Repülőgép-propellerek kiegyensúlyozásáról terepi körülmények között
Összefoglalás: Ez a mérnöki jelentés a hordozható Balanset-1 eszköz első sikeres alkalmazását dokumentálja repülőgép-propellerek terepi kiegyensúlyozására. A munkálatokat Jak-52 (kétlapátos légcsavar) és Szu-29 (háromlapátos MTV-9-KC/CL 260-27 légcsavar) repülőgépeken végezték M-14P motorokkal felszerelve 2014 májusa és júliusa között. Főbb megállapítások: a Jak-52 légcsavarjának rezgése 10,2-ről 4,2 mm/s-ra, a Szu-29-nél pedig 6,7-ről 1,5 mm/s-ra csökkent (több mint 4×-es csökkenés). A jelentés részletes rezgésspektrum-elemzést is bemutat több üzemmódban, és azonosítja a domináns rezgésforrásokat, beleértve a forgattyústengely-harmonikusokat és a szerkezeti rezonanciákat.
1. Előszó
Két és fél évvel ezelőtt vállalkozásunk megkezdte a "Balanset-1" készülék sorozatgyártását, amelyet a forgó mechanizmusok saját csapágyaikban történő kiegyensúlyozására terveztek.
A mai napig több mint 180 készletet gyártottak. Ezeket hatékonyan használják különféle iparágakban, beleértve a ventilátorok, fúvók, villanymotorok, géporsók, szivattyúk, zúzók, szeparátorok, centrifugák, kardán- és főtengely-egységek és hasonló mechanizmusok gyártását és üzemeltetését.
A Vibromera az utóbbi időben számos megkeresést kapott szervezetektől és magánszemélyektől a repülőgépek és helikopterek légcsavarjainak terepi körülmények közötti kiegyensúlyozására szolgáló berendezéseink használatának lehetőségével kapcsolatban.
Sajnos szakembereink, a különféle gépek kiegyensúlyozásában szerzett sokéves tapasztalatuk ellenére, korábban soha nem foglalkoztak ezzel a konkrét problémával. Ezért a tanácsok és ajánlások, amelyeket ügyfeleinknek adhattunk, meglehetősen általánosak voltak, és nem mindig tették lehetővé számukra a feladat hatékony megoldását.
Ez a helyzet idén tavasszal kezdett jobbra fordulni VD Csvokov aktív részvételének köszönhetően, aki megszervezte és velünk együtt részt vett az általa vezetett Jak-52 és Szu-29 repülőgépek légcsavarjainak kiegyensúlyozásán végzett munkálatokban.
E munka során bizonyos készségeket sajátítottak el, és kidolgoztak egy technológiát a repülőgép-propellerek terepi körülmények közötti kiegyensúlyozására a "Balanset-1" eszközzel, beleértve:
- a rezgés- és fázisszög-érzékelők repülőgépre történő felszerelésének (rögzítésének) helyének és módszereinek meghatározása;
- a repülőgép több szerkezeti elemének (motorfelfüggesztés, légcsavarlapátok) rezonanciafrekvenciáinak meghatározása;
- a motor forgási frekvenciáinak (üzemmódjainak) azonosítása, amelyek biztosítják a kiegyensúlyozás során elérhető minimális maradék egyensúlyhiányt;
- a légcsavar maradék kiegyensúlyozatlanságának tűréseit megállapítva.
Ezenkívül érdekes adatokat kaptunk az M-14P hajtóművekkel felszerelt repülőgépek rezgésszintjéről.
Az alábbiakban a munka eredményeiből összeállított jelentésanyagok találhatók. A kiegyensúlyozási eredmények mellett a Jak-52 és Szu-29 repülőgépek rezgésvizsgálatainak adatait is bemutatják, amelyeket földi és repülési tesztek során szereztek. Ezek az adatok mind a repülőgép-pilóták, mind a karbantartásukban részt vevő szakemberek számára érdekesek lehetnek.
2. A Jak-52 kiegyensúlyozási és rezgésvizsgálata
2.1. Bevezetés
2014 májusában és júliusában elvégezték az M-14P repülőgép-hajtóművel felszerelt Jak-52 repülőgép rezgésvizsgálatát és kétlapátos légcsavarjának kiegyensúlyozását.
A kiegyensúlyozást egy síkban végezték a "Balanset-1" készlettel, sorozatszám: 149.
A mérési sémát a 2.1. ábra mutatja. Kiegyensúlyozás közben a rezgésérzékelő (gyorsulásmérő) 1 A motor sebességváltójának előlapjára egy mágneses tartóval, egy speciálisan erre a célra tervezett konzolon szerelték fel. Lézeres fázisszög-érzékelő 2 a sebességváltó fedelére is felszerelték, és az egyik légcsavarlapátra felvitt fényvisszaverő jelölés felé irányították.
Az érzékelők analóg jeleit kábeleken keresztül továbbították a "Balanset-1" készülék mérőegységéhez, ahol előzetes digitális feldolgozást végeztek. Ezek a digitális formában lévő jelek ezután bekerültek a számítógépbe, ahol szoftveresen feldolgozták a jeleket, és kiszámították a légcsavar kiegyensúlyozatlanságának kompenzálásához szükséges korrekciós súly tömegét és szögét.
Zk — fő fogaskerék; Zs — műholdak; Zn — álló fogaskerék.
E munka során, figyelembe véve a Szu-29 és a Jak-52 légcsavarjainak kiegyensúlyozásából szerzett tapasztalatokat, számos további tanulmányt végeztek:
- a Jak-52 motorjának és légcsavarjának rezgéseinek természetes frekvenciáinak meghatározása;
- a rezgés nagyságának és spektrális összetételének mérése a második pilótafülkében repülés közben, a légcsavar kiegyensúlyozása után;
- rezgésmérés a légcsavar kiegyensúlyozása és a motor lengéscsillapítóinak meghúzási erejének beállítása után.
2.2. A motor és a légcsavar rezgésének természetes frekvenciái
A repülőgép testében lengéscsillapítókra szerelt motorlengések természetes frekvenciáit az A&D (Japán) AD-3527 spektrumanalizátorával határoztuk meg ütközési gerjesztés útján.
A Yak-52 motorfelfüggesztés természetes rezgéseinek spektrumában (2.2. ábra) négy fő frekvenciát azonosítottak: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz.
A 74 Hz, 94 Hz és 120 Hz frekvenciák valószínűleg a repülőgép testéhez rögzített motor (felfüggesztés) jellemzőivel kapcsolatosak. A 20 Hz frekvencia valószínűleg a repülőgép futóművének alvázán fellépő természetes rezgésekkel van összefüggésben.
A légcsavarlapátok természetes frekvenciáit is meghatároztuk az ütközési gerjesztési módszerrel. Négy fő frekvenciát azonosítottunk: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz és 134 Hz.
A motorfelfüggesztés és a légcsavarlapátok természetes rezgési frekvenciáira vonatkozó adatok elsősorban a légcsavar forgási frekvenciájának kiválasztásához fontosak a kiegyensúlyozás során. A frekvencia kiválasztásának fő feltétele a repülőgép szerkezeti elemeinek természetes rezgési frekvenciáitól való maximális eltérés biztosítása, mivel rezonanciafrekvenciákon a rezgésmérések pontossága és ismételhetősége jelentősen romolhat.
Ezenkívül az egyes komponensek természetes frekvenciáinak ismerete hasznos lehet a rezgés hirtelen növekedésének (rezonanciajelenségek) okainak azonosításában a különböző motorfordulatszám-üzemmódokban, amelyek a repülőgép üzemeltetése során felmerülhetnek.
2.3. Kiegyenlítési eredmények
Amint azt fentebb említettük, a légcsavar kiegyensúlyozását egy síkban végezték, ezáltal dinamikusan kompenzálva a légcsavar erőkiegyensúlyozatlanságát.
A két síkban történő dinamikus kiegyensúlyozás (ami ezen felül kompenzálta volna a nyomatékkiegyensúlyozatlanságot) nem volt megvalósítható, mivel a Jak-52 légcsavarjának kialakítása csak egy korrekciós síkot tesz lehetővé.
A kiegyensúlyozást 1150 ford/perc forgási frekvencián (60%) végezték, amelynél a legstabilabb rezgésméréseket érték el mind amplitúdóban, mind fázisban, futtatásról futtatásra.
A klasszikus "kétmenetes" sémát alkalmazták:
- Az első menet során meghatározták a rezgés amplitúdóját és fázisát a légcsavar forgási frekvenciáján a kezdeti állapotban.
- A második menet során meghatározták a rezgés amplitúdóját és fázisát egy 7 g-os próbatömeg légcsavarra történő felszerelése után.
- Ezen adatok alapján a szoftver kiszámította: a korrekciós tömeget M = 19,5 g szögben F = 32°.
A légcsavar tervezési jellemzői miatt, amelyek nem tették lehetővé a korrekciós súly 32°-os szögben történő felszerelését, két egyenértékű súlyt szereltek fel:
- M1 = 14 g az F1 = 0° szögnél
- M2 = 8,3 g az F2 = 60°-os szögnél
Eredmény: A korrekciós súlyok felszerelése után a rezgés 1150 fordulat/percnél csökkent 10,2 mm/sec hogy 4,2 mm/másodperc. A tényleges egyensúlyhiány 2340 g·mm-ről 963 g·mm-re csökkent.
2.4. Rezgés más üzemmódokban
A földi tesztek során más hajtómű üzemmódokban végzett rezgésvizsgálatok eredményeit a 2.1. táblázat mutatja. Amint látható, a kiegyensúlyozás minden üzemmódban pozitívan befolyásolta a Jak-52 rezgését.
| # | Teljesítmény, % | FORDULAT | RMS rezgési sebesség, mm/sec |
|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 1153 | 4.2 |
| 2 | 65 | 1257 | 2.6 |
| 3 | 70 | 1345 | 2.1 |
| 4 | 82 | 1572 | 1.25 |
Ezenkívül a földi tesztek során egyértelműen megfigyelhető volt a rezgés jelentős csökkenésének tendenciája a légcsavar forgási frekvenciájának növekedésével. Ez azzal magyarázható, hogy a légcsavar forgási frekvenciája nagyobb mértékben eltér a repülőgép alvázán lévő természetes rezgési frekvenciájától (feltehetően 20 Hz), ami magasabb forgási frekvenciáknál jelentkezik.
2.5. Repülés közbeni rezgés a lengéscsillapító beállítása előtt és után
A légcsavar kiegyensúlyozása utáni földi rezgéstesztek (2.3. szakasz) mellett a Jak-52 repülés közbeni rezgésméréseit is elvégezték.
A repülés közbeni rezgést a második pilótafülkében, függőleges irányban mérték egy A&D (Japán) hordozható AD-3527 spektrumanalizátorral, 5 és 200 (500) Hz közötti frekvenciatartományban. A méréseket öt fő motorfordulatszám-módban végezték: 60%, 65%, 70%, 82% és 94% maximális forgási frekvencián.
A lengéscsillapítók beállítása előtt kapott eredményeket a 2.2. táblázat mutatja.
| # | Légcsavar sebessége | Rezgési spektrum összetevők, frekvencia (CPM) / amplitúdó (mm/sec) |
VΣ, mm/másodperc |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | FORDULAT | V1. oldal | Vn | Vc1 | V2. oldal | Vc2 | V4. oldal | Vc3 | V5. oldal | ||
| 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 = propeller felharmonikusok (1., 2., 4., 5.) Vn = kompresszor/frekvenciaérzékelő Vc1, Vc2, Vc3 = főtengely 1., 2., 3. Felső érték = frekvencia (CPM), alsó = amplitúdó (mm/sec).
Amint a 2.2. táblázatból látható, a fő rezgési komponensek a V propeller forgási frekvenciáján jelennek meg.1. oldal, a főtengely frekvenciája Vc1, a légkompresszor (és/vagy frekvenciaérzékelő) V hajtásan, és azok magasabb felharmonikusai.
Maximális teljes rezgés VΣ a 82% (1580 ford/perc) és 94% (1830 ford/perc) üzemmódokban található. Ezekben az üzemmódokban a domináns komponens a főtengely forgási frekvenciájának V 2. harmonikusánál jelenik meg.c2, 4800 ciklus/percnél 12,5 mm/s, 5520 ciklus/percnél pedig 15,8 mm/s sebességet elérve.
Feltételezhető, hogy ez a komponens a dugattyúcsoporttal van összefüggésben (ütközési folyamatok, amelyek a dugattyúk kétszeri elmozdulása során zajlanak le egy főtengely-fordulatnál). A 82% (első névleges) és 94% (felszállás) üzemmódokban tapasztalt hirtelen növekedést valószínűleg nem a dugattyúcsoport hibái, hanem a motor lengéscsillapítóin fellépő rezonáns rezgései okozzák. Ezt a következtetést alátámasztják a természetes frekvenciamérések is, amelyek a motor felfüggesztésének frekvenciáit 74 Hz-nél (4440 ciklus/perc), 94 Hz-nél (5640 ciklus/perc) és 120 Hz-nél (7200 ciklus/perc) mutatták ki. Ezek közül kettő – a 74 Hz és a 94 Hz – közel van a második főtengely-harmonikus frekvenciákhoz az első névleges és a felszállási üzemmódokban.
A V-nél található jelentős rezgések miattc2, ellenőrizték és beállították a motor lengéscsillapítóinak meghúzási erejét. Az összehasonlító eredményeket a 2.3. táblázat tartalmazza.
| # | % | FORDULAT (előtte / utána) |
V1. oldal | Vc2 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Előtt | Után | Előtt | Után | |||
| 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 |
Felső érték = frekvencia (CPM), alsó = amplitúdó (mm/sec).
Amint a 2.3. táblázatból látható, az elnyelő beállítása nem vezetett jelentős változásokhoz a repülőgép fő rezgéskomponenseiben.
Azt is meg kell jegyezni, hogy a légcsavar kiegyensúlyozatlanságának V komponense1. oldal a 82% és 94% módokban rendre 3–7-szer alacsonyabb, mint a Vc2 ezekben az üzemmódokban. Más repülési módokban a V1. oldal 2,8 és 4,4 mm/s között mozog, és a módok közötti változásait főként nem a kiegyensúlyozás minősége, hanem a repülőgép szerkezeti elemeinek sajátfrekvenciáitól való eltérés mértéke határozza meg.
2.6. Következtetések
2.6.1.
A Jak-52 légcsavarjának 1150 ford/perc forgási frekvencián (60%) történő kiegyensúlyozása lehetővé tette a légcsavar forgási frekvenciáján fellépő rezgés 10,2 mm/s-ról 4,2 mm/s-ra csökkentését. A Jak-52 és a Szu-29 repülőgépek légcsavarjainak a "Balanset-1" készülékkel történő kiegyensúlyozása során szerzett tapasztalatok figyelembevételével reális lehetőség van a rezgésszint még nagyobb csökkentésére – különösen a légcsavar magasabb forgási frekvenciájának kiválasztásával a kiegyensúlyozás során, ami nagyobb mértékben eltérít a repülőgép mérések során azonosított 20 Hz-es (1200 ciklus/perc) természetes rezgési frekvenciájától.
2.6.2.
Amint azt a repülési rezgéstesztek mutatják (lásd a 2.2. és 2.3. táblázatot), a Jak-52 repülőgép rezgési spektrumai a V légcsavar forgási frekvenciáján fellépő rezgés mellett a következőket is tartalmazzák:1. oldal, számos más jelentős alkatrész – amelyek a főtengely V-hez kapcsolódnakc1, Vc2, Vc3, a motor dugattyúcsoportja és a légkompresszor (és/vagy frekvenciaérzékelő) V hajtásan.
A 60%, 65% és 70% sebességmódokban ezek a komponensek nagyságrendjükben összehasonlíthatók a légcsavar kiegyensúlyozatlanságának V komponensével.1. oldal. Következésképpen a légcsavar kiegyensúlyozatlansága által okozott rezgés akár teljes kiküszöbölése is lehetővé tenné a repülőgép teljes rezgésének legfeljebb körülbelül 1,5-szeresére csökkentését ezekben az üzemmódokban.
2.6.3.
Maximális teljes rezgés VΣ A Jak-52 repülőgép rezgésének rezgése 82% (1580 ford/perc légcsavar) és 94% (1830 ford/perc légcsavar) sebesség üzemmódokban volt megfigyelhető. Ennek a rezgésnek a domináns komponense a főtengely forgási frekvenciájának V 2. harmonikusánál jelentkezik.c2, 4800 ciklus/perc, illetve 5520 ciklus/perc frekvencián, ahol 12,5 mm/s és 15,8 mm/s értékeket ér el.
Amint a 2.5. és 2.2. szakaszokban látható, a jelzett üzemmódokban tapasztalt hirtelen növekedést valószínűleg nem a dugattyúcsoport hibái, hanem a motor lengéscsillapítóin fellépő rezonáns rezgései okozzák. A lengéscsillapítók meghúzási erejének a tesztek során elvégzett beállítása nem vezetett jelentős változáshoz a rezgésszintekben.
Ez a helyzet feltehetően tervezési hibának tekinthető (pl.konstruktív proschet) a repülőgép-fejlesztők közül, akiket a repülőgép karosszériájában a motortartó (felfüggesztési) rendszer kiválasztásakor elismertek.
2.6.4.
A légcsavar kiegyensúlyozása során kapott adatok és a kiegészítőleg elvégzett rezgésvizsgálatok arra utalnak, hogy az időszakos rezgésmonitorozás hasznos lehet a repülőgép-hajtómű műszaki állapotának diagnosztikai értékeléséhez, beleértve a dugattyúcsoport, a főtengely, a motorcsapágyak és a légkompresszor-hajtás állapotának értékelését.
Ilyen munkát például a "Balanset-1" készülékkel lehet elvégezni (jelenleg a következő néven gyártják): Balanset-1A), amelynek szoftverében a spektrális rezgéselemzés funkciója megvalósul.
3. Az Szu-29 MTV-9-KC/CL 260-27 légcsavar- és rezgésvizsgálatának kiegyensúlyozása
3.1. Bevezetés
2014. június 15-én munkálatokat végeztek a Szu-29-es műrepülő repülőgép M-14P repülőgép-hajtóművére szerelt MTV-9-KC/CL 260-27 típusú háromlapátos légcsavar kiegyensúlyozásán.
A gyártó (MT-Propeller) által szolgáltatott adatok szerint a jelzett légcsavart előzetesen statikusan kiegyensúlyozták, amit a légcsavaron az 1. síkban található korrekciós súly jelenléte is bizonyít, amelyet a gyártóüzemben szereltek fel.
A közvetlenül a Szu-29 sebességváltójának kimenő tengelyére (azaz az állandó beszerelés helyére) szerelt légcsavar kiegyensúlyozását a 149-es sorozatszámú "Balanset-1" rezgéskiegyensúlyozó készlettel végezték.
A mérési séma (3.1. ábra) általánosságban hasonló volt a Jak-52 esetében használthoz. Rezgésérzékelő (gyorsulásmérő) 1 A motor sebességváltójának házára egy speciálisan kialakított konzolra szerelt mágneses tartó segítségével szerelték fel. Lézeres fázisszög-érzékelő 2 hasonlóképpen a sebességváltó házára volt felszerelve, és az egyik légcsavarlapátra felhelyezett fényvisszaverő jelölés felé irányítva. Az érzékelőktől származó analóg jeleket kábeleken keresztül továbbították a "Balanset-1" készülék mérőegységébe, ahol előzetes digitális feldolgozást végeztek. Ezt követően a digitális formában lévő jelek bekerültek a számítógépbe, ahol szoftveres feldolgozást végeztek, és kiszámították a légcsavar kiegyensúlyozatlanságának kompenzálásához szükséges korrekciós súly tömegét és szögét.
Zk — fő fogaskerék; Zc — műholdak; Zn — álló fogaskerék.
Ezt a munkát megelőzően, és figyelembe véve a Yak-52 légcsavar kiegyensúlyozásával kapcsolatos tapasztalatokat, további vizsgálatokat végeztek:
- a Su-29 motor és a légcsavar rezgéseinek természetes frekvenciáinak meghatározása;
- a második pilóta kabinjában az alaprezgés nagyságának és spektrális összetételének ellenőrzése a kiegyensúlyozás előtt.
3.2. A motor és a légcsavar rezgésének természetes frekvenciái
Ugyanezzel az ütközési gerjesztési módszerrel az AD-3527 analizátorral hat fő frekvenciát azonosítottak a motor felfüggesztési spektrumában (3.2. ábra): 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz.
A 66 Hz, 88 Hz és 120 Hz frekvenciák feltehetően közvetlenül kapcsolódnak a repülőgép testében található motortartó (felfüggesztési) rendszer sajátosságaihoz. A 16 Hz és 22 Hz frekvenciák valószínűleg a repülőgép egészének az alvázon fellépő természetes rezgéseivel kapcsolatosak. Ami a 37 Hz frekvenciát illeti, az valószínűleg a repülőgép légcsavarjának természetes rezgési frekvenciájával függ össze.
Ezt az utolsó feltételezést megerősítik a légcsavarlapátok természetes rezgési frekvenciáinak mérési eredményei (3.3. ábra), amelyek spektrumában három fő frekvenciát azonosítottak: 37 Hz, 100 Hz és 174 Hz.
A Szu-29 motorfelfüggesztése és légcsavarlapátjainak természetes frekvenciáinak ismerete jelentős gyakorlati jelentőséggel bír. Először is, lehetővé teszi a légcsavar forgási frekvenciájának indokolt megválasztását a kiegyensúlyozáshoz, biztosítva a repülőgép szerkezeti rezonanciáitól való maximális eltérést. Másodszor, szükséges alapot nyújt a különböző motorüzemmódokban megfigyelt rezgési okok helyes értelmezéséhez és diagnosztizálásához, amint azt a jelentés későbbi szakaszaiban bemutatjuk.
3.3. A kabin rezgési alapértéke kiegyensúlyozás előtt
A kiegyensúlyozási eljárás elvégzése előtt elvégezték az alap rezgésszintek mérését a Szu-29 második pilótafülkéjében. A Jak-52 esetében is a rezgést függőleges irányban mérték az A&D (Japán) AD-3527 hordozható spektrumanalizátorával, 5 és 200 Hz közötti frekvenciatartományban. A méréseket négy fő hajtómű-fordulatszám üzemmódban végezték, amelyek a légcsavar maximális forgási frekvenciájának 60%, 65%, 70% és 82% értékeihez tartoznak.
A mérések eredményeit a 3.1. táblázat mutatja.
| # | Légcsavar sebessége | Rezgési spektrum összetevők, frekvencia (CPM) / amplitúdó (mm/sec) |
VΣ, mm/másodperc |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | FORDULAT | V1. oldal | Vn | Vc1 | V3. oldal | Vc2 | V4. oldal | 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 = propeller felharmonikusok (1., 3., 4.) Vn = kompresszor/frekvenciaérzékelő Vc1, Vc2 = főtengely 1., 2. V? = azonosítatlan komponens. Felső érték = frekvencia (CPM), alsó = amplitúdó (mm/sec).
A fő rezgési komponensek a propeller forgási frekvenciáján, V-nél jelennek meg.1. oldal, főtengely Vc1, kompresszorhajtás Vn, és a 2. főtengely-harmonikus Vc2 (ami a háromlapátos légcsavar esetében egybeeshet a lapát-áthaladási frekvenciával V3. oldal).
A 60% mód spektrumában egy azonosítatlan komponenst is találtak 6120 ciklus/perc sebességnél, amelyet valószínűleg a körülbelül 100 Hz-es rezonancia okozott – ez a légcsavarlapát egyik természetes frekvenciája.
A maximális teljes rezgést (11,5 mm/sec) a 70% módban mérték. A domináns komponens ebben a módban a Vc2 4020 ciklus/perc sebességnél elérte a 10,8 mm/másodpercet. Ez a 70%-nél tapasztalható hirtelen növekedés valószínűleg a motorfelfüggesztés 67 Hz közelében (4020 ciklus/perc) jelentkező rezonáns rezgéseinek köszönhető.
Azt is meg kell jegyezni, hogy a dugattyúcsoport ütközési gerjesztései mellett az ebben a frekvenciatartományban lévő rezgést a légcsavar lapát-áthaladási frekvenciáján (V3. oldal). A 65% és 82% módokban a Vc2 (V3. oldal) komponens is megfigyelhető, ami hasonlóképpen magyarázható az egyes repülőgép-alkatrészek rezonáns rezgéseivel.
A légcsavar kiegyensúlyozatlanságának V komponense1. oldal 2,4 és 5,7 mm/s között mozgott a különböző módokban a kiegyensúlyozás előtt, általában alacsonyabb, mint a Vc2 a megfelelő módokban. Az üzemmódok közötti változását nemcsak a kiegyensúlyozás minősége határozza meg, hanem a repülőgép szerkezeti elemeinek sajátfrekvenciáitól való eltérés mértéke is.
3.4. Kiegyenlítési eredmények
A légcsavar kiegyensúlyozását egy síkban, 1350 ford/perc forgási frekvencián végezték, két mérési futtatással (a befolyásolási együtthatók klasszikus módszere). A kiegyensúlyozás teljes protokollja a ... részben található. 1. függelék.
A kiegyensúlyozási eljárás a következő műveletekből állt:
- Az első futtatás (kezdeti állapot) során meghatározták a rezgés amplitúdóját és fázisát a légcsavar forgási frekvenciáján.
- A második menet során meghatározták a rezgés amplitúdóját és fázisát egy ismert súlyú próbatömeg légcsavarra történő felszerelése után.
- Ezen mérési eredmények alapján a szoftver kiszámította a korrekciós súly tömegét és beépítési szögét az 1. síkban, amely a légcsavar kiegyensúlyozatlanságának kompenzálásához szükséges.
Eredmény: A korrekciós súly felszerelése után 40,9 g, a rezgés csökkent 6,7 mm/másodperc hogy 1,5 mm/másodperc. Más sebességmódoknál a légcsavar kiegyensúlyozatlanságával összefüggő rezgés a 1–2,5 mm/sec.
A repülés közbeni kiegyensúlyozás minőségének ellenőrzését nem végezték el a légcsavar véletlen sérülése miatt, amelyet egy kiképző repülés során szenvedett.
Jelentős eltérés a gyári kiegyensúlyozástól. Meg kell jegyezni, hogy a terepi kiegyensúlyozás során kapott eredmény jelentősen eltér a gyártóüzemben végzett kiegyensúlyozás eredményétől:
- A légcsavar forgási frekvenciáján a terepi kiegyensúlyozás utáni rezgés az állandó beépítés helyén (a Szu-29 sebességváltó kimenő tengelyén) több mint 4-szeresére csökkent a kezdeti állapothoz képest (azaz a gyárilag kiegyensúlyozott állapothoz képest);
- A terepi kiegyenlítés során felszerelt korrekciós súlyt körülbelül 130° a gyártóüzemben felszerelt korrekciós súlyhoz képest (MT-Propeller).
A gyártóüzemben felszerelt korrekciós súly a következő volt: nincs eltávolítva a propellerről a kiegészítő mezőkiegyenlítés során.
A jelzett eltérés okai a következők lehetnek:
- a gyártóüzemben található kiegyensúlyozó állvány mérőrendszerének hibái (ez az ok tűnik a legkevésbé valószínűnek);
- a gyártóüzemben a kiegyensúlyozó gép orsójának rögzítőfelületeinek geometriai hibái (pontatlanságai), amelyek a propeller orsóján való radiális kifutását okozzák;
- a Su-29 repülőgép sebességváltójának kimenő tengelyének rögzítőfelületeinek geometriai hibái (pontatlanságai), amelyek a légcsavar radiális kifutását okozzák, amikor a sebességváltó tengelyére szerelik.
3.5. Következtetések
3.5.1.
A Szu-29-es repülőgép légcsavarjának egy síkban történő kiegyensúlyozása 1350 ford/perc légcsavar forgási frekvencián (70%) lehetővé tette a légcsavar forgási frekvenciáján fellépő rezgés csökkentését a kezdeti 6,7 mm/s értékről a kiegyensúlyozás után 1,5 mm/s értékre. A motor más sebességfokozataiban a légcsavar kiegyensúlyozatlanságával járó rezgés szintén jelentősen csökkent, és 1–2,5 mm/s érték között maradt.
3.5.2.
A gyártóüzemben (MT-Propeller) a légcsavar kiegyensúlyozásának nem kielégítő eredményeinek okainak tisztázása érdekében ellenőrizni kell a légcsavar radiális kifutását a Szu-29 repülőgép motorsebességváltójának kimenő tengelyén.
1. függelék: Kiegyensúlyozási protokoll
KIEGYENLÍTŐ PROTOKOLL
MTV-9-K-C/CL 260-27 légcsavar a Szu-29-es műrepülőgépen
1. Ügyfél: VD Csvokov
2. Telepítési hely: A Su-29 sebességváltó kimenő tengelye
3. Légcsavar típusa: MTV-9-KC/CL 260-27
4. Kiegyensúlyozási módszer: Helyszíni összeszerelés (saját csapágyakban), egy síkban
5. Fordulatszám kiegyensúlyozása: 1350
6. Kiegyensúlyozó eszköz: "Balanset-1", sorozatszám 149, Vibromera
7. Alkalmazott szabványok: ISO 1940-1 — Merev rotorok kiegyensúlyozási minőségi követelményei.
8. Dátum: 15.06.2014
9. A kiegyensúlyozás eredményeinek összefoglalása:
| # | Mérés | Rezgés, mm/sec | Kiegyensúlyozatlanság, g·mm |
|---|---|---|---|
| 1 | Kiegyensúlyozás előtt * | 6.7 | 6135 |
| 2 | Kiegyenlítés után | 1.5 | 1350 |
| ISO 1940 tűréshatár G 6.3 osztály esetén | 1500 | ||
* A kiegyensúlyozást a gyárilag felszerelt korrekciós súllyal a hajócsavaron végezték.
10. Megállapítások:
10.1. A Su-29 sebességváltó kimenő tengelyén a légcsavar kiegyensúlyozása utáni maradék rezgés (kiegyensúlyozatlanság) több mint négyszeresére csökkent a kezdeti állapothoz képest.
10.2. A korrekciós súly paraméterei (tömeg, szög) jelentősen eltérnek a gyártó által (MT-Propeller) beszerelt értékektől. Egy további 40,9 g-os korrekciós súlyt szereltek fel, amelyet 130°-kal eltoltak a gyári súlytól. A gyári súlyt nem távolították el.
A pontos ok azonosításához a következőket kell tenni:
- ellenőrizze a gyártó kiegyensúlyozó gépén az orsó rögzítésének mérőrendszerét és geometriai pontosságát;
- Ellenőrizd a légcsavar radiális kifutását a Szu-29 sebességváltó kimenő tengelyén.
Végrehajtó:
Főszakértő, Vibromera
V.D. Feldman
Gyakran ismételt kérdések
Mi a terepi légcsavar kiegyensúlyozása és miért fontos?
A terepi légcsavar kiegyensúlyozását a repülőgépre felszerelt, üzemi sebességgel járó légcsavarral végzik. A gyári statikus kiegyensúlyozással ellentétben (amelyet a repülőgépről távolítva végeznek el), ez a tényleges beépítési körülményeket veszi figyelembe: a sebességváltó tűréseit, a rögzítési geometriát és a teljes repülőgép dinamikus rendszerét. A mi Szu-29-es esetünkben a terepen szükséges korrekciós súlyt 130°-kal eltolták a gyárilag beépített súlyhoz képest, ami azt mutatja, hogy a gyári kiegyensúlyozás önmagában nem biztos, hogy elegendő az optimális eredmény eléréséhez.
Milyen felszerelésre van szükség a repülőgép légcsavarjának kiegyensúlyozásához?
A Balanset-1A kiegyensúlyozó készlet tartalmaz egy rezgésérzékelőt (gyorsulásmérőt), egy lézeres fázisszög-érzékelőt (fordulatszámmérőt), egy USB interfészegységet a digitális jelfeldolgozáshoz, valamint egy kiegyensúlyozó szoftvert futtató számítógépet. Az érzékelőket mágneses állvány és konzol segítségével rögzítik a motor-sebességváltó házához. Az egyik légcsavarlapáton található fényvisszaverő szalagos jelölés fázisreferenciaként szolgál.
Hogyan választják ki a kiegyensúlyozó fordulatszámot?
A kiegyensúlyozáshoz használt forgási frekvenciának maximális eltérést kell biztosítania a repülőgép szerkezeti elemeinek (motorfelfüggesztés, légcsavarlapátok, repülőgép az alvázán) sajátfrekvenciáitól. Ezenkívül a választott fordulatszámnak stabil rezgésméréseket kell eredményeznie amplitúdóban és fázisban menetről menetre. A Jak-52 esetében 1150 fordulat/perc (60%); a Szu-29 esetében 1350 fordulat/perc (70%) került kiválasztásra.
Milyen rezgésszintek elfogadhatóak a kiegyensúlyozás után?
Az ISO 1940 szabvány szerint a G 6.3 osztályú reziduális kiegyensúlyozatlanság nem haladhatja meg az 1500 g·mm-t. A gyakorlatban a jó eredmények 2,5 mm/s RMS alatti rezgést eredményeznek a légcsavar forgási frekvenciáján. A Szu-29-en a kiegyensúlyozás 1,5 mm/s-ot ért el 1350 g·mm reziduális kiegyensúlyozatlanság mellett – az ISO tűréshatáron belül.
A légcsavar kiegyensúlyozása kiküszöbölheti a repülőgép összes rezgését?
Nem. Egy dugattyús repülőgép rezgési spektruma tartalmazza a főtengely, a dugattyúcsoport, a légkompresszor hajtásából származó komponenseket és a szerkezeti rezonanciákat. A Jak-52 elemzésünk kimutatta, hogy a légcsavar kiegyensúlyozatlanságának teljes kiküszöbölése a legtöbb üzemmódban legfeljebb körülbelül 1,5-szeresére csökkentené a teljes rezgést. A 82% és 94% üzemmódokban a főtengely második felharmonikusa 3-7-szeres faktorral dominálta a teljes rezgést a légcsavar komponenshez képest.
Milyen gyakran kell kiegyensúlyozni a repülőgép légcsavarjait?
A légcsavarokat nagyobb ellenőrzések során, javítások vagy sérülések után, valamint túlzott rezgés észlelésekor ki kell egyensúlyozni. A műrepülő repülőgépeknél a nagyobb terhelés miatt gyakrabban lehet szükség kiegyensúlyozásra. A spektrális analízissel (a Balanset-1A szoftverben elérhető) végzett időszakos rezgésmonitorozás diagnosztikai eszközként is szolgálhat a motor állapotának felméréséhez.
Milyen Balanset modellek érhetők el a propellerek kiegyensúlyozásához?
A Vibromera számos modellt kínál, amelyek alkalmasak a propeller és a rotor kiegyensúlyozására: a Balanset-1A (1975 euró) egy kétcsatornás hordozható rendszer, amelyet ebben a tanulmányban használtak; a Balanset-1A OEM (€1 735) az integrációra kész verzió műhelyek és karbantartó szervezetek számára; a Balanset-4 (6803 euró) egy négycsatornás rendszer összetett, többsíkú kiegyensúlyozási feladatokhoz. Minden modell spektrális rezgéselemzési képességgel rendelkezik, és rezgésérzékelőkkel, lézeres fordulatszámmérővel, mágneses rögzítő hardverrel és PC-szoftverrel van felszerelve.
Elvégezhet a Vibromera helyszíni propeller-kiegyensúlyozást szolgáltatásként?
Igen. A Vibromera a kiegyensúlyozó berendezések gyártása és értékesítése mellett helyszíni kiegyensúlyozási szolgáltatásokat is nyújt forgógépekhez. Azoknak a szervezeteknek, amelyeknek nincs szükségük saját kiegyensúlyozó berendezésre, vagy összetett, egyszeri feladatokhoz, a Vibromera szakemberei helyszíni dinamikus kiegyensúlyozást is végezhetnek a jelentésben leírt Balanset műszerekkel. A szervizzel kapcsolatos megkereséseket a következő címen lehet intézni: kapcsolatfelvételi oldal.
