- D. Feldman
Az OU Vibromera főtechnikusa
1. rész: https://vibromera.eu/example/on-balancing-the-propeller-of-the-aircraft-in-the-field-environment-part-1/
A légi jármű légcsavarjának kiegyensúlyozásáról terepi környezetben
"A propeller a repülőgép vezetője,
és az egyensúlyt csak egy striver"
- Az MTV-9-K-C/CL 260-27 légcsavar kiegyensúlyozásának és a SU-29 műrepülőgép rezgésvizsgálatának eredményei
3.1. Bevezetés
2014. június 15-én kiegyensúlyoztuk a Szu-29-es műrepülőgép M-14P motorjának háromlapátos légcsavarját, az MTV-9-K-C/CL 260-27-et.
A gyártó szerint a megadott légcsavar előre statikusan kiegyensúlyozott volt, amit a gyártóüzemben beállított korrekciós súly 1. síkjában lévő légcsavar is bizonyít.
A közvetlenül az SU-29-re szerelt légcsavart a 149-es üzemszámú Balanset-1 rezgéskiegyenlítő készlettel kiegyensúlyozták.
A kiegyensúlyozás során alkalmazott mérési séma a 3.1. ábrán látható.
A kiegyensúlyozási folyamat során a rezgésérzékelő (gyorsulásmérő) 1 a motor fogaskerékházára egy speciális konzolra szerelt mágnessel volt felszerelve.
A fázisszög lézeres érzékelője 2 szintén a hajtóműházra volt felszerelve, és az egyik propellerlapátra rögzített fényvisszaverő címke irányította.
Az érzékelők analóg jeleit kábelen keresztül továbbították a Balanset-1 mérőegységébe, ahol az előzetes digitális feldolgozásuk történt.
Továbbá ezeket a jeleket digitális formában továbbították a számítógéphez, amely feldolgozta őket, és kiszámította a légcsavar kiegyensúlyozatlanságának kiegyenlítéséhez szükséges korrekciós súly tömegét és beépítési szögét.
3.1. ábra A SU-29 légcsavar kiegyensúlyozásának mérési sémája
Zk - 75 fogú fő fogaskerék;
Zс - fogaskerék-szatellitek 6 darab 18 foggal;
Zn - 39 fogazású fix fogaskerék.
E munka során, figyelembe véve a YAK-52 légcsavarok kiegyensúlyozásával kapcsolatos tapasztalatokat, számos további vizsgálatot végeztünk, többek között:
- a SU-29 hajtóműve és légcsavarja rezgéseinek sajátfrekvenciáinak meghatározása;
- a másodpilóta pilótafülkéjében a kezdeti rezgés értékének és spektrális összetételének vizsgálata a kiegyensúlyozás előtt;
3.2. A motor és a légcsavar sajátfrekvenciáira vonatkozó vizsgálatok eredményei.
A repülőgép testében lévő csillapítókra szerelt hajtómű sajátfrekvenciáit az AD-3527, f. A @ D, (Japán) spektrumanalizátorral határozták meg a hajtómű rezgéseinek lökésszerű gerjesztésével.
Hat fő frekvenciát határoztunk meg, nevezetesen: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz (lásd a 3.2. ábrát) a motor felfüggesztésének természetes rezgéseinek spektrumában.
ábra 3.2. Az SU-29 motorfelfüggesztésének sajátrezgés-spektruma
A 66Hz, 88Hz és 120Hz frekvenciák valószínűleg közvetlenül a hajtóműnek a repülőgép testéhez való rögzítési jellemzőivel (felfüggesztés) függenek össze.
A 16 Hz-es és 22 Hz-es frekvenciák valószínűleg a repülőgép alvázon történő természetes rezgéseihez kapcsolódnak.
A 37 Hz-es frekvencia valószínűleg a repülőgép légcsavarlapátjának saját rezgési frekvenciájához kapcsolódik.
Ez utóbbi feltételezést megerősítik a légcsavar sajátrezgési frekvenciáinak ellenőrzésének eredményei, amelyeket szintén a lökésgerjesztés módszerével kaptunk.
A légcsavarlapát sajátrezgéseinek spektrumában (lásd a 3.3. ábrát) három fő frekvenciát észleltünk, nevezetesen: 37Hz, 100Hz és 174Hz.
3.3. ábra A SU-29 légcsavarlapátok rezgési sajátfrekvenciáinak spektruma
A SU-29 légcsavarlapát és a hajtómű sajátrezgési frekvenciáira vonatkozó adatok elsősorban a kiegyensúlyozáshoz használt légcsavar fordulatszámának megválasztásakor lehetnek fontosak. E frekvencia megválasztásának fő feltétele, hogy a lehető legnagyobb eltérést biztosítsa a repülőgép szerkezeti elemeinek sajátrezgési frekvenciáitól.
Ezenkívül a repülőgép egyes alkatrészei és részei rezgéseinek sajátfrekvenciáinak ismerete hasznos lehet a rezgési spektrum egyes komponenseinek különböző motorfordulatszámok mellett történő erőteljes növekedésének (rezonancia esetén) okainak azonosításához.
3.3. Rezgésellenőrzés a Szu-29-es másodpilóta pilótafülkéjében a földön a kiegyensúlyozás előtt.
Megmértük a SU-29-es kezdeti rezgését, amelyet a légcsavar kiegyensúlyozása előtt észleltünk a másodpilóta pilótafülkében. függőleges irányban AD-3527 f.A@D (Japán) hordozható rezgési spektrumanalizátorral az 5 és 200 Hz közötti frekvenciatartományban.
A méréseket négy főmotor fordulatszámon végezték, amelyek a 60%, 65%, 70% és 82% maximális fordulatszámnak feleltek meg.
Az eredményeket a 3.1. táblázat mutatja be.
Amint a 2.1. táblázatból látható, a rezgés fő összetevői a légcsavar Vv1, a motor forgattyús tengelye Vk1 és a légkompresszor hajtóműve (és/vagy frekvenciaérzékelője) Vn fordulatszámánál, valamint a 2nd a forgattyús tengely Vk2 harmonikusa és esetleg a 3rd (lapát) légcsavar harmonikusa Vv3, amely frekvenciájában közel áll a forgattyús tengely második harmonikusához.
3.1. táblázat
Nem. | A légcsavar forgási sebessége | Rezgési spektrum összetevők, frekvencia, Hz tartomány, mm/s | Vå, mm/s | ||||||||
% | rpm | ||||||||||
Vv1 | Vn | Vk1 | Vv3 | Vk2 | Vv4 | Vk3 | 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 |
Ezen túlmenően a 60% sebességű üzemmódban a 60% rezgési spektrumban egy, a számított spektrummal nem azonosított komponenst mutattunk ki 6120 ciklus/perc frekvencián, amelyet a repülőgép egyik szerkezeti elemének körülbelül 100 Hz-es frekvenciájú rezonanciája okozhat. Ilyen elem lehet például egy légcsavar, amelynek egyik sajátfrekvenciája 100 Hz.
A Vå repülőgép legnagyobb, 11,5 mm/sec-ot elérő teljes rezgése a 70% sebességi üzemmódban mutatkozott.
A teljes rezgés fő összetevője ebben az üzemmódban a 2nd a motor forgattyútengely Vk2 fordulatszámának harmonikusa (4 020 ciklus/perc) és 10,8 mm/s.
Feltételezhető, hogy ez az összetevő a motor dugattyúcsoportjának működéséhez kapcsolódik (lökésszerű folyamatok, amikor a dugattyúk a forgattyús tengely egy fordulatán belül kétszer átfordulnak).
A 70% üzemmódban ennek az összetevőnek az erőteljes növekedése valószínűleg a repülőgép egyik szerkezeti elemének (a hajtómű felfüggesztése a repülőgép testében) 67 Hz-es (4020 ciklus/perc) frekvenciájú rezonáns rezgéséből adódik.
Meg kell jegyezni, hogy a dugattyúcsoport működéséhez kapcsolódó lökésgerjesztések mellett az adott frekvencián belüli rezgés értékét befolyásolhatja az aerodinamikai erő, amely a légcsavar lapátfrekvenciáján (Vv3) jelentkezik.
A 65% és a 82% nagysebességű üzemmódjaiban szintén megfigyelhető a Vk2 komponens (Vv3), ami a repülőgép egyes alkatrészeinek rezonáns rezgéseivel magyarázható.
A légcsavar kiegyensúlyozatlanságához kapcsolódó spektrális komponens amplitúdója Vv1, a kiegyensúlyozás előtti fő sebességmódok által feltárt értékek 2,4 és 5,7 mm/s között mozogtak, ami általában alacsonyabb, mint a következő értékek értéke Vk2 a megfelelő üzemmódokban.
Továbbá, ahogy a 3.1. táblázatból látható, az egyik üzemmódból a másikba való átmenet során bekövetkező változásokat nemcsak az egyensúlyozás minősége határozza meg, hanem a légcsavar forgási frekvenciájának a légijármű szerkezeti elemeinek saját rezgési frekvenciáitól való eltérésének mértéke is.
3.4. Kiegyenlítési eredmények.
A légcsavart ugyanabban a síkban egyensúlyozták ki a forgási frekvencián. E kiegyensúlyozás eredményeként a légcsavar teljesítményegyenlőtlenségének kompenzálása a dinamikában biztosított.
A kiegyenlítési protokoll az alábbiakban olvasható 1. függelék.
A kiegyensúlyozást 1350 fordulat/perc propellerfordulatszámon végezték, és két mérési indítást tett lehetővé.
Az első indítás során meghatároztuk a kezdeti állapotban a légcsavar forgási frekvenciáján a rezgés amplitúdóját és fázisát.
A második indítás során meghatároztuk a légcsavar forgási frekvenciáján a rezgés amplitúdóját és fázisát, miután egy meghatározott tömegű próbasúlyt rögzítettünk a légcsavaron.
A mérési eredmények alapján meghatározták a korrekciós súly tömegét és beépítési szögét az 1. síkban.
Miután a 40,9 g-os korrekciós súly számított értékét a légcsavaron rögzítették, a vibráció ebben a sebességi módban a kezdeti 6,7 mm/s-ról 1,5 mm/s-ra csökkent a kiegyensúlyozás után.
A légcsavar kiegyensúlyozatlanságához kapcsolódó rezgésszint más nagysebességű üzemmódokban is csökkent, és a kiegyensúlyozás után 1 és 2,5 mm/s közötti tartományban volt.
Nem végeztük el a kiegyensúlyozás minőségének a repülőgép rezgésszintjére gyakorolt hatásának vizsgálatát, mivel az egyik gyakorlórepülés során a légcsavar vészhelyzetben megsérült.
Meg kell jegyezni, hogy a meghatározott kiegyensúlyozás elvégzése során kapott eredmény jelentősen eltér a gyártóüzemben végzett kiegyensúlyozás eredményétől.
Különösen:
- a rezgés több mint 4-szeresére csökken a légcsavar forgási frekvenciáján, miután azt egy állandó telepítési helyen (az SU-29 hajtómű kimeneti tengelyén) kiegyensúlyozták;
- a kiegyensúlyozás során elhelyezett korrekciós súly a gyártóüzemben beállított súlyhoz képest körülbelül 130º-kal eltolódik.
Ennek a helyzetnek a lehetséges okai a következők lehetnek:
- a gyártó mérőrendszerének mérési hibái (ami nem valószínű);
- a légcsavar kiegyensúlyozó gép orsócsatlakozó üléseinek geometriai hibái, amelyek a légcsavar radiális elhajlását eredményezik, amikor az orsóra szerelik;
- a repülőgép hajtóműtengelyének csatlakozóüléseinek geometriai hibái, amelyek a hajtóműtengelyre szerelt légcsavar radiális elhajlását eredményezik.
3.5. Következtetések a munka eredményeiről
3.5.1. A SU-29 légcsavar kiegyensúlyozása, amelyet ugyanabban a síkban, 1350 rpm légcsavarfordulatszámon (70%) végeztek, lehetővé tette a légcsavar rezgésének 6,7 mm/s-ról 1,5 mm/s-ra való csökkentését.
A légcsavar kiegyensúlyozatlanságához kapcsolódó rezgésszint más nagysebességű üzemmódokban is jelentősen csökkent, és 1 és 2,5 mm/s között mozgott.
3.5.2. A nem kielégítő kiegyensúlyozási eredmények lehetséges okainak tisztázása érdekében a gyártóüzemben ellenőrizni kell a repülőgépmotor hajtóművének hajtótengelyén a radiális kifutását.
melléklet
KIEGYENLÍTŐ PROTOKOLL
a Szu-29-es műrepülőgépek MTV-9-K-C/CL 260-27 légcsavarjai esetében
- Ügyfél: V. D. Chvokov
- A légcsavar beépítési helye: az SU-29 hajtóműtengelye.
- Propeller típusa: 260-27
- Kiegyensúlyozási módszer: a működés helyén (saját csapágyazásban), ugyanabban a síkban összeszerelve.
- Propeller fordulatszám kiegyensúlyozás közben, rpm: 1,350
- A kiegyenlítő berendezés modellje, üzemszáma és gyártója: Balancet-1, 149-es üzemszám, OU Vibromer
- A kiegyensúlyozás során használt szabályozási dokumentumok:
7.1. GOST ISO 1940-1-2007 Rezgés. Kiegyensúlyozási minőségi követelmények merev rotorokra. 1. rész. A megengedett kiegyensúlyozatlanság meghatározása.
7.2. _____________________________________________________________
_____________________________________________________________
- A kiegyenlítés időpontja: június 15, 2014
- Összefoglaló táblázat a kiegyensúlyozási eredményekről:
Nem. | Mérési eredmények | Rezgés, mm/s | Kiegyensúlyozatlanság, g* mm |
1 | Kiegyenlítés előtt *) | 6.7 | 6,135 |
2 | Kiegyenlítés után | 1.5 | 1,350 |
A GOST ISO 1940 szerinti tűréshatár a G 6.3 osztály esetében | 1,500 |
*) Megjegyzés: A kiegyensúlyozást a légcsavar gyártó által meghatározott korrekciós súlyának megtartása mellett végezték.
- Következtetés:
10.1. Az SU-29 hajtóművének hajtótengelyére szerelt légcsavar kiegyensúlyozása után (lásd a 9.2. szakaszt) a rezgésszint (maradék kiegyensúlyozatlanság) több mint négyszeresére csökken a kiindulási értékhez képest (lásd a 9.1. szakaszt).
10.2. A 10.1. pont szerinti eredmény eléréséhez használt korrekciós súly paraméterei (tömeg, beépítési szög) jelentősen eltérnek a gyártóüzemben beállított korrekciós súly paramétereitől (MT-propeller).
A légcsavar kiegyensúlyozása során egy további 40,9 g-os korrekciós súlyt helyeztünk el, amelyet a gyártóüzemben beállított súlyhoz képest 130º-os szögben eltoltunk.
(A gyártóüzemben elhelyezett súly nem távolították el a légcsavarból a kiegészítő kiegyensúlyozás során).
Ennek a helyzetnek a lehetséges okai a következők lehetnek:
- a gyártóüzem mérőrendszerének mérési hibái;
- a gyártóüzem kiegyensúlyozó gépének orsócsatlakozó üléseinek geometriai hibái, amelyek a légcsavar sugárirányú elhajlását eredményezik, amikor azt az orsóra szerelik;
- a repülőgép hajtóművének hajtótengelye csatlakozóüléseinek geometriai hibái, amelyek a hajtóműtengelyre szerelt légcsavar sugárirányú kifutását eredményezik.
Azonosítani kell a légcsavar megnövekedett kiegyensúlyozatlanságához vezető konkrét okot, amikor a Szu-29 hajtóművének hajtótengelyére szerelik fel a légcsavart:
- a gyártóüzemben az MTV-9-K-C/CL 260-27 légcsavar kiegyensúlyozásához használt kiegyensúlyozó gép mérőrendszerének és az orsóülések geometriai pontosságának ellenőrzése;
- az SU-29 hajtóművének hajtótengelyére szerelt légcsavar radiális futásának ellenőrzése.
Végrehajtó:
Az OU Vibromera főtechnikusa
V. D. Feldman