Tentang menyeimbangkan baling-baling pesawat di lingkungan lapangan. Bagian 1

1. V.D. Feldman

Kepala Teknisi OU Vibromera

Tentang menyeimbangkan baling-baling pesawat di lingkungan lapangan

 "Baling-baling adalah penggerak pesawat,

dan untuk menyeimbangkannya hanya bisa dilakukan oleh seorang pejuang"

1. Dalam pengganti kata pengantar

Dua setengah tahun yang lalu, perusahaan kami memulai produksi massal Balanset-1, yang dimaksudkan untuk menyeimbangkan mekanisme rotor pada bantalannya sendiri.

Hingga saat ini, lebih dari 180 set telah diproduksi, yang secara efektif digunakan di berbagai industri, termasuk produksi dan pengoperasian kipas angin, knalpot, motor listrik, spindel kerja, pompa, penghancur, pemisah, sentrifugal, poros penggerak dan poros engkol, serta mekanisme lainnya.

Baru-baru ini, perusahaan kami telah menerima sejumlah besar permintaan dari organisasi dan individu yang terkait dengan kemungkinan menggunakan peralatan kami untuk menyeimbangkan baling-baling pesawat terbang dan helikopter di lingkungan lapangan.

Sayangnya, para spesialis kami, yang memiliki pengalaman hebat dalam menyeimbangkan berbagai macam mesin, belum pernah menangani masalah ini. Oleh karena itu, saran dan rekomendasi yang dapat kami berikan kepada Pelanggan kami bersifat umum dan tidak selalu memungkinkan mereka untuk menyelesaikan masalah secara efektif.

Musim semi ini, situasi mulai berubah menjadi lebih baik karena sikap aktif V. D. Chvokov, yang mengorganisir dan mengambil bagian paling aktif dalam pekerjaan menyeimbangkan baling-baling YAK-52 dan SU-29, yang mana ia adalah seorang pilot.

Gbr. 1.1. Yak-52 di lapangan terbang

Gbr. 1.2. SU-29 di area parkir

Selama proses ini, kami telah mempelajari keterampilan dan teknologi tertentu untuk menyeimbangkan baling-baling pesawat di lingkungan lapangan dengan menggunakan Balanset-1, termasuk:

• menentukan tempat dan metode pemasangan (mounting) sensor getaran dan sudut fasa pada fasilitas;
• menentukan frekuensi resonansi sejumlah elemen struktural pesawat (suspensi mesin, bilah baling-baling);
• mengidentifikasi kecepatan rotasi (mode operasi) mesin, memberikan ketidakseimbangan sisa minimum dalam proses penyeimbangan;
• menentukan toleransi untuk ketidakseimbangan sisa baling-baling, dll.

Selain itu, kami telah memperoleh data yang menarik tentang tingkat getaran pesawat yang dilengkapi dengan mesin M-14P.

Bahan-bahan pelaporan disarankan di bawah ini berdasarkan hasil dari karya-karya ini.

Bersama dengan hasil penyeimbangan, mereka berisi data survei getaran YAK-52 dan SU-29 yang diperoleh selama pengujian di darat dan penerbangan.

Data ini mungkin menarik, baik untuk pilot pesawat maupun untuk spesialis pemeliharaan.

2. Hasil penyeimbangan baling-baling dan pengujian getaran pesawat aerobatik YAK-52

2.1. Pendahuluan

Pada bulan Mei-Juli 2014, kami melakukan pengujian getaran YAK-52 yang dilengkapi dengan mesin pesawat M-14P, serta menyeimbangkan baling-baling dua bilahnya.

Penyeimbangan dilakukan pada bidang yang sama dengan menggunakan set penyeimbangan Balanset-1, pabrik No. 149.

Skema pengukuran yang digunakan dalam penyeimbangan ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Selama proses penyeimbangan, sensor getaran (akselerometer) 1 dipasang pada penutup depan roda gigi mesin dengan menggunakan magnet pada braket khusus.

Sensor laser dari sudut fase 2 juga dipasang pada penutup roda gigi dan dipandu oleh label pemantul yang diaplikasikan pada salah satu bilah baling-baling.

Sinyal analog dari sensor ditransmisikan melalui kabel ke unit pengukur Balanset-1, di mana pemrosesan digital awal dilakukan.

Selanjutnya, sinyal-sinyal ini dalam bentuk digital ditransmisikan ke komputer, yang memprosesnya dan menghitung massa dan sudut pemasangan bobot korektif yang diperlukan untuk mengkompensasi ketidakseimbangan pada baling-baling.

Gbr. 2.1. Skema pengukuran untuk menyeimbangkan baling-baling YAK-52.

Zk - roda gigi utama;

Zс - satelit roda gigi;

Zn - roda gigi tetap.

Dalam proses pekerjaan ini, dengan mempertimbangkan pengalaman dalam menyeimbangkan baling-baling SU-29 dan YAK-52, kami melakukan sejumlah studi tambahan, termasuk:

• menentukan frekuensi alami osilasi mesin dan baling-baling YAK-52;
• memeriksa nilai dan komposisi spektral getaran di kokpit co-pilot saat terbang setelah menyeimbangkan baling-baling;
• memeriksa nilai dan komposisi spektral getaran di kokpit co-pilot saat terbang setelah menyeimbangkan baling-baling dan menyesuaikan kekuatan pengencangan peredam mesin.

2.2. Hasil studi tentang frekuensi alami mesin dan baling-baling.

Frekuensi alami mesin yang dipasang pada peredam di badan pesawat ditentukan dengan menggunakan penganalisis spektrum AD-3527, f. A @ D, (Jepang), dengan eksitasi guncangan osilasi mesin.

Kami menentukan 4 frekuensi utama, yaitu: 20 Hz, 74Hz, 94 Hz, 120 Hz dalam spektrum osilasi alami suspensi mesin YAK-52, yang contohnya ditunjukkan pada Gbr. 2.2.

Gbr. 2.2. Spektrum frekuensi alami osilasi suspensi mesin YAK-52

Frekuensi 74Hz, 94Hz, 120Hz mungkin terkait dengan fitur pemasangan (suspensi) mesin ke badan pesawat.

Frekuensi 20Hz kemungkinan besar terkait dengan osilasi pesawat pada sasis.

Frekuensi alami osilasi bilah baling-baling juga ditentukan oleh metode eksitasi kejut.

Dalam hal ini, kami mengungkapkan empat frekuensi utama, yaitu: 36Hz, 80Hz, 104Hz dan 134Hz.

Data frekuensi alami osilasi baling-baling dan mesin YAK-52 mungkin sangat penting ketika memilih frekuensi rotasi baling-baling yang digunakan dalam penyeimbangan. Syarat utama untuk memilih frekuensi ini adalah untuk memastikan detuning semaksimal mungkin dari frekuensi alami osilasi elemen struktural pesawat.

Selain itu, pengetahuan tentang frekuensi alami osilasi masing-masing komponen dan bagian pesawat dapat berguna untuk mengidentifikasi alasan peningkatan tajam (dalam kasus resonansi) komponen tertentu dari spektrum getaran pada berbagai kecepatan mesin.

2.3. Menyeimbangkan hasil.

Seperti yang sudah kami catat di atas, baling-baling diseimbangkan pada bidang yang sama, sebagai akibatnya, kompensasi diberikan untuk ketidakseimbangan daya baling-baling dalam dinamika.

Penyeimbangan dinamis dalam dua bidang tidak mungkin dilakukan, yang memungkinkan (selain gaya satu) untuk mengkompensasi ketidakseimbangan momen baling-baling, karena desain baling-baling yang dipasang pada YAK-52 memungkinkan untuk membentuk hanya satu bidang koreksi.

Baling-baling diseimbangkan pada frekuensi putarannya sebesar 1.150 rpm (60%), yang memungkinkan untuk mendapatkan hasil pengukuran getaran yang paling stabil dalam amplitudo dan fase dari awal hingga akhir.

Baling-baling diseimbangkan menurut skema klasik "dua start".

Selama penyalaan pertama, kami menentukan amplitudo dan fase getaran pada frekuensi putaran baling-baling pada kondisi awal.

Selama start-up kedua, kami menentukan amplitudo dan fase getaran pada frekuensi rotasi baling-baling setelah menetapkan massa bukti sebesar 7g.

Dengan mempertimbangkan data ini, kami menghitung massa M = 19,5g secara terprogram dan sudut pemasangan bobot koreksi F = 32.

Dengan mempertimbangkan fitur desain baling-baling, yang tidak memungkinkan untuk menempatkan pemberat koreksi pada sudut yang diperlukan, dua pemberat yang setara dipasang pada baling-baling, termasuk:

• Berat M1 = 14g pada sudut F1 = 0º;
• Berat M1 = 8,3g pada sudut F1 = 60º.

Setelah pemberat korektif di atas ditempatkan pada baling-baling, getaran yang diukur pada kecepatan rotasi 1.150 rpm dan terkait dengan ketidakseimbangan baling-baling menurun dari 10,2 mm/s pada kondisi awal menjadi 4,2 mm/s setelah penyeimbangan.

Pada saat yang sama, ketidakseimbangan baling-baling yang sesungguhnya menurun dari 2.340 g*mm menjadi 963 g*mm.

2.4. Menguji efek penyeimbangan pada tingkat getaran YAK-52 di darat pada kecepatan baling-baling yang berbeda

Tabel 2.1 menunjukkan hasil uji getaran YAK-52, yang dilakukan dalam kondisi pengoperasian mesin lainnya yang diperoleh selama pengujian di lapangan.

Seperti yang ditunjukkan pada tabel, balancing memiliki efek positif pada getaran YAK-52 dalam semua mode operasinya.

Tabel 2.1

Selain itu, selama pengujian di lapangan, terungkap kecenderungan untuk secara signifikan mengurangi getaran pesawat terbang dengan meningkatkan laju rotasi baling-balingnya.

Fenomena ini dapat dijelaskan dengan tingkat detuning yang lebih besar dari kecepatan rotasi baling-baling dari frekuensi osilasi alami pesawat pada sasis (mungkin 20Hz), yang terjadi dengan meningkatnya kecepatan rotasi baling-baling.

2.5. Memeriksa getaran YAK-52 di udara dalam mode penerbangan utama sebelum dan sesudah menyesuaikan kekuatan pengencangan peredam

Sebagai tambahan dari uji getaran yang dilakukan setelah menyeimbangkan baling-baling di darat (lihat Bagian 2.3), kami melakukan pengukuran getaran YAK-52 dalam penerbangan.

Getaran dalam penerbangan diukur di kokpit co-pilot dalam arah vertikal menggunakan penganalisis spektrum getaran portabel AD-3527 f. A@D (Jepang) dalam rentang frekuensi 5 hingga 200 (500) Hz.

Pengukuran dilakukan pada lima kecepatan mesin utama yang masing-masing setara dengan 60%, 65%, 70% dan 82% dari kecepatan putaran maksimumnya.

Hasil pengukuran yang dilakukan sebelum menyesuaikan peredam ditunjukkan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2

Sebagai contoh, Gbr. 2.3 dan 2.4 menunjukkan grafik spektrum yang diperoleh ketika mengukur getaran di kokpit YAK-52 dalam mode 60% dan 94% dan digunakan ketika mengisi tabel 2.2.

Gbr.2.3. Spektrum getaran di kokpit YAK-52 pada 60%.

Gambar 2.4. Spektrum getaran di kokpit YAK-52 pada 94%.

Seperti yang ditunjukkan Tabel 2.2, komponen utama getaran, yang diukur di kokpit co-pilot, muncul pada kecepatan rotasi baling-baling Vv1 (disorot dengan warna kuning), poros engkol mesin Vk1 (disorot dengan warna biru), dan roda gigi penggerak kompresor udara (dan/atau sensor frekuensi) Vn (disorot dengan warna hijau), serta pada harmonisa yang lebih tinggi Vv2, Vv4, Vv5, dan Vk2, Vk3.

Getaran total maksimum Vå  terdeteksi pada kecepatan 82% (1.580 rpm baling-baling) dan 94% (1.830 rpm).

Komponen utama dari getaran ini memanifestasikan dirinya pada 2^dan harmonik dari kecepatan poros engkol mesin Vk2 dan karenanya mencapai nilai 12,5 mm/dtk pada frekuensi 4800 siklus/menit dan 15,8 mm/dtk pada frekuensi 5.520 siklus/menit.

Dapat diasumsikan bahwa komponen ini terkait dengan pengoperasian blok piston mesin (proses kejut ketika piston diposisikan ulang dua kali selama satu putaran poros engkol).

Peningkatan tajam pada komponen ini dalam mode 82% (nominal pertama) dan 94% (lepas landas) kemungkinan besar tidak disebabkan oleh cacat kelompok piston, tetapi oleh osilasi resonansi pada mesin yang dipasang di badan pesawat pada peredam.

Kesimpulan ini ditegaskan oleh hasil verifikasi eksperimental di atas mengenai frekuensi alami osilasi suspensi mesin, yang spektrumnya terdiri atas 74Hz (4.440 putaran/menit), 94Hz (5.640 putaran/menit), dan 120Hz (7.200 putaran/menit).

Dua dari frekuensi alami ini, sama dengan 74 dan 94 Hz, mendekati frekuensi 2^dan harmonik kecepatan putaran poros engkol, yang terjadi pada putaran nominal pertama dan putaran lepas landas operasi mesin.

Karena fakta bahwa selama pengujian getaran, kami mengungkapkan getaran yang signifikan pada 2^dan harmonik poros engkol pada putaran nominal dan lepas landas pertama mesin, dilakukan upaya untuk memeriksa dan menyesuaikan kekuatan pengencangan peredam suspensi mesin.

Tabel 2.3 menunjukkan hasil uji perbandingan yang diperoleh sebelum dan sesudah menyesuaikan peredam untuk kecepatan putaran baling-baling (Vv1) dan 2^dan harmonik dari frekuensi rotasi poros engkol (Vk2).

Tabel 2.3

Seperti yang dapat kita lihat dari tabel 2.3, penyesuaian peredam tidak menyebabkan perubahan yang signifikan pada nilai komponen utama getaran pesawat.

Dengan mempertimbangkan hal di atas, adalah mungkin untuk mempertimbangkan peningkatan nyata dalam komponen getaran YAK-52 pada mode nominal dan lepas landas pertama (menurut pendapat kami) sebagai kesalahan perhitungan konstruktif dari para perancang pesawat, yang dibuat ketika memilih sistem pemasangan mesin (suspensi) di bodi pesawat.

Dalam hal ini, kita harus mencatat bahwa amplitudo komponen spektral yang terkait dengan ketidakseimbangan baling-baling Vv1, terdeteksi pada mode 82% dan 94% (lihat Tabel 1.2 dan 1.3), masing-masing 3-7 kali lebih rendah daripada amplitudo Vk2 pada mode-mode ini.

Dalam mode penerbangan lainnya, komponen Vv1 berada dalam kisaran 2,8-4,4 mm/s.

Selain itu, seperti yang ditunjukkan Tabel 2.2 dan 2.3, selama transisi dari satu mode ke mode lainnya, perubahannya terutama ditentukan bukan oleh kualitas penyeimbangan, tetapi oleh tingkat detuning kecepatan rotasi baling-baling dari frekuensi alami osilasi elemen struktural tertentu pada pesawat.

2.6. Kesimpulan tentang hasil pekerjaan

2.6.1. Menyeimbangkan baling-baling YAK-52, yang dilakukan pada frekuensi rotasi 1150 rpm (60%), memungkinkan untuk mengurangi getaran baling-baling dari 10,2 mm/dtk menjadi 4,2 mm/dtk.

Dengan mempertimbangkan pengalaman tertentu yang diperoleh dalam proses menyeimbangkan baling-baling YAK-52 dan SU-29 dengan menggunakan Balanset-1, kita dapat mengasumsikan bahwa ada kemungkinan untuk mengurangi tingkat getaran baling-baling YAK-52 lebih lanjut.

Efek ini dapat dicapai, khususnya, dengan memilih frekuensi rotasi baling-baling yang berbeda (lebih tinggi) selama penyeimbangan, yang memungkinkan tingkat pelepasan yang lebih besar dari frekuensi osilasi alami pesawat terbang sebesar 20 Hz (1.200 siklus/menit) yang terdeteksi selama pengujian.

2.6.2. Seperti yang ditunjukkan oleh hasil uji getaran YAK-52 saat terbang, spektrum getarannya (selain komponen yang disebutkan di atas dalam paragraf 2.6.1, yang muncul pada frekuensi rotasi baling-baling), ada beberapa komponen lain yang terkait dengan pengoperasian poros engkol, kelompok piston mesin, dan juga roda gigi penggerak kompresor udara (dan / atau sensor frekuensi).

Nilai getaran di atas dalam mode 60%, 65% dan 70% sebanding dengan nilai getaran, yang dikaitkan dengan ketidakseimbangan baling-baling.

Analisis getaran ini menunjukkan bahwa bahkan penghapusan total getaran dari ketidakseimbangan baling-baling akan mengurangi total getaran pesawat dalam mode ini tidak lebih dari 1,5 kali.

2.6.3. Getaran total maksimum Vå YAK-52 terdeteksi dalam mode kecepatan tinggi, yaitu: 82% (1.580 rpm baling-baling) dan 94% (1.830 rpm baling-baling).

Komponen utama dari getaran ini memanifestasikan dirinya pada 2^dan harmonik frekuensi putaran poros engkol mesin Vk2 (pada frekuensi 4.800 siklus/menit atau 5.520 siklus/menit), yang masing-masing mencapai nilai 12,5 mm/dtk dan 15,8 mm/dtk.

Dapat diasumsikan bahwa komponen ini terkait dengan pengoperasian kelompok piston mesin (proses guncangan yang timbul ketika piston diposisikan ulang dua kali selama satu putaran poros engkol).

Peningkatan tajam pada komponen ini dalam mode 82% (nominal pertama), dan 94% (lepas landas) kemungkinan besar tidak disebabkan oleh cacat pada kelompok piston, tetapi oleh osilasi resonansi pada mesin, yang dipasang pada bodi pesawat pada peredam.

Selama pengujian, penyesuaian peredam tidak menyebabkan perubahan yang signifikan pada getaran.

Situasi ini dapat dianggap sebagai kesalahan perhitungan konstruktif dari para perancang pesawat, yang dibuat ketika memilih sistem pemasangan (suspensi) mesin di badan pesawat.

2.6.4. Data yang diperoleh selama penyeimbangan dan uji getaran tambahan (lihat hasil uji penerbangan di bagian 2.5) memungkinkan kami untuk menyimpulkan bahwa pemantauan getaran secara berkala dapat berguna untuk evaluasi diagnostik kondisi teknis mesin pesawat.

Prosedur tersebut dapat dilakukan, misalnya, dengan menggunakan Balanset-1, perangkat lunak yang mengimplementasikan fungsi analisis getaran spektral.