A repülőgép légcsavarjának kiegyensúlyozásáról terepi környezetben. 2. rész

1. 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"

3. 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 2^nd a forgattyús tengely Vk2 harmonikusa és esetleg a 3^rd (lapát) légcsavar harmonikusa Vv3, amely frekvenciájában közel áll a forgattyús tengely második harmonikusához.

3.1. táblázat

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 2^nd 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

1. Ügyfél: V. D. Chvokov
2. A légcsavar beépítési helye: az SU-29 hajtóműtengelye.
3. Propeller típusa: 260-27
4. Kiegyensúlyozási módszer: a működés helyén (saját csapágyazásban), ugyanabban a síkban összeszerelve.
5. Propeller fordulatszám kiegyensúlyozás közben, rpm: 1,350
6. A kiegyenlítő berendezés modellje, üzemszáma és gyártója: Balancet-1, 149-es üzemszám, OU Vibromer
7. 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. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. A kiegyenlítés időpontja: június 15, 2014
9. Összefoglaló táblázat a kiegyensúlyozási eredményekről:

*) Megjegyzés: A kiegyensúlyozást a légcsavar gyártó által meghatározott korrekciós súlyának megtartása mellett végezték.

10. 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