiranju njegovog dvokrakog propelera.
Balansiranje je izvršeno u jednoj ravnini pomoću kompleta "Balanset-1", serijskog broja 149.
Shema mjerenja prikazana je na slici 2.1. Tijekom balansiranja, senzor vibracija (akcelerometar) 1 ugrađen je na prednji poklopac mjenjača motora pomoću magnetskog nosača na posebno dizajniranom nosaču. Laserski senzor faznog kuta 2 također je bio ugrađen na poklopac mjenjača i orijentiran prema reflektirajućoj oznaci nanesenoj na jednu od lopatica propelera.
Analogni signali sa senzora prenosili su se kabelima do mjerne jedinice uređaja "Balanset-1", gdje je provedena preliminarna digitalna obrada. Ti su signali u digitalnom obliku zatim ulazili u računalo, gdje je provedena softverska obrada i izračunata masa i kut korekcijskog utega potrebni za kompenzaciju neravnoteže propelera.
Zk — glavni zupčanik; Zs — sateliti; Zn — stacionarni zupčanik.
Tijekom ovog rada, uzimajući u obzir iskustvo stečeno balansiranjem propelera i Su-29 i Jak-52, proveden je niz dodatnih studija:
- određivanje prirodnih frekvencija oscilacija motora i propelera Jak-52;
- mjerenje magnitude i spektralnog sastava vibracija u kabini drugog pilota tijekom leta nakon balansiranja propelera;
- mjerenje vibracija nakon balansiranja propelera i nakon podešavanja sile zatezanja amortizera motora.
2.2. Prirodne frekvencije oscilacija motora i propelera
Prirodne frekvencije oscilacija motora, postavljenih na amortizere u tijelu zrakoplova, određene su pomoću analizatora spektra AD-3527 tvrtke A&D (Japan) putem udarnog pobuđivanja.
U spektru prirodnih oscilacija ovjesa motora Jak-52 (slika 2.2) identificirane su četiri glavne frekvencije: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz.
Frekvencije od 74 Hz, 94 Hz i 120 Hz vjerojatno su povezane s karakteristikama nosača (ovjesa) motora na tijelu zrakoplova. Frekvencija od 20 Hz najvjerojatnije je povezana s prirodnim oscilacijama zrakoplova na šasiji stajnog trapa.
Prirodne frekvencije lopatica propelera također su određene metodom udarnog pobuđivanja. Identificirane su četiri glavne frekvencije: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz i 134 Hz.
Podaci o vlastitim frekvencijama oscilacija ovjesa motora i lopatica propelera važni su prvenstveno za odabir frekvencije vrtnje propelera tijekom balansiranja. Glavni uvjet pri odabiru ove frekvencije je osiguranje maksimalnog odstupanja od vlastitih frekvencija oscilacija konstrukcijskih elemenata zrakoplova, budući da se pri rezonantnim frekvencijama točnost i ponovljivost mjerenja vibracija mogu značajno narušiti.
Osim toga, poznavanje prirodnih frekvencija pojedinih komponenti može biti korisno za utvrđivanje uzroka naglog povećanja vibracija (rezonantnih fenomena) pri različitim načinima rada motora, koji se mogu pojaviti tijekom rada zrakoplova.
2.3. Rezultati balansiranja
Kao što je gore navedeno, balansiranje propelera izvedeno je u jednoj ravnini, čime se dinamički kompenzirala neravnoteža sila propelera.
Dinamičko balansiranje u dvije ravnine (što bi dodatno kompenziralo neravnotežu momenta) nije bilo izvedivo, budući da dizajn propelera na Jak-52 dopušta samo jednu ravninu korekcije.
Balansiranje je provedeno pri frekvenciji vrtnje od 1150 o/min (60%), pri kojoj su iz izvođenja u izvođenje dobivena najstabilnija mjerenja vibracija, i u amplitudi i u fazi.
Korištena je klasična shema "dvostrukog prolaza":
- Tijekom prvog pokušaja određene su amplituda i faza vibracija na frekvenciji vrtnje propelera u početnom stanju.
- Tijekom drugog pokušaja određene su amplituda i faza vibracija nakon postavljanja probne mase od 7 g na propeler.
- Na temelju ovih podataka, softver je izračunao: korekcijsku masu M = 19,5 g pod kutom F = 32°.
Zbog konstrukcijskih značajki propelera, koje nisu dopuštale ugradnju korekcijskog utega pod potrebnim kutom od 32°, ugrađena su dva ekvivalentna utega:
- M1 = 14 g pod kutom F1 = 0°
- M2 = 8,3 g pod kutom F2 = 60°
Rezultat: Nakon ugradnje korekcijskih utega, vibracije pri 1150 o/min su se smanjile s 10,2 mm/s do 4,2 mm/s. Stvarna neravnoteža smanjila se s 2340 g·mm na 963 g·mm.
2.4. Vibracije u drugim načinima rada
Rezultati provjera vibracija pri drugim načinima rada motora tijekom zemaljskih ispitivanja prikazani su u Tablici 2.1. Kao što se može vidjeti, balansiranje je pozitivno utjecalo na vibracije Jak-52 u svim načinima rada.
| # | Napajanje, % | RPM | RMS brzina vibracije, mm/s |
|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 1153 | 4.2 |
| 2 | 65 | 1257 | 2.6 |
| 3 | 70 | 1345 | 2.1 |
| 4 | 82 | 1572 | 1.25 |
Štoviše, tijekom zemaljskih ispitivanja utvrđen je jasan trend značajnog smanjenja vibracija s povećanjem frekvencije rotacije propelera. To se može objasniti većim odstupanjem frekvencije rotacije propelera od prirodne frekvencije oscilacija zrakoplova na šasiji (vjerojatno 20 Hz), što se događa pri višim frekvencijama rotacije.
2.5. Vibracije tijekom leta prije i nakon podešavanja amortizera
Uz ispitivanja vibracija na tlu nakon balansiranja propelera (odjeljak 2.3), provedena su i mjerenja vibracija Jak-52 u letu.
Vibracije u letu mjerene su u drugoj pilotskoj kabini u vertikalnom smjeru pomoću prijenosnog analizatora spektra AD-3527 tvrtke A&D (Japan) u frekvencijskom rasponu od 5 do 200 (500) Hz. Mjerenja su provedena pri pet glavnih načina rada motora: 60%, 65%, 70%, 82% i 94% maksimalne frekvencije vrtnje.
Rezultati, dobiveni prije podešavanja amortizera, prikazani su u tablici 2.2.
| # | Brzina propelera | Komponente vibracijskog spektra, frekvencija (CPM) / amplituda (mm/s) |
VΣ, mm/s |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | RPM | Vstr. 1 | Vn | Vc1 | Vp2 | Vc2 | Vp4 | Vc3 | Vp5 | ||
| 1 | 60 | 1155 | 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 |
| 2 | 65 | 1244 | 1244 3.5 |
1680 1.2 |
1890 2.1 |
2488 1.2 |
3780 4.1 |
4976 0.4 |
5670 1.2 |
6.2 | |
| 3 | 70 | 1342 | 1342 2.8 |
1860 0.4 |
2040 3.2 |
2684 0.4 |
4080 2.9 |
5369 2.3 |
5.0 | ||
| 4 | 82 | 1580 | 1580 4.7 |
2160 2.9 |
2400 1.1 |
3160 0.4 |
4800 12.5 |
13.7 | |||
| 5 | 94 | 1830 | 1830 2.2 |
2484 3.4 |
2760 1.7 |
3660 2.8 |
5520 15.8 |
7320 3.7 |
17.1 | ||
Vp = harmonici propelera (1., 2., 4., 5.) Vn = kompresor/senzor frekvencije Vc1, Vc2, Vc3 = radilica 1., 2., 3. Gornja vrijednost = frekvencija (CPM), donja = amplituda (mm/s).
Kao što se vidi iz Tablice 2.2, glavne komponente vibracija pojavljuju se pri frekvenciji vrtnje propelera Vstr. 1, frekvencija radilice Vc1, pogon kompresora zraka (i/ili frekvencijskog senzora) Vn, i njihove više harmonike.
Maksimalna ukupna vibracija VΣ pronađen je u modovima 82% (1580 o/min) i 94% (1830 o/min). Dominantna komponenta u tim modovima pojavljuje se na drugom harmoniku frekvencije vrtnje radilice Vc2, dostižući 12,5 mm/s pri 4800 ciklusa/min i 15,8 mm/s pri 5520 ciklusa/min.
Može se pretpostaviti da je ova komponenta povezana s klipnom grupom (udarni procesi koji se događaju tijekom dvostrukog kretanja klipova po jednom okretu radilice). Nagli porast u načinima rada 82% (prvi nominalni) i 94% (poljetni) najvjerojatnije nije uzrokovan defektima klipne grupe, već rezonantnim oscilacijama motora na njegovim amortizerima. Ovaj zaključak podupiru mjerenja prirodne frekvencije, koja su otkrila frekvencije ovjesa motora na 74 Hz (4440 ciklusa/min), 94 Hz (5640 ciklusa/min) i 120 Hz (7200 ciklusa/min). Dvije od njih - 74 Hz i 94 Hz - blizu su frekvencijama drugog harmonika radilice u prvom nominalnom i polijetnom načinu rada.
Zbog značajnih vibracija pronađenih na Vc2, provjerena je i podešena sila zatezanja amortizera motora. Usporedni rezultati prikazani su u tablici 2.3.
| # | % | RPM (prije / poslije) |
Vstr. 1 | Vc2 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Prije | Nakon | Prije | Nakon | |||
| 1 | 60 | 1155 / 1140 | 1155 4.4 |
1140 3.3 |
3510 3.0 |
3480 3.6 |
| 2 | 65 | 1244 / 1260 | 1244 3.5 |
1260 3.5 |
3780 4.1 |
3840 4.3 |
| 3 | 70 | 1342 / 1350 | 1342 2.8 |
1350 3.3 |
4080 2.9 |
4080 1.2 |
| 4 | 82 | 1580 / 1590 | 1580 4.7 |
1590 4.2 |
4800 12.5 |
4830 16.7 |
| 5 | 94 | 1830 / 1860 | 1830 2.2 |
1860 2.7 |
5520 15.8 |
5640 15.2 |
Gornja vrijednost = frekvencija (CPM), donja = amplituda (mm/sec).
Kao što se vidi iz Tablice 2.3, podešavanje amortizera nije dovelo do značajnih promjena u glavnim komponentama vibracija zrakoplova.
Također treba napomenuti da je komponenta neravnoteže propelera Vstr. 1 u modovima 82% i 94% je 3-7 puta niži od Vc2 u tim načinima rada. U drugim načinima leta, Vstr. 1 kreće se od 2,8 do 4,4 mm/sec, a njegove promjene između modova uglavnom nisu određene kvalitetom balansiranja, već stupnjem odstupanja od prirodnih frekvencija strukturnih elemenata zrakoplova.
2.6. Zaključci
2.6.1.
Balansiranje propelera zrakoplova Jak-52 pri frekvenciji vrtnje od 1150 okretaja u minuti (60%) omogućilo je smanjenje vibracija pri frekvenciji vrtnje propelera s 10,2 mm/s na 4,2 mm/s. Uzimajući u obzir iskustvo stečeno tijekom balansiranja propelera zrakoplova Jak-52 i Su-29 pomoću uređaja "Balanset-1", postoji realna mogućnost postizanja još većeg smanjenja razine vibracija - posebno odabirom veće frekvencije vrtnje propelera tijekom balansiranja, što bi omogućilo veće odstupanje od prirodne frekvencije oscilacija zrakoplova na 20 Hz (1200 ciklusa/min) utvrđene tijekom mjerenja.
2.6.2.
Kao što pokazuju ispitivanja vibracija u letu (vidi tablice 2.2 i 2.3), spektri vibracija zrakoplova Yak-52 sadrže, osim vibracija na frekvenciji rotacije propelera Vstr. 1, nekoliko drugih značajnih komponenti - povezanih s radilicom Vc1, Vc2, Vc3, klipna skupina motora i zračni kompresor (i/ili senzor frekvencije) pokreću Vn.
U načinima rada brzina 60%, 65% i 70%, ove komponente su po veličini usporedive s komponentom neravnoteže propelera V.str. 1. Posljedično, čak i potpuno uklanjanje vibracija uzrokovanih neravnotežom propelera omogućilo bi smanjenje ukupnih vibracija zrakoplova u tim načinima rada za najviše približno 1,5 puta.
2.6.3.
Maksimalna ukupna vibracija VΣ Vibracija zrakoplova Yak-52 pronađena je pri brzinama 82% (1580 o/min propelera) i 94% (1830 o/min propelera). Dominantna komponenta ove vibracije pojavljuje se na drugom harmoniku frekvencije vrtnje radilice Vc2, pri frekvencijama od 4800 ciklusa/min i 5520 ciklusa/min, pri kojima doseže vrijednosti od 12,5 mm/s i 15,8 mm/s.
Kao što je prikazano u odjeljcima 2.5 i 2.2, nagli porast ove komponente u navedenim načinima rada najvjerojatnije nije uzrokovan nedostacima klipne grupe, već rezonantnim oscilacijama motora na njegovim amortizerima. Podešavanje sile zatezanja amortizera, provedeno tijekom ispitivanja, nije dovelo do značajnih promjena u razinama vibracija.
Ova se situacija vjerojatno može smatrati propustom u dizajnu (konstruktivni prosje) proizvođača zrakoplova, priznato tijekom odabira sustava montaže (ovjesa) motora u tijelu zrakoplova.
2.6.4.
Podaci dobiveni tijekom balansiranja propelera i dodatno provedena ispitivanja vibracija upućuju na to da periodično praćenje vibracija može biti korisno za dijagnostičku procjenu tehničkog stanja zrakoplovnog motora, uključujući procjenu stanja klipne grupe, radilice, ležajeva motora i pogona zračnog kompresora.
Takav se rad može izvesti, na primjer, pomoću uređaja "Balanset-1" (trenutno se proizvodi kao Balanset-1A), u čijem je softveru implementirana funkcija spektralne analize vibracija.
3. Balansiranje propelera MTV-9-KC/CL 260-27 i ispitivanje vibracija Su-29
3.1. Uvod
Dana 15. lipnja 2014. godine izvedeni su radovi na balansiranju trokrakog propelera tipa MTV-9-KC/CL 260-27, ugrađenog na zrakoplovni motor M-14P akrobatskog zrakoplova Su-29.
Prema podacima koje je dostavio proizvođač (MT-Propeller), naznačeni propeler je prethodno statički uravnotežen, što dokazuje prisutnost korektivnog utega na propeleru u ravnini 1 ugrađenog u tvornici.
Balansiranje propelera, ugrađenog direktno na izlazno vratilo mjenjača Su-29 (tj. na mjestu njegove trajne ugradnje), provedeno je pomoću kompleta za balansiranje vibracija "Balanset-1", serijskog broja 149.
Shema mjerenja (slika 3.1) bila je općenito slična onoj korištenoj za Jak-52. Senzor vibracija (akcelerometar) 1 ugrađen je na kućište mjenjača motora pomoću magnetskog nosača na posebno dizajniranom nosaču. Laserski senzor faznog kuta 2 također je bio montiran na kućište mjenjača i orijentiran prema reflektirajućoj oznaci nanesenoj na jednu od lopatica propelera. Analogni signali sa senzora prenosili su se kabelima do mjerne jedinice uređaja "Balanset-1", gdje je provedena preliminarna digitalna obrada. Nakon toga, signali u digitalnom obliku ulazili su u računalo, gdje je provedena softverska obrada i izračunata masa i kut korekcijskog utega potrebni za kompenzaciju neravnoteže propelera.
Zk — glavni zupčanik; Zc — sateliti; Zn — stacionarni zupčanik.
Prije ovog rada, uzimajući u obzir iskustvo balansiranja propelera Jak-52, provedene su dodatne studije:
- određivanje prirodnih frekvencija oscilacija motora i propelera Su-29;
- provjera magnitude i spektralnog sastava osnovne vibracije u drugoj pilotskoj kabini prije balansiranja.
3.2. Prirodne frekvencije oscilacija motora i propelera
Korištenjem iste metode pobuđivanja udarom s analizatorom AD-3527, identificirano je šest glavnih frekvencija u spektru ovjesa motora (slika 3.2): 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz.
Frekvencije od 66 Hz, 88 Hz i 120 Hz vjerojatno su izravno povezane s osobitostima sustava nosača (ovjesa) motora u tijelu zrakoplova. Frekvencije od 16 Hz i 22 Hz najvjerojatnije su povezane s prirodnim oscilacijama zrakoplova u cjelini na njegovoj šasiji. Što se tiče frekvencije od 37 Hz, ona je vjerojatno povezana s prirodnom frekvencijom oscilacija lopatica propelera zrakoplova.
Ovu posljednju pretpostavku potvrđuju rezultati mjerenja vlastitih frekvencija oscilacija lopatica propelera (slika 3.3), u čijem su spektru identificirane tri glavne frekvencije: 37 Hz, 100 Hz i 174 Hz.
Poznavanje prirodnih frekvencija ovjesa motora i lopatica propelera Su-29 od velike je praktične važnosti. Prvo, omogućuje opravdan odabir frekvencije rotacije propelera za balansiranje, osiguravajući maksimalno odstupanje od strukturnih rezonancija zrakoplova. Drugo, pruža potrebnu osnovu za ispravnu interpretaciju i dijagnozu uzroka vibracija uočenih pri različitim načinima rada motora, kao što će biti prikazano u sljedećim odjeljcima ovog izvješća.
3.3. Osnovne vibracije kabine prije balansiranja
Prije izvođenja postupka balansiranja provedena su mjerenja osnovnih razina vibracija u drugoj pilotskoj kabini Su-29. Kao i u slučaju Jak-52, vibracije su mjerene u vertikalnom smjeru pomoću prijenosnog analizatora spektra AD-3527 tvrtke A&D (Japan) u frekvencijskom rasponu od 5 do 200 Hz. Mjerenja su provedena u četiri glavna načina rada motora, što odgovara 60%, 65%, 70% i 82% maksimalne frekvencije vrtnje propelera.
Rezultati ovih mjerenja prikazani su u Tablici 3.1.
| # | Brzina propelera | Komponente vibracijskog spektra, frekvencija (CPM) / amplituda (mm/s) |
VΣ, mm/s |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | RPM | Vstr. 1 | Vn | Vc1 | Vp3 | Vc2 | Vp4 | Vc3 | V? | ||
| 1 | 60 | 1150 | 1150 5.4 |
1560 2.6 |
1740 2.0 |
3450 | 3480 4.2 |
6120 2.8 |
8.0 | ||
| 2 | 65 | 1240 | 1240 5.7 |
1700 2.4 |
1890 1.3 |
3720 | 3780 8.6 |
10.6 | |||
| 3 | 70 | 1320 | 1320 2.8 |
1800 2.5 |
2010 0.9 |
3960 | 4020 10.8 |
11.5 | |||
| 4 | 82 | 1580 | 1580 3.2 |
2160 1.5 |
2400 3.0 |
4740 | 4800 8.5 |
9.7 | |||
Vp = harmonici propelera (1., 3., 4.) Vn = kompresor/senzor frekvencije Vc1, Vc2 = radilica 1., 2. V? = neidentificirana komponenta. Gornja vrijednost = frekvencija (CPM), donja = amplituda (mm/s).
Glavne komponente vibracija pojavljuju se pri frekvenciji rotacije propelera Vstr. 1, radilica Vc1, pogon kompresora Vn, i 2. harmonik radilice Vc2 (što se u slučaju propelera s tri lopatice može podudarati i s frekvencijom prolaza lopatica Vp3).
U spektru moda 60% pronađena je i neidentificirana komponenta na 6120 ciklusa/min, moguće uzrokovana rezonancijom na približno 100 Hz - jednoj od prirodnih frekvencija lopatica propelera.
Maksimalna ukupna vibracija (11,5 mm/s) pronađena je u modu 70%. Dominantna komponenta u ovom modu je Vc2 pri 4020 ciklusa/min, dosegnuvši 10,8 mm/s. Ovo naglo povećanje pri 70% vjerojatno je posljedica rezonantnih oscilacija ovjesa motora blizu 67 Hz (4020 ciklusa/min).
Također treba napomenuti da, osim udarnih pobuda iz klipne grupe, na vibracije u ovom frekvencijskom području mogu utjecati i aerodinamičke sile na frekvenciji prolaska lopatica propelera (Vp3). U načinima rada 65% i 82%, primjetan je porast Vc2 (Vp3) komponenta se također opaža, što se također može objasniti rezonantnim oscilacijama pojedinih komponenti zrakoplova.
Komponenta neravnoteže propelera Vstr. 1 kretala se od 2,4 do 5,7 mm/s u svim načinima rada prije balansiranja, općenito niže od Vc2 na odgovarajućim modovima. Njegova varijacija između modova određena je ne samo kvalitetom balansiranja, već i stupnjem odstupanja od prirodnih frekvencija strukturnih elemenata zrakoplova.
3.4. Rezultati balansiranja
Balansiranje propelera provedeno je u jednoj ravnini pri frekvenciji vrtnje od 1350 okretaja u minuti, korištenjem dvaju mjernih ciklusa (klasična metoda koeficijenata utjecaja). Potpuni protokol balansiranja dan je u Dodatak 1.
Postupak balansiranja sastojao se od sljedećih operacija:
- Tijekom prvog rada (početno stanje) određene su amplituda i faza vibracija na frekvenciji vrtnje propelera.
- Tijekom drugog pokušaja određene su amplituda i faza vibracija nakon postavljanja probne mase poznate težine na propeler.
- Na temelju ovih rezultata mjerenja, softver je izračunao masu i kut ugradnje korektivnog utega u ravnini 1, potrebne za kompenzaciju neravnoteže propelera.
Rezultat: Nakon ugradnje korektivne težine 40,9 g, vibracije su se smanjile s 6,7 mm/s do 1,5 mm/s. Pri drugim načinima rada brzine, vibracije povezane s neravnotežom propelera ostale su unutar 1–2,5 mm/s.
Provjera kvalitete balansiranja u letu nije provedena zbog slučajnog oštećenja propelera tijekom trenažnog leta.
Značajno odstupanje od tvorničkog balansiranja. Treba napomenuti da se rezultat dobiven tijekom balansiranja na terenu znatno razlikuje od rezultata balansiranja provedenog u proizvodnom pogonu:
- Vibracija na frekvenciji vrtnje propelera nakon balansiranja polja na mjestu trajne ugradnje (na izlaznom vratilu mjenjača Su-29) smanjena je za više od 4 puta u odnosu na početno stanje (tj. u odnosu na tvornički balansirano stanje);
- Korektivni uteg instaliran tijekom balansiranja na terenu pomaknut je za otprilike 130° u odnosu na korektivni uteg ugrađen u proizvodnom pogonu (MT-Propeller).
Korektivna težina instalirana u proizvodnom pogonu bila je nije uklonjeno od propelera tijekom dodatnog balansiranja polja.
Razlozi za naznačenu neskladnost mogu biti sljedeći:
- pogreške mjernog sustava balansirajućeg postolja u proizvodnom pogonu (ovaj razlog se čini najmanje vjerojatnim);
- geometrijske pogreške (netočnosti) montažnih površina vretena balansirajućeg stroja u proizvodnom pogonu, što uzrokuje radijalno odstupanje propelera na vretenu;
- geometrijske pogreške (netočnosti) montažnih površina izlaznog vratila mjenjača na zrakoplovu Su-29, što uzrokuje radijalno odstupanje propelera prilikom ugradnje na vratilo mjenjača.
3.5. Zaključci
3.5.1.
Balansiranje propelera zrakoplova Su-29 u jednoj ravnini pri frekvenciji vrtnje propelera od 1350 o/min (70%) omogućilo je smanjenje vibracija pri frekvenciji vrtnje propelera s 6,7 mm/s u početnom stanju na 1,5 mm/s nakon balansiranja. Vibracije povezane s neravnotežom propelera pri ostalim načinima rada motora također su se značajno smanjile i ostale unutar 1–2,5 mm/s.
3.5.2.
Kako bi se razjasnili razlozi nezadovoljavajućih rezultata balansiranja propelera u proizvodnom pogonu (MT-Propeller), potrebno je provjeriti radijalno odstupanje propelera na izlaznom vratilu mjenjača motora zrakoplova Su-29.
Dodatak 1: Protokol uravnoteženja
PROTOKOL BALANSIRANJA
MTV-9-KC/CL 260-27 propeler akrobatskog zrakoplova Su-29
1. Kupac: VD Čvokov
2. Mjesto ugradnje: Izlazno vratilo mjenjača Su-29
3. Vrsta propelera: MTV-9-KC/CL 260-27
4. Metoda uravnoteženja: Sastavljeno na licu mjesta (u vlastitim ležajevima), jedna ravnina
5. Balansiranje okretaja: 1350
6. Uređaj za uravnoteženje: ""Balanset-1", serijski br. 149, Vibromera
7. Korišteni standardi: ISO 1940-1 — Zahtjevi za kvalitetu uravnoteženja krutih rotora.
8. Datum: 15.06.2014
9. Sažetak rezultata uravnoteženja:
| # | Mjerenje | Vibracija, mm/sek | Neravnoteža, g·mm |
|---|---|---|---|
| 1 | Prije balansiranja * | 6.7 | 6135 |
| 2 | Nakon balansiranja | 1.5 | 1350 |
| Tolerancija ISO 1940 za klasu G 6.3 | 1500 | ||
* Balansiranje je izvršeno s tvornički ugrađenim korektivnim utegom koji je ostao na propeleru.
10. Nalazi:
10.1. Preostale vibracije (neravnoteža) nakon balansiranja propelera na izlaznom vratilu mjenjača Su-29 smanjene su za više od 4 puta u usporedbi s početnim stanjem.
10.2. Parametri korektivnih utega (masa, kut) značajno se razlikuju od onih koje je ugradio proizvođač (MT-Propeller). Ugrađen je dodatni korektivni uteg od 40,9 g, pomaknut za 130° od tvorničke težine. Tvornički uteg nije uklonjen.
Za utvrđivanje specifičnog uzroka potrebno je:
- provjerite mjerni sustav i geometrijsku točnost pričvršćivanja vretena na proizvođačevom stroju za balansiranje;
- Provjerite radijalno odstupanje propelera na izlaznom vratilu mjenjača Su-29.
Izvršitelj:
Glavni specijalist, Vibromera
VD Feldman
Često postavljana pitanja
Što je balansiranje propelera na terenu i zašto je važno?
Balansiranje propelera na terenu izvodi se s propelerom ugrađenim u zrakoplov, koji radi operativnom brzinom. Za razliku od tvorničkog statičkog balansiranja (koje se izvodi izvan zrakoplova), ono uzima u obzir stvarne uvjete ugradnje: tolerancije mjenjača, geometriju montaže i cijeli dinamički sustav zrakoplova. U našem slučaju Su-29, korektivna težina potrebna na terenu pomaknuta je za 130° u odnosu na tvornički ugrađenu težinu - što pokazuje da samo tvorničko balansiranje može biti nedovoljno za optimalne rezultate.
Koja je oprema potrebna za balansiranje propelera zrakoplova?
Komplet za balansiranje Balanset-1A uključuje senzor vibracija (akcelerometar), laserski senzor faznog kuta (tahometar), USB sučelje za digitalnu obradu signala i računalo na kojem se pokreće softver za balansiranje. Senzori su montirani na kućište mjenjača motora pomoću magnetskog stalka i nosača. Reflektirajuća traka na jednoj lopatici propelera služi kao fazna referenca.
Kako se odabire balansirajući broj okretaja u minuti?
Frekvencija rotacije za balansiranje mora osigurati maksimalno odstupanje od prirodnih frekvencija konstrukcijskih elemenata zrakoplova (ovjes motora, lopatice propelera, zrakoplov na šasiji). Osim toga, odabrani broj okretaja u minuti trebao bi dati stabilna mjerenja vibracija u amplitudi i fazi od pokretanja do pokretanja. Za Jak-52 odabrano je 1150 okretaja u minuti (60%); za Su-29 1350 okretaja u minuti (70%).
Koje su razine vibracija prihvatljive nakon balansiranja?
Prema normi ISO 1940 za klasu G 6.3, preostala neravnoteža ne smije prelaziti 1500 g·mm. U praksi, dobri rezultati daju vibracije ispod 2,5 mm/s RMS pri frekvenciji vrtnje propelera. Na Su-29, balansiranje je postiglo 1,5 mm/s s preostalom neravnotežom od 1350 g·mm - unutar ISO tolerancije.
Može li balansiranje propelera ukloniti sve vibracije zrakoplova?
Ne. Spektar vibracija klipnog zrakoplova sadrži komponente iz radilice, klipne grupe, pogona zračnog kompresora i strukturnih rezonancija. Naša analiza Yak-52 pokazala je da čak i potpuno uklanjanje neravnoteže propelera smanjuje ukupne vibracije za najviše 1,5 puta u većini načina rada. U načinima rada 82% i 94%, drugi harmonik radilice dominirao je ukupnim vibracijama za faktor 3-7 u odnosu na komponentu propelera.
Koliko često treba balansirati propelere zrakoplova?
Propelere treba balansirati tijekom većih pregleda, nakon popravaka ili oštećenja i kad god se uoče prekomjerne vibracije. Akrobatski zrakoplovi mogu zahtijevati češće balansiranje zbog većeg naprezanja. Periodično praćenje vibracija pomoću spektralne analize (dostupne u softveru Balanset-1A) također može poslužiti kao dijagnostički alat za procjenu stanja motora.
Koji su modeli Balanseta dostupni za balansiranje propelera?
Vibromera nudi nekoliko modela pogodnih za balansiranje propelera i rotora: Balanset-1A (1.975 €) je dvokanalni prijenosni sustav korišten u ovoj studiji; Balanset-1A OEM (€1.735) je verzija prilagođena za integraciju u radionicama i organizacijama za održavanje; i Balanset-4 (6.803 €) je četverokanalni sustav za složene zadatke balansiranja u više ravnina. Svi modeli uključuju mogućnost spektralne analize vibracija i isporučuju se sa senzorima vibracija, laserskim tahometrom, magnetskim montažnim hardverom i PC softverom.
Može li Vibromera izvršiti balansiranje propelera na licu mjesta kao uslugu?
Da. Osim proizvodnje i prodaje opreme za balansiranje, Vibromera pruža usluge balansiranja na terenu za rotacijske strojeve. Za organizacije kojima nije potrebna vlastita oprema za balansiranje ili za složene jednokratne zadatke, Vibromerini stručnjaci mogu izvršiti dinamičko balansiranje na licu mjesta koristeći istu Balanset instrumentaciju opisanu u ovom izvješću. Upiti za usluge mogu se uputiti putem kontaktna stranica.
