Capo Specialista V.D. Feldman

1. Invece di una prefazione

Due anni e mezzo fa, la nostra azienda ha iniziato la produzione in serie del dispositivo "Balanset 1", progettato per bilanciare i meccanismi rotanti nei propri cuscinetti.

Ad oggi sono stati prodotti più di 180 set, utilizzati efficacemente in diversi settori industriali, tra cui la produzione e il funzionamento di ventilatori, soffianti, motori elettrici, mandrini di macchine, pompe, frantoi, separatori, centrifughe, alberi cardanici e a gomito e altri meccanismi.

Recentemente, la nostra azienda ha ricevuto un gran numero di richieste da parte di organizzazioni e privati in merito alla possibilità di utilizzare la nostra apparecchiatura per il bilanciamento delle eliche di aerei ed elicotteri in condizioni reali.

Purtroppo i nostri specialisti, con molti anni di esperienza nell'equilibratura di varie macchine, non si erano mai occupati di questo problema. Pertanto, i consigli e le raccomandazioni che potevamo fornire ai nostri clienti erano molto generici e non sempre consentivano loro di risolvere efficacemente il problema in questione.

La situazione ha iniziato a migliorare questa primavera. Ciò è dovuto alla posizione attiva di V.D. Chvokov, che ha organizzato e partecipato attivamente con noi al lavoro di bilanciamento delle eliche degli aerei Yak-52 e Su-29, di cui è pilota.

Fig. 1.1. Velivolo Yak-52 sul campo di volo

Fig. 1.2. Velivolo Su-29 nel parcheggio

2. Risultati del bilanciamento delle eliche e del rilevamento delle vibrazioni dell'aeromobile acrobatico Yak-52

2.1. Introduzione

Nel periodo maggio-luglio 2014 sono stati eseguiti i lavori di rilevamento delle vibrazioni dell'aereo Yak-52 equipaggiato con il motore aeronautico M-14P e il bilanciamento dell'elica bipala.

L'equilibratura è stata eseguita su un piano usando il kit di equilibratura "Balanset 1", numero di serie 149.

Lo schema di misura utilizzato durante il bilanciamento è illustrato nella Fig. 2.1.

Durante il processo di equilibratura, il sensore di vibrazioni (accelerometro) 1 è stato installato sul coperchio anteriore della scatola del motore utilizzando un magnete su una staffa speciale.

Il sensore laser dell'angolo di fase 2 è stato installato anche sul coperchio della scatola del cambio e orientato verso la tacca riflettente applicata a una delle pale dell'elica.

I segnali analogici dei sensori sono stati trasmessi via cavo all'unità di misura del dispositivo "Balanset 1", dove sono stati pre-elaborati digitalmente.

Questi segnali in forma digitale sono stati inviati a un computer, dove un software ha elaborato questi segnali e ha calcolato la massa e l'angolo del peso correttivo necessario per compensare lo squilibrio dell'elica.

2.2. Durante l'esecuzione di questo lavoro, sono state acquisite alcune competenze ed è stata sviluppata una tecnologia per il bilanciamento delle eliche degli aerei in condizioni di campo utilizzando il dispositivo "Balanset 1", tra cui:

• Determinazione delle posizioni e dei metodi di installazione (fissaggio) dei sensori di vibrazione e di angolo di fase sull'oggetto;
• Determinazione delle frequenze di risonanza di diversi elementi strutturali dell'aereo (sospensioni del motore, pale dell'elica);
• Identificare le frequenze di rotazione del motore (modalità operative) che garantiscono uno squilibrio residuo minimo durante l'equilibratura;
• Stabilire le tolleranze per lo squilibrio residuo dell'elica, ecc.

Inoltre, sono stati ottenuti dati interessanti sui livelli di vibrazione degli aerei dotati di motori M-14P.

Di seguito sono riportati i materiali del rapporto redatto sulla base dei risultati di questi lavori.

In essi, oltre ai risultati del bilanciamento, vengono forniti i dati relativi ai rilievi delle vibrazioni degli aerei Yak-52 e Su-29 ottenuti durante le prove a terra e in volo.

Questi dati possono essere di interesse sia per i piloti degli aerei che per gli specialisti coinvolti nella loro manutenzione.

Fig. 2.1. Schema di misura per il bilanciamento dell'elica dell'aereo Yak-52.

Zk - ruota dentata principale del cambio;

Zs - satelliti del cambio;

Zn - ruota dentata fissa del cambio.

Durante l'esecuzione di questo lavoro, tenendo conto dell'esperienza acquisita nel bilanciamento delle eliche dei velivoli Su-29 e Yak-52, sono stati condotti una serie di studi aggiuntivi, tra cui:

• Determinazione delle frequenze naturali delle oscillazioni del motore e dell'elica dell'aereo Yak-52;
• Verifica dell'entità e della composizione spettrale delle vibrazioni nella cabina del secondo pilota durante il volo dopo il bilanciamento dell'elica;
• Controllo dell'entità e della composizione spettrale delle vibrazioni nella cabina del secondo pilota durante il volo dopo il bilanciamento dell'elica e la regolazione della forza di serraggio degli ammortizzatori del motore.

2.2. Risultati degli studi sulle frequenze naturali delle oscillazioni del motore e dell'elica

Le frequenze naturali delle oscillazioni del motore, montato su ammortizzatori nel corpo dell'aereo, sono state determinate con l'analizzatore di spettro AD-3527 di A&D (Giappone) attraverso l'eccitazione da impatto delle oscillazioni del motore.

Nello spettro delle oscillazioni naturali della sospensione del motore dell'aereo Yak-52, un esempio del quale è presentato nella Fig. 2.2, sono state identificate quattro frequenze principali: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz.

Fig. 2.2. Spettro delle frequenze naturali della sospensione del motore dell'aereo Yak-52.

Le frequenze 74 Hz, 94 Hz e 120 Hz sono probabilmente legate alle caratteristiche del montaggio (sospensione) del motore sul corpo dell'aereo.

La frequenza di 20 Hz è molto probabilmente associata alle oscillazioni naturali dell'aereo sul telaio.

Anche le frequenze naturali delle pale dell'elica sono state determinate con il metodo dell'eccitazione da impatto.

In questo caso, sono state identificate quattro frequenze principali: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz e 134 Hz.

I dati sulle frequenze naturali delle oscillazioni dell'elica e del motore dell'aereo Yak-52 possono essere particolarmente importanti per la scelta della frequenza di rotazione dell'elica utilizzata durante il bilanciamento. La condizione principale per la scelta di questa frequenza è garantire il massimo distacco possibile dalle frequenze naturali degli elementi strutturali dell'aereo.

Inoltre, conoscere le frequenze naturali dei singoli componenti e delle parti dell'aeromobile può essere utile per identificare le cause di un forte aumento (in caso di risonanza) di alcune componenti dello spettro di vibrazione a vari modi di velocità del motore.

2.3. Risultati del bilanciamento

Come già detto, il bilanciamento dell'elica è stato eseguito su un piano, con conseguente compensazione dinamica dello squilibrio di forza dell'elica.

L'esecuzione del bilanciamento dinamico su due piani, che consentirebbe di compensare lo squilibrio sia di forza che di momento dell'elica, non era fattibile, poiché il design dell'elica installata sull'aereo Yak-52 consente la formazione di un solo piano di correzione.

L'equilibratura dell'elica è stata eseguita a una frequenza di rotazione di 1150 giri/min (60%), alla quale è stato possibile ottenere i risultati di misurazione delle vibrazioni più stabili in termini di ampiezza e fase da inizio a inizio.

Il bilanciamento delle eliche seguiva il classico schema a "due corse".

Durante la prima prova, sono state determinate l'ampiezza e la fase delle vibrazioni alla frequenza di rotazione dell'elica nello stato iniziale.

Durante la seconda prova, sono state determinate l'ampiezza e la fase delle vibrazioni alla frequenza di rotazione dell'elica dopo aver installato una massa di prova di 7 g sull'elica.

Sulla base di questi dati, sono stati calcolati con un software la massa M = 19,5 g e l'angolo di installazione del peso correttivo F = 32°.

A causa delle caratteristiche costruttive dell'elica, che non consentono di installare il peso di correzione all'angolo richiesto, sono stati installati due pesi equivalenti sull'elica:

• Peso M1 = 14 g con angolo F1 = 0°;
• Peso M2 = 8,3 g con angolo F2 = 60°.

Dopo aver installato i pesi di correzione specificati sull'elica, la vibrazione misurata a una frequenza di rotazione di 1150 giri/min. e associata allo squilibrio dell'elica è diminuita da 10,2 mm/sec nello stato iniziale a 4,2 mm/sec dopo l'equilibratura.

In questo caso, lo squilibrio effettivo dell'elica è diminuito da 2340 g*mm a 963 g*mm.

2.4. Verifica dell'effetto dei risultati del bilanciamento sul livello di vibrazioni dell'aeromobile Yak-52 a terra ad altre frequenze di rotazione dell'elica

I risultati della verifica delle vibrazioni del velivolo Yak-52, eseguita in altre modalità operative del motore ottenute durante le prove a terra, sono presentati nella Tabella 2.1.

Come si evince dalla tabella, l'equilibratura eseguita ha influito positivamente sulle vibrazioni dell'aereo Yak-52 in tutte le modalità operative.

Tabella 2.1.

№	Frequenza di rotazione, %	Frequenza di rotazione dell'elica, rpm	Velocità di vibrazione RMS, mm/sec
1	60	1153	4.2
2	65	1257	2.6
3	70	1345	2.1
4	82	1572	1.25

Ulteriori risultati dei test di vibrazione

2.5. Verifica delle vibrazioni dell'aeromobile Yak-52 in aria nelle principali modalità di volo prima e dopo la regolazione della tensione dell'ammortizzatore

Inoltre, durante le prove a terra, è stata riscontrata una riduzione significativa delle vibrazioni dell'aereo con l'aumento della frequenza di rotazione dell'elica.

Ciò può essere spiegato da un maggior grado di disallineamento della frequenza di rotazione dell'elica rispetto alla frequenza di oscillazione naturale dell'aereo sul telaio (presumibilmente 20 Hz), che si verifica quando la frequenza di rotazione dell'elica aumenta.

Oltre alle prove di vibrazione condotte dopo l'equilibratura dell'elica a terra (si veda la sezione 2.3), sono state effettuate misure di vibrazione dell'aereo Yak-52 in volo.

Le vibrazioni in volo sono state misurate nella cabina del secondo pilota in direzione verticale utilizzando un analizzatore portatile di spettro delle vibrazioni modello AD-3527 di A&D (Giappone) nella gamma di frequenze da 5 a 200 (500) Hz.

Le misure sono state effettuate a cinque modalità di velocità del motore principale, rispettivamente pari a 60%, 65%, 70% e 82% della sua frequenza di rotazione massima.

I risultati delle misurazioni, condotte prima della regolazione degli ammortizzatori, sono presentati nella Tabella 2.2.

Tabella 2.2.

Componenti dello spettro di vibrazione

№	Frequenza di rotazione dell'elica, %	Frequenza di rotazione dell'elica, rpm	Vв1 (Hz)	Ampiezza Vв1 (mm/sec)	Vн (Hz)	Ampiezza Vн (mm/sec)	Vк1 (Hz)	Ampiezza Vк1 (mm/sec)	Vв2 (Hz)	Ampiezza Vв2 (mm/sec)	Vк2 (Hz)	Ampiezza Vк2 (mm/sec)	Vв4 (Hz)	Ampiezza Vв4 (mm/sec)	Vк3 (Hz)	Ampiezza Vк3 (mm/sec)	Vв5 (Hz)	Ampiezza Vв5 (mm/sec)	V∑ (mm/sec)
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
			1244	3.5	1680	1.2	1890	2.1	2488	1.2	3780	4.1	4976	0.4	5670	1.2
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
			1342	2.8	1860	0.4	2040	3.2	2684	0.4	4080	2.9	5369	2.3
3	70	1342	1342	2.8	1860	0.4	2040	3.2	2684	0.4	4080	2.9	5369	2.3				5.0
			1580	4.7	2160	2.9	2400	1.1	3160	0.4	4800	12.5
4	82	1580	1580	4.7	2160	2.9	2400	1.1	3160	0.4	4800	12.5						13.7
			1830	2.2	2484	3.4	2760	1.7	3660	2.8	5520	15.8	7320	3.7
5	94	1830	1830	2.2	2484	3.4	2760	1.7	3660	2.8	5520	15.8	7320	3.7				17.1

A titolo di esempio, le Figure 2.3 e 2.4 mostrano i grafici degli spettri ottenuti misurando le vibrazioni nella cabina dell'aereo Yak-52 ai modi 60% e 94% utilizzati per il riempimento della Tabella 2.2.

Fig. 2.3. Spettro delle vibrazioni nella cabina dell'aereo Yak-52 in modalità 60%.

Fig. 2.4. Spettro delle vibrazioni nella cabina dell'aereo Yak-52 in modalità 94%.

Come si vede dalla Tabella 2.2, le componenti principali delle vibrazioni misurate nella cabina del secondo pilota appaiono alle frequenze di rotazione dell'elica V_в1 (evidenziato in giallo), l'albero motore V_к1 (evidenziato in blu) e l'azionamento del compressore d'aria (e/o il sensore di frequenza) V_н (evidenziati in verde), nonché alle loro armoniche superiori V_в2, V_в4, V_в5e V_к2, V_к3.

La vibrazione totale massima V_∑ è stata rilevata alle modalità di velocità 82% (1580 giri/min. dell'elica) e 94% (1830 giri/min.).

La componente principale di questa vibrazione si manifesta in corrispondenza della 2a armonica della frequenza di rotazione dell'albero motore V_к2 e raggiunge rispettivamente i valori di 12,5 mm/sec a una frequenza di 4800 cicli/min e 15,8 mm/sec a una frequenza di 5520 cicli/min.

Si può ipotizzare che questo componente sia associato al funzionamento del gruppo di pistoni del motore (processi di impatto che si verificano durante il doppio movimento dei pistoni per un giro dell'albero motore).

Il forte aumento di questo componente alle modalità 82% (prima nominale) e 94% (decollo) è molto probabilmente causato non da difetti del gruppo di pistoni, ma dalle oscillazioni risonanti del motore montato nel corpo dell'aereo su ammortizzatori.

Questa conclusione è confermata dai risultati sperimentali, discussi in precedenza, della verifica delle frequenze naturali delle oscillazioni della sospensione del motore, nel cui spettro sono presenti 74 Hz (4440 cicli/min), 94 Hz (5640 cicli/min) e 120 Hz (7200 cicli/min).

Due di queste frequenze naturali, 74 Hz e 94 Hz, sono vicine alle seconde frequenze armoniche della rotazione dell'albero a gomiti, che si verificano nei primi modi nominali e di decollo del motore.

A causa delle vibrazioni significative alla seconda armonica dell'albero motore riscontrate durante le prove di vibrazione alla prima modalità nominale e di decollo del motore, è stato effettuato un controllo e una regolazione della forza di serraggio degli ammortizzatori della sospensione del motore.

I risultati dei test comparativi ottenuti prima e dopo la regolazione degli ammortizzatori per la frequenza di rotazione dell'elica (V_в1) e la 2a armonica della frequenza di rotazione dell'albero motore (V_к2) sono presentati nella Tabella 2.3.

Tabella 2.3.

№	Frequenza di rotazione dell'elica, %	Frequenza di rotazione dell'elica, rpm	Vв1 (Prima)	Vв1 (Dopo)	Vк2 (Prima)	Vк2 (Dopo)
1	60	1155 (1140)	1155 4.4	1140 3.3	3510 3.6	3480 3.0
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

Come si vede dalla Tabella 2.3, la regolazione degli ammortizzatori non ha portato a cambiamenti significativi nelle principali componenti di vibrazione dell'aereo.

Si noti inoltre che l'ampiezza della componente spettrale associata allo squilibrio dell'elica V_в1, rilevata ai modi 82% e 94% (vedi tabelle 1.2 e 1.3), è rispettivamente 3-7 volte inferiore alle ampiezze di V_к2, presenti in queste modalità.

In altre modalità di volo, la componente V_в1 varia da 2,8 a 4,4 mm/sec.

Inoltre, come si vede dalle tabelle 2.2 e 2.3, le sue variazioni quando si passa da una modalità all'altra sono determinate principalmente non dalla qualità del bilanciamento, ma dal grado di scostamento della frequenza di rotazione dell'elica dalle frequenze naturali dei vari elementi strutturali dell'aereo.

2.6. Conclusioni sui risultati del lavoro

2.6.1.

L'equilibratura dell'elica dell'aereo Yak-52, condotta a una frequenza di rotazione dell'elica di 1150 giri/min (60%), ha permesso di ridurre le vibrazioni dell'elica da 10,2 mm/sec a 4,2 mm/sec.

Data l'esperienza acquisita durante l'equilibratura delle eliche degli aerei Yak-52 e Su-29 con il dispositivo "Balanset-1", si può ipotizzare che vi sia la possibilità di ridurre ulteriormente il livello di vibrazioni dell'elica dell'aereo Yak-52.

Ciò può essere ottenuto, in particolare, selezionando una frequenza di rotazione dell'elica diversa (più alta) durante il suo bilanciamento, consentendo un maggiore distacco dalla frequenza di oscillazione naturale dell'aeromobile di 20 Hz (1200 cicli/min), identificata durante i test.

2.6.2.

Come dimostrano i risultati delle prove di vibrazione dell'aereo Yak-52 in volo, i suoi spettri di vibrazione (oltre alla già citata componente che compare alla frequenza di rotazione dell'elica) contengono diverse altre componenti associate al funzionamento dell'albero a gomiti, del gruppo di pistoni del motore e dell'azionamento del compressore d'aria (e/o del sensore di frequenza).

L'entità di queste vibrazioni ai modi 60%, 65% e 70% è paragonabile all'entità della vibrazione associata allo squilibrio dell'elica.

Un'analisi di queste vibrazioni mostra che anche la completa eliminazione delle vibrazioni dovute allo squilibrio dell'elica ridurrà le vibrazioni totali dell'aeromobile in questi modi di non più di 1,5 volte.

2.6.3.

La vibrazione totale massima V_∑ dell'aereo Yak-52 è stata rilevata alle modalità di velocità di 82% (1580 giri/min. dell'elica) e 94% (1830 giri/min. dell'elica).

La componente principale di questa vibrazione si manifesta in corrispondenza della 2a armonica della frequenza di rotazione dell'albero motore V_к2 (a frequenze di 4800 cicli/min o 5520 cicli/min), dove raggiunge rispettivamente valori di 12,5 mm/sec e 15,8 mm/sec.

Si può ragionevolmente supporre che questo componente sia associato al funzionamento del gruppo di pistoni del motore (processi di impatto che si verificano durante il doppio movimento dei pistoni per un giro dell'albero motore).

Il forte aumento di questo componente alle modalità 82% (prima nominale) e 94% (decollo) è molto probabilmente causato non da difetti del gruppo di pistoni, ma da oscillazioni risonanti del motore montato nel corpo dell'aereo su ammortizzatori.

La regolazione degli ammortizzatori effettuata durante le prove non ha comportato variazioni significative delle vibrazioni.

Questa situazione può presumibilmente essere considerata come una svista progettuale da parte degli sviluppatori dell'aeromobile al momento della scelta del sistema di montaggio (sospensione) del motore nel corpo dell'aeromobile.

2.6.4.

I dati ottenuti durante l'equilibratura e le prove di vibrazione aggiuntive (si vedano i risultati delle prove di volo nella sezione 2.5) consentono di concludere che il monitoraggio periodico delle vibrazioni può essere utile per la valutazione diagnostica delle condizioni tecniche del motore dell'aeromobile.

Tale lavoro può essere eseguito, ad esempio, utilizzando il dispositivo "Balanset-1", nel cui software è implementata la funzione di analisi spettrale delle vibrazioni.

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3. Risultati del bilanciamento dell'elica MTV-9-K-C/CL 260-27 e del rilevamento delle vibrazioni del velivolo acrobatico Su-29

3.1. Introduzione

Il 15 giugno 2014 è stata effettuata l'equilibratura dell'elica a tre pale MTV-9-K-C/CL 260-27 del motore aeronautico M-14P del velivolo acrobatico Su-29.

Secondo il costruttore, l'elica era preliminarmente bilanciata staticamente, come dimostrato dalla presenza di un peso correttivo nel piano 1, installato nello stabilimento di produzione.

L'equilibratura dell'elica, installata direttamente sul velivolo Su-29, è stata effettuata utilizzando il kit di bilanciamento delle vibrazioni "Balanset-1", numero di serie 149.

Lo schema di misura utilizzato durante il bilanciamento è illustrato nella Fig. 3.1.

Durante il processo di equilibratura, il sensore di vibrazioni (accelerometro) 1 è stato montato sull'alloggiamento della scatola del cambio del motore utilizzando un magnete su una staffa speciale.

Anche il sensore laser dell'angolo di fase 2 è stato montato sull'alloggiamento del riduttore e orientato verso la tacca riflettente applicata a una delle pale dell'elica.

I segnali analogici dei sensori sono stati trasmessi via cavo all'unità di misura del dispositivo "Balanset-1", dove sono stati pre-elaborati digitalmente.

Questi segnali sono stati poi inviati in forma digitale a un computer, dove è stata eseguita un'elaborazione software di questi segnali e sono stati calcolati la massa e l'angolo del peso correttivo necessario per compensare lo squilibrio dell'elica.

Fig. 3.1. Schema di misura per il bilanciamento dell'elica del velivolo Su-29.

Z_k - ruota dentata principale del cambio con 75 denti;

Z_c - satelliti del cambio nella quantità di 6 pezzi con 18 denti ciascuno;

Z_n - ruota dentata fissa del cambio con 39 denti.

Prima di condurre questo lavoro, considerando l'esperienza acquisita con il bilanciamento dell'elica dell'aereo Yak-52, sono stati condotti alcuni studi aggiuntivi, tra cui:

• Determinazione delle frequenze naturali delle oscillazioni del motore e dell'elica del velivolo Su-29;
• Verifica dell'entità e della composizione spettrale della vibrazione iniziale nella cabina del secondo pilota prima del bilanciamento.

3.2. Risultati degli studi sulle frequenze naturali delle oscillazioni del motore e dell'elica

Le frequenze naturali delle oscillazioni del motore, montato su ammortizzatori nel corpo dell'aereo, sono state determinate con l'analizzatore di spettro AD-3527 di A&D (Giappone) attraverso l'eccitazione da impatto delle oscillazioni del motore.

Nello spettro delle oscillazioni naturali della sospensione del motore (vedi Fig. 3.2), sono state individuate sei frequenze principali: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz.

Di queste, si presume che le frequenze 66 Hz, 88 Hz e 120 Hz siano direttamente correlate alle caratteristiche del montaggio del motore (sospensione) sulla carrozzeria dell'aereo.

Le frequenze 16 Hz e 22 Hz sono molto probabilmente associate alle oscillazioni naturali dell'aereo sul telaio.

La frequenza di 37 Hz è probabilmente legata alla frequenza naturale delle oscillazioni delle pale dell'elica dell'aereo.

Questa ipotesi è confermata dai risultati della verifica delle frequenze naturali delle oscillazioni dell'elica, ottenute anche con il metodo dell'eccitazione da impatto.

Nello spettro delle oscillazioni naturali della pala dell'elica (vedi Fig. 3.3), sono state individuate tre frequenze principali: 37 Hz, 100 Hz e 174 Hz.

I dati sulle frequenze naturali delle oscillazioni delle pale dell'elica e del motore del velivolo Su-29 possono essere particolarmente importanti nella scelta della frequenza di rotazione dell'elica utilizzata durante il bilanciamento. La condizione principale per la scelta di questa frequenza è garantire il massimo distacco possibile dalle frequenze naturali degli elementi strutturali del velivolo.

Inoltre, conoscere le frequenze naturali dei singoli componenti e delle parti dell'aeromobile può essere utile per identificare le cause di un forte aumento (in caso di risonanza) di alcune componenti dello spettro di vibrazione a vari modi di velocità del motore.

3.3. Controllo delle vibrazioni nella cabina del secondo pilota dell'aeromobile Su-29 a terra prima del bilanciamento

Le vibrazioni iniziali del velivolo Su-29, identificate prima dell'equilibratura delle eliche, sono state misurate nella cabina del secondo pilota in direzione verticale utilizzando un analizzatore portatile di spettro delle vibrazioni modello AD-3527 di A&D (Giappone) nella gamma di frequenze da 5 a 200 Hz.

Le misure sono state effettuate a quattro modalità di velocità principali del motore, rispettivamente pari a 60%, 65%, 70% e 82% della sua frequenza di rotazione massima.

I risultati ottenuti sono presentati nella Tabella 3.1.

Come si vede dalla tabella 2.1, le componenti principali della vibrazione appaiono alle frequenze di rotazione dell'elica V_в1, l'albero motore V_к1e l'azionamento del compressore d'aria (e/o il sensore di frequenza) V_нnonché alla 2a armonica dell'albero motore V_к2 ed eventualmente la terza armonica (della pala) dell'elica V_в3che si avvicina in frequenza alla seconda armonica dell'albero a gomiti.

Tabella 3.1.

№	Frequenza di rotazione dell'elica, %	Frequenza di rotazione dell'elica, rpm	Vв1	Vн	Vк1	Vв3	Vк2	Vв4	Vк3	V?	V∑, mm/sec
1	60	1150 5.4	1560 2.6	1740 2.0	3450 –	3480 –	6120 2.8	–	–	–	8.0
2	65	1240 5.7	1700 2.4	1890 3.2	3780 –	–	–	–	–	–	10.6
3	70	1320 5.2	1860 3.0	2010 2.5	3960 –	4020 –	–	–	–	11.5
4	82	1580 3.2	2160 1.5	2400 3.0	4740 –	4800 8.5	–	–	–	9.7

Inoltre, nello spettro delle vibrazioni alla modalità di velocità 60%, è stata rilevata una componente non identificata con lo spettro calcolato a una frequenza di 6120 cicli/min, che potrebbe essere causata dalla risonanza a una frequenza di circa 100 Hz di uno degli elementi strutturali dell'aereo. Tale elemento potrebbe essere l'elica, la cui frequenza naturale è di 100 Hz.

La vibrazione totale massima del velivolo V_∑, raggiungendo gli 11,5 mm/sec, è stato riscontrato con la modalità di velocità 70%.

La componente principale della vibrazione totale in questa modalità appare alla seconda armonica (4020 cicli/min) della frequenza di rotazione dell'albero motore V_к2 ed è pari a 10,8 mm/sec.

Si può ipotizzare che questo componente sia associato al funzionamento del gruppo di pistoni del motore (processi di impatto che si verificano durante il doppio movimento dei pistoni per un giro dell'albero motore).

Il forte aumento di questo componente nel modo 70% è probabilmente dovuto alle oscillazioni risonanti di uno degli elementi strutturali del velivolo (la sospensione del motore nel corpo dell'aereo) a una frequenza di 67 Hz (4020 cicli/min).

Va notato che, oltre ai disturbi da impatto associati al funzionamento del gruppo di pistoni, l'entità delle vibrazioni in questa gamma di frequenze può essere influenzata dalla forza aerodinamica che si manifesta alla frequenza delle pale dell'elica (V_в3).

Alle modalità di velocità 65% e 82%, si nota un notevole aumento della componente V_к2 (V_в3), che può essere spiegato anche dalle oscillazioni risonanti dei singoli componenti del velivolo.

L'ampiezza della componente spettrale associata allo squilibrio dell'elica V_в1, identificato nelle principali modalità di velocità prima dell'equilibratura, variava da 2,4 a 5,7 mm/sec, generalmente inferiore al valore di V_к2 alle modalità corrispondenti.

Inoltre, come si vede dalla Tabella 3.1, le sue variazioni nel passaggio da una modalità all'altra sono determinate non solo dalla qualità del bilanciamento, ma anche dal grado di distacco della frequenza di rotazione dell'elica dalle frequenze naturali degli elementi strutturali dell'aereo.

3.4. Risultati del bilanciamento

Il bilanciamento dell'elica è stato eseguito su un piano a una frequenza di rotazione. Grazie a questo bilanciamento, lo squilibrio della forza dinamica dell'elica è stato compensato.

Il protocollo di bilanciamento è riportato nell'Appendice 1.

L'equilibratura è stata eseguita a una frequenza di rotazione dell'elica di 1350 giri/minuto e ha comportato due serie di misurazioni.

Durante la prima prova, sono state determinate l'ampiezza e la fase della vibrazione alla frequenza di rotazione dell'elica nello stato iniziale.

Durante la seconda prova, sono state determinate l'ampiezza e la fase della vibrazione alla frequenza di rotazione dell'elica dopo l'installazione di una massa di prova di peso noto sull'elica.

Sulla base dei risultati di queste misurazioni, sono stati determinati la massa e l'angolo di montaggio del peso correttivo nel piano 1.

Dopo aver installato il valore calcolato del peso correttivo sull'elica, pari a 40,9 g, la vibrazione a questa modalità di velocità è diminuita da 6,7 mm/sec nello stato iniziale a 1,5 mm/sec dopo l'equilibratura.

Anche il livello di vibrazione associato allo sbilanciamento dell'elica ad altre modalità di velocità è diminuito e si è mantenuto entro un intervallo compreso tra 1 e 2,5 mm/sec dopo l'equilibratura.

La verifica dell'effetto della qualità dell'equilibratura sul livello di vibrazioni dell'aeromobile in volo non è stata effettuata a causa del danneggiamento accidentale dell'elica durante uno dei voli di addestramento.

Si noti che il risultato ottenuto durante questa equilibratura differisce significativamente dal risultato dell'equilibratura di fabbrica.

In particolare:

• Le vibrazioni alla frequenza di rotazione dell'elica dopo il suo bilanciamento nel sito di installazione permanente (sull'albero di uscita del cambio dell'aereo Su-29) sono state ridotte di oltre 4 volte;
• Il peso correttivo installato durante il processo di equilibratura era spostato di circa 130 gradi rispetto al peso installato nello stabilimento di produzione.

Le possibili ragioni di questa situazione possono essere

• Errori del sistema di misurazione del supporto di bilanciamento del produttore (improbabile);
• Errori geometrici delle posizioni di montaggio dell'accoppiamento del mandrino della macchina di bilanciamento del produttore, che portano a un'oscillazione radiale dell'elica quando è installata sul mandrino;
• Errori geometrici nelle posizioni di montaggio dell'accoppiamento dell'albero di uscita della scatola del cambio dell'aereo, che portano a un runout radiale dell'elica quando viene installata sull'albero della scatola del cambio.

3.5. Conclusioni sui risultati del lavoro

3.5.1.

L'equilibratura dell'elica del velivolo Su-29, condotta su un piano a una frequenza di rotazione dell'elica di 1350 giri/min (70%), ha permesso di ridurre le vibrazioni dell'elica da 6,7 mm/sec a 1,5 mm/sec.

Anche il livello di vibrazione associato allo squilibrio dell'elica ad altre modalità di velocità è diminuito significativamente ed è rimasto nell'intervallo tra 1 e 2,5 mm/sec.

3.5.2.

Per chiarire le possibili ragioni dei risultati insoddisfacenti dell'equilibratura eseguita presso lo stabilimento di produzione, è necessario controllare l'inclinazione radiale dell'elica sull'albero di uscita del cambio del motore dell'aereo.

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Appendice 1

PROTOCOLLO DI BILANCIAMENTO

Elica MTV-9-K-C/CL 260-27 dell'aereo acrobatico Su-29

1. Cliente: V.D. Chvokov

2. Luogo di installazione dell'elica: albero di uscita della scatola di trasmissione del velivolo Su-29.

3. Tipo di elica: MTV-9-K-C/CL 260-27

4. Metodo di bilanciamento: assemblato in loco (su cuscinetti propri), su un piano.

5. Frequenza di rotazione dell'elica durante l'equilibratura, rpm: 1350

6. Modello, numero di serie e produttore del dispositivo di bilanciamento: "Balanset-1", numero di serie 149

7. Documenti normativi utilizzati durante il bilanciamento:

7.1. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Data di bilanciamento: 15.06.2014

9. Tabella riassuntiva dei risultati del bilanciamento:

№	Risultati della misurazione	Vibrazione, mm/sec	Squilibrio, g* mm
1	Prima del bilanciamento *)	6.7	6135
2	Dopo il bilanciamento	1.5	1350
ISO 1940 Tolleranza per la classe G 6,3			1500

*) Nota: l'equilibratura è stata eseguita con il peso correttivo installato dal produttore rimasto sull'elica.

10. Conclusione:

10.1. Il livello di vibrazioni (squilibrio residuo) dopo l'equilibratura dell'elica installata sull'albero di uscita della scatola di trasmissione dell'aereo Su-29 (vedi p. 9.2) è stato ridotto di oltre 4 volte rispetto allo stato iniziale (vedi p. 9.1).

10.2. I parametri del peso correttivo (massa, angolo di montaggio) utilizzati per ottenere il risultato di cui al punto 10.1 differiscono in modo significativo dai parametri del peso correttivo installato dal produttore (MT-elica).

In particolare, durante l'equilibratura è stato installato sull'elica un peso correttivo aggiuntivo di 40,9 g, spostato di un angolo di 130° rispetto al peso installato dal produttore.

(Il peso installato dal produttore non è stato rimosso dall'elica durante l'equilibratura supplementare).

Le possibili ragioni di questa situazione possono essere

• Errori nel sistema di misurazione del cavalletto di bilanciamento del produttore;
• Errori geometrici nelle posizioni di montaggio dell'accoppiamento del mandrino della macchina di bilanciamento del produttore, che portano a un'oscillazione radiale dell'elica quando è installata sul mandrino;
• Errori geometrici nelle posizioni di montaggio dell'accoppiamento dell'albero di uscita del cambio dell'aeromobile, che portano a un runout radiale dell'elica quando viene installata sull'albero del cambio.

Per identificare la causa specifica che porta all'aumento dello squilibrio dell'elica quando è installata sull'albero di uscita della scatola di trasmissione dell'aereo Su-29, è necessario:

• Verificare il sistema di misurazione e la precisione geometrica delle posizioni di montaggio del mandrino della macchina equilibratrice utilizzata per l'equilibratura dell'elica MTV-9-K-C/CL 260-27 presso il produttore;
• Controllare la corsa radiale dell'elica installata sull'albero di uscita della scatola di trasmissione dell'aereo Su-29.

Esecutore:

Specialista capo della LLC "Kinematics

Feldman V.D.