1. フィールドプロペラバランス調整の背景と目的

2年半前、当社は「Balanset 1」というデバイスを量産開始しました。これは、 独自のベアリングで回転機構のバランスをとるこの革新的なアプローチは フィールドバランシング装置 航空機のメンテナンスに対するアプローチを変革しました。

現在までに180セット以上が生産され、ファン、ブロワー、電動モーター、機械スピンドル、ポンプ、粉砕機、分離機、遠心分離機、カルダンおよびクランクシャフト、その他の機構の製造および操作を含む、さまざまな産業で効果的に使用されています。しかし、 航空機のプロペラのバランス調整 アプリケーションは、最も重要かつ困難なものの 1 つであることが判明しました。

最近、当社は、当社の機器の利用可能性について、団体や個人から多数の問い合わせを受けています。 現場条件での航空機とヘリコプターのプロペラのバランス調整この関心の高まりは、適切な プロペラのメンテナンス 航空安全において。

残念ながら、長年にわたり様々な機械のバランス調整に携わってきた当社の専門家は、この特殊な航空分野の課題に取り組んだ経験がありませんでした。そのため、お客様に提供できるアドバイスや提案は非常に一般的なものであり、必ずしも複雑な問題を効果的に解決できるとは限りませんでした。 航空機振動解析 そして プロペラのアンバランス修正.

この状況は今年の春から改善し始めました。これは、VD・チヴォコフ氏の積極的な姿勢のおかげです。彼は私たちと共に、 プロペラのバランスをとる Yak-52とSu-29のパイロットを務めています。彼の実践的な航空経験と当社のエンジニアリングの専門知識が融合し、信頼性の高い開発のための完璧な基盤が築かれました。 プロペラのバランス調整手順.

2. Yak-52曲技飛行機のプロペラバランス調整と振動解析

2.1. 高度な航空機振動監視の概要

2014年5月から7月にかけて、 振動調査 M-14P航空エンジンを搭載したYak-52航空機と 2枚羽根のプロペラのバランスこの包括的な研究は、 航空機プロペラのダイナミクス これまで現場で実施されたことはありません。

について プロペラのバランス調整 「Balanset 1」バランス調整キット（シリアル番号149）を使用して、1つの平面でバランス調整を実施しました。この単一平面バランス調整アプローチは、 ダイナミックバランシング ローターの長さと直径の比率により、単一の補正面を通じて効果的な補正が可能なアプリケーション。

使用された測定スキーム プロペラのバランス調整 図2.1に示されており、正確な測定にはセンサーの正確な配置が重要となることを示しています。 振動解析.

期間中 プロペラのバランス調整プロセス振動センサー（加速度計）1は、特別に設計されたブラケットに磁気マウントシステムを使用して、エンジンギアボックスのフロントカバーに設置されました。この配置により、最適な信号取得と、運転に不可欠な安全プロトコルの維持が保証されます。 航空機整備.

レーザー位相角センサ2もギアボックスカバーに設置され、プロペラブレードの1つに貼られた反射マークに向けられています。この構成により、正確な位相角測定が可能になり、プロペラブレードの正確な位置を特定するために不可欠です。 プロペラのアンバランス修正 重み。

センサーからのアナログ信号はシールドケーブルを介して「Balanset 1」デバイスの測定ユニットに送信され、そこで高度なデジタル前処理が行われ、ノイズが除去され信号品質が向上しました。

その後、これらのデジタル信号はコンピュータに送信され、高度なソフトウェアアルゴリズムがこれらの信号を処理し、補正に必要な補正重量の質量と角度を計算しました。 プロペラのアンバランスこの計算手法により、 バランス計算.

技術的注釈:

• Zk – ギアボックスのメインギアホイール
• Zs – ギアボックスサテライト
• Zn – ギアボックスの固定ギアホイール

デバイス

ポータブルバランサー＆振動アナライザー Balanset-1A</trp-post-container

€1,751.00

部品

振動センサー。

€90.00

部品

光センサー（レーザータコメーター）</trp-post-container

€124.00

デバイス

バランセット-4。

€6,803.00

部品

マグネットスタンド サイズ：60kgf</trp-post-container

€46.00

部品

反射テープ。

€10.00

デバイス

ダイナミックバランサー "Balanset-1A" OEM</trp-post-container

€1,561.00

2.2. 開発された先進的な技術とテクノロジー

この作業の実行中に、いくつかの重要なスキルが習得され、包括的な 現場条件下で航空機のプロペラのバランスをとる技術 「Balanset 1」デバイスを使用した以下のものが開発されました。

• センサー設置の最適化: 安全性の遵守を確保しながら信号品質を最大限に高めるために、航空機構造に振動センサーと位相角センサーを設置（取り付け）するための最適な場所と方法を決定します。
• 共振周波数解析： バランス調整手順中の励起を回避するために、航空機のいくつかの構造要素（エンジンサスペンション、プロペラブレード）の共振周波数を決定します。
• 動作モードの選択: 残留不均衡を最小限に抑えるエンジン回転周波数（動作モード）を特定する プロペラのバランス調整作業;
• 品質基準: 国際航空基準および安全要件に従って、プロペラの残留アンバランスに対する許容範囲を確立します。

さらに、 航空機の振動レベル M-14Pエンジンを搭載した航空機の整備に関する知識基盤の確立に大きく貢献しました。

以下に、これらの研究成果に基づいてまとめられた詳細な報告書資料を掲載します。報告書では、 プロペラバランス調整結果、包括的なデータ 振動調査 地上試験および飛行試験中に得られたYak-52およびSu-29航空機の画像が提供されます。

これらのデータは、航空機のパイロットと航空宇宙工学に携わる専門家の両方にとって非常に興味深いものとなる可能性がある。 航空機の整備改善のための実用的な洞察を提供します 航空安全プロトコル.

この作業の実行中、 プロペラのバランスをとる Su-29およびYak-52航空機については、次のような追加の包括的な研究が実施されました。

• 固有振動数解析: Yak-52航空機のエンジンとプロペラの振動の固有振動数の決定；
• 飛行振動評価: 飛行中の副操縦士室の振動の振幅とスペクトル構成を確認する プロペラのバランス調整;
• システム最適化: 飛行中の副操縦士室の振動の振幅とスペクトル構成を確認する プロペラのバランス調整 エンジンショックアブソーバーの締め付け力を調整します。

2.2. エンジンとプロペラの振動の固有振動数に関する研究結果

機体ショックアブソーバーに搭載されたエンジン振動の固有振動数は、A&D（日本）社製のプロ仕様AD-3527スペクトラムアナライザを用いて、エンジン振動の制御された衝撃励起によって測定されました。この手法は、航空機の振動解析におけるゴールドスタンダードです。 航空機振動解析.

Yak-52航空機エンジンサスペンションの固有振動スペクトル（図2.2に一例を示します）では、20Hz、74Hz、94Hz、120Hzの4つの主要周波数が高精度で特定されています。これらの周波数は、 航空機の動的挙動 最適化 プロペラのバランス調整手順.

プロペラブレードの固有振動数も同様に厳密な衝撃励起法を使用して決定され、測定方法の一貫性が確保されました。

この包括的な分析では、36Hz、80Hz、104Hz、134Hzの4つの主要な周波数が特定されました。これらの周波数はプロペラブレードの異なる振動モードを表しており、 プロペラバランス最適化.

2.3. プロペラバランス調整結果と性能分析

前述の通り、 プロペラのバランス調整 一つの平面内で実行された結果、プロペラの力の不均衡が動的に効果的に補償されました。このアプローチは、軸寸法が直径に比べて比較的小さいプロペラに特に適しています。

パフォーマンス ダイナミックバランシング理論上はプロペラの力とモーメントの両方の不均衡を補正できるはずのこの方法は、Yak-52に搭載されたプロペラの設計では、アクセス可能な補正面を1つしか形成できないため、技術的に実現不可能でした。この制約は、多くの航空機用プロペラの設置において共通しています。

について プロペラのバランス調整 回転周波数は1150rpm（最大60%）と慎重に選定され、この回転周波数では、開始から開始まで振幅と位相の両面で最も安定した振動測定結果が得られました。この周波数の選択は、測定の再現性と精度を確保する上で非常に重要でした。

について プロペラのバランス調整手順 業界標準の「2回実行」方式に従い、数学的に堅牢な結果を提供しました。

1. 初期測定実行: 最初の実行では、プロペラの初期状態の回転周波数での振動の振幅と位相が高精度に決定されました。
2. トライアルウェイトラン: 2 回目の実行では、正確に計算された 7 g の試験質量をプロペラに取り付けた後、プロペラの回転周波数での振動の振幅と位相を決定しました。
3. 計算フェーズ: これらの包括的なデータに基づいて、高度なソフトウェア アルゴリズムを使用して、質量 M = 19.5 g と補正重量の取り付け角度 F = 32° が計算されました。

2.4. 複数の動作周波数における包括的な振動評価

地上試験中に得られた、他のエンジン運転モードでのYak-52機体の振動検査結果を表2.1に示す。この多周波数解析は、 プロペラのバランス調整 運用範囲全体にわたって。

表から明らかなように、 プロペラのバランス調整 実行されたテストは、Yak-52 航空機のあらゆる動作モードでの振動特性にプラスの影響を与え、バランス調整ソリューションの堅牢性を実証しました。

2.5. ショックアブソーバー調整前後の飛行中振動解析

さらに、包括的な地上テストでは、 航空機の振動 プロペラ回転周波数の増加と関連していることが確認されました。この現象は、運転パラメータと 航空機の振動特性.

この振動の低減は、プロペラの回転周波数が機体の固有振動周波数（おそらく20Hz）からより大きくずれることで説明できます。これは、プロペラの回転周波数が上昇すると発生します。これは、振動の低減が機体の固有振動周波数（おそらく20Hz）からより大きくずれることで説明できます。これは、振動の低減が機体の固有振動周波数（おそらく20Hz）からより大きくずれることで説明できます。 航空機の動的挙動 最適な操作のために。

建設後に実施された包括的な振動試験に加えて、 プロペラのバランス調整 地上では（セクション2.3を参照）、高度な計測機器を使用して、飛行中のYak-52航空機の詳細な振動測定が行われました。

飛行試験方法: 飛行中の振動は、A&D（日本）製のポータブル振動スペクトルアナライザAD-3527を用いて、第二操縦室の垂直方向において5～200（500）Hzの周波数範囲で測定されました。この包括的な周波数範囲により、すべての重要な振動成分を確実に捕捉できます。

測定は、最大回転周波数の 60%、65%、70%、および 82% にそれぞれ等しい 5 つの主要なエンジン速度モードで体系的に行われ、完全な動作スペクトル分析が提供されました。

ショックアブソーバーを調整する前に行われた測定結果は、以下の包括的な表 2.2 に示されています。

詳細なスペクトル分析の例として、図 2.3 と 2.4 には、表 2.2 の包括的なデータ収集に使用された 60% および 94% モードで Yak-52 航空機キャビンの振動を測定した際に得られた実際のスペクトル グラフを示します。

エンジンの最初の公称モードと離陸モードでの包括的な振動テスト中に、クランクシャフトの 2 次高調波に大きな振動が見つかったため、エンジン サスペンション ショックアブソーバーの締め付け力の体系的なチェックと調整が行われました。

ショックアブソーバーの調整前と調整後のプロペラ回転周波数（V_в1)とクランクシャフト回転周波数の第2高調波(V_к2)を表2.3に示す。

表 2.3 からわかるように、ショックアブソーバーの調整では、航空機の主要な振動成分に大きな改善は見られず、場合によっては軽度の劣化さえも生じました。

2.6. 専門家の結論とエンジニアリングの推奨事項

2.6.1. プロペラのバランス効果

について Yak-52航空機プロペラのバランス調整プロペラ回転数1150rpm（60%）で実施した実験では、プロペラの振動が10.2mm/秒から4.2mm/秒へと大幅に低減され、航空機の運航の滑らかさが大幅に向上しました。

これまでの豊富な経験を踏まえ、 Yak-52およびSu-29航空機のプロペラのバランス調整 プロ仕様の「Balanset-1」装置を使用することで、Yak-52航空機プロペラの振動レベルをさらに低減できる現実的な可能性があると確信できます。

この追加の改善は、特に、バランス調整手順中に異なる（より高い）プロペラ回転周波数を選択することで達成でき、包括的なテスト中に正確に特定された航空機の固有振動周波数 20 Hz（1200 サイクル/分）からのより大きな離調が可能になります。

2.6.2. 多源振動解析

飛行中の Yak-52 航空機の包括的な振動テストの結果によって実証されているように、その振動スペクトルには (プロペラの回転周波数で現れる前述の成分に加えて)、クランクシャフト、エンジンのピストン グループ、および空気圧縮機の駆動装置 (および/または周波数センサー) の動作に関連する他のいくつかの重要な成分が含まれています。

モード60%、65%、70%におけるこれらの振動の振幅は、 プロペラのアンバランスこれは、複数の振動源が航空機全体の振動特性に寄与していることを示しています。

これらの振動を詳細に分析すると、 プロペラのアンバランス これらのモードでの航空機の振動を1.5倍以下に抑え、全体的なアプローチの重要性を強調します。 航空機の振動管理.

2.6.3. 重要な動作モードの識別

最大全振動V_∑ Yak-52 航空機の 82% (プロペラ回転数 1580 rpm) および 94% (プロペラ回転数 1830 rpm) の速度モードで、特別な注意を必要とする危険な動作条件であることが判明しました。

この振動の主成分は、エンジンのクランクシャフト回転周波数の第2高調波V_к2 （周波数4800サイクル/分または5520サイクル/分）では、それぞれ12.5 mm/秒と15.8 mm/秒という値に達します。

このコンポーネントは、エンジンのピストン グループの基本動作 (クランクシャフトの 1 回転につきピストンが 2 回移動する間に発生する衝撃プロセス) に関連していると合理的に結論付けることができます。

82%（最初の公称値）および94%（離陸）モードでのこの成分の急激な増加は、ピストン グループの機械的な欠陥ではなく、機体のショックアブソーバーに取り付けられたエンジンの共振振動によって引き起こされる可能性が最も高いです。

テスト中に実施されたショックアブソーバーの体系的な調整では、振動特性に大きな改善は見られませんでした。

この状況は、航空機開発者が機体内のエンジンマウント（サスペンション）システムを選択する際の設計上の考慮事項とみなされる可能性があり、将来の航空機設計の最適化の潜在的な領域を示唆しています。

2.6.4. 診断モニタリングの推奨事項

調査中に得られた包括的なデータは、 プロペラのバランス調整 追加の振動試験（第2.5節の飛行試験結果を参照）により、周期的な振動が 振動監視 航空機エンジンの技術的状態の診断評価に非常に役立ちます。

このような診断作業は、たとえば、高度なソフトウェアに洗練されたスペクトル振動解析機能が含まれており、予測メンテナンス戦略を可能にするプロ仕様の「Balanset-1」デバイスを使用することで効果的に実行できます。

3. MTV-9-KC/CL 260-27プロペラのバランス調整の包括的結果とSu-29曲技飛行機の振動調査

3.1. 3枚羽根プロペラのバランス調整の概要

2014年6月15日、包括的な 3枚羽根のMTV-9-KC/CL 260-27プロペラのバランス調整 Su-29曲技飛行機のM-14P航空エンジンのバランス調整は、高度な現場バランス調整技術を使用して実施されました。

製造業者によると、プロペラは工場で予備的に静的バランス調整されており、製造工場で第1面に設置された補正ウェイトの存在がその証拠です。しかし、後に当社の分析で明らかになったように、 工場バランス調整 多くの場合、最適なフィールドパフォーマンスには不十分であることが判明しています。

について プロペラのバランス調整Su-29機体に直接取り付けられたプロ仕様の「Balanset-1」振動バランスキット（シリアル番号149）を使用して実施され、 フィールドバランシング装置 航空用途向け。

使用された測定方式は、 プロペラのバランス調整 手順は図3.1に示されており、 3枚羽根プロペラのバランス調整.

期間中 プロペラのバランス調整プロセス振動センサ（加速度計）1は、特別に設計されたブラケット上の磁気マウントシステムを使用してエンジンギアボックスハウジングに取り付けられ、最適な信号取得を確保しました。 航空機振動解析.

レーザー位相角センサー2もギアボックスハウジングに取り付けられ、プロペラブレードの1つに貼られた反射マークに向けられ、正確な位相角測定を可能にしました。 プロペラのアンバランス修正.

センサーからのアナログ信号はシールドケーブルを介して「Balanset-1」デバイスの測定ユニットに送信され、そこで信号の品質と精度を確保するために高度なデジタル前処理が行われます。

その後、これらの信号はデジタル形式でコンピュータに送信され、高度なソフトウェア処理によってこれらの信号が処理され、補正に必要な補正重量の質量と角度が算出されました。 プロペラのアンバランス 数学的な精度で計算されました。

ギアボックスの技術仕様:

• Z_k – ギアボックスのメインギアホイール（歯数75）
• Z_c – ギアボックスサテライト6個（各18歯）
• Z_n – ギアボックスの固定ギアホイール（歯数39）

この包括的な作業を実施する前に、 Yak-52航空機のプロペラのバランス調整、次のような追加の重要な研究が行われました。

• 固有振動数解析: Su-29航空機エンジンとプロペラの振動の固有周波数を決定し、バランスパラメータを最適化します。
• ベースライン振動評価: バランス調整を行ってベースライン条件を確立する前に、副操縦士のキャビンにおける初期振動の振幅とスペクトル構成を確認します。

3.2. エンジンとプロペラの振動の固有振動数に関する研究結果

機体のショックアブソーバーに搭載されたエンジン振動の固有振動数は、A&D（日本）のプロ仕様AD-3527スペクトルアナライザを使用して、エンジン振動の衝撃励起を制御し、正確な測定を保証することで決定されました。 航空機振動解析.

エンジンサスペンションの固有振動スペクトル（図3.2参照）では、16Hz、22Hz、37Hz、66Hz、88Hz、120Hzの6つの主要周波数が高精度に特定されました。この包括的な周波数分析は、最適化に不可欠です。 プロペラのバランス調整手順.

この仮定は、厳密な衝撃励起法によって得られたプロペラ振動の固有振動数の確認結果によって確認されています。

プロペラブレードの固有振動のスペクトル (図 3.3 参照) では、37 Hz、100 Hz、174 Hz の 3 つの主な周波数が特定され、プロペラとエンジンの固有周波数の相関関係が確認されました。

3.3.バランスをとる前に地上でSu-29の副操縦士のキャビンの振動をチェックする。

Su-29航空機の初期振動特性は、以前に特定された プロペラのバランス調整、周波数範囲5〜200 Hzで、A&D（日本）製のポータブル振動スペクトルアナライザーモデルAD-3527を使用して、第2操縦室で垂直方向に測定されました。

測定は、最大回転周波数の60%、65%、70%、および82%に相当する4つの主要なエンジン速度モードで体系的に行われ、包括的なベースラインデータを提供しました。 航空機振動解析.

得られた包括的な結果は表 3.1 に示されています。

表3.1からわかるように、振動の主な成分はプロペラ回転周波数Vで現れる。_в1エンジン・クランクシャフトV_к1およびエアコンプレッサー駆動部（および/または周波数センサー）V_нクランクシャフトの第2高調波 V_к2 プロペラの第3（ブレード）高調波 V_в3これは、クランクシャフトの第2高調波と周波数が近い。

65%と82%のスピード・モードでは、成分V_к2 (V_в3)も観察され、これは個々の航空機部品の共振振動によっても説明できる。

スペクトル成分の振幅は、 プロペラのアンバランス V_в1バランシング前の主なスピード・モードでは、2.4～5.7mm/secの範囲であった。_к2 対応するモードで。

さらに、表3.1からわかるように、あるモードから別のモードに切り替えたときのその変化は、バランシングの質だけでなく、プロペラの回転周波数が航空機の構造要素の固有周波数からどの程度離調しているかによっても決まる。

3.4. プロペラバランス調整結果と性能分析

について プロペラのバランス調整 慎重に選択された回転周波数で、一平面内でバランス調整が行われた。このバランス調整の結果、プロペラの動的な力の不均衡が効果的に補正され、 単面バランス この 3 枚羽根のプロペラ構成の場合。

詳細なバランス調整プロトコルは、以下の付録 1 に記載されており、品質保証と将来の参照のために完全な手順が文書化されています。

について プロペラのバランス調整 プロペラの回転周波数 1350 rpm で実行され、業界標準の手順に従って 2 回の精密測定実行が行われました。

残念ながら、訓練飛行中にこのプロペラが偶発的に損傷したため、バランス調整品質が飛行中の航空機の振動レベルに与える影響の検証は実施されなかったが、バランス調整手順の直後に包括的なテストを実施することの重要性が浮き彫りになった。

3.5. 専門家の結論とエンジニアリングの推奨事項

3.5.1. 優れたバランス性能

について Su-29航空機のプロペラのバランス調整プロペラ回転数1350rpm（70%）で一平面内で実施した試験では、プロペラの振動を6.7mm/秒から1.5mm/秒に大幅に低減することに成功し、 フィールドプロペラバランス調整 テクニック。

関連する振動レベル プロペラのアンバランス 他の速度モードでも大幅に減少し、1～2.5 mm/秒という非常に許容できる範囲内にとどまり、動作スペクトル全体にわたってバランス調整ソリューションの堅牢性が確認されました。

3.5.2. 品質保証に関する推奨事項

製造工場で行われたバランス調整結果が不十分だった場合の考えられる原因を明らかにするために、航空機エンジンギアボックスの出力軸上のプロペラのラジアルランアウトを確認することを強くお勧めします。これは、最適なバランス調整を達成するための重要な要素です。 プロペラバランス調整結果.

この調査は、工場と民間企業の違いについて貴重な洞察を提供するだろう。 フィールドバランシング 要件が満たされると、製造プロセスと品質管理手順が改善される可能性があります。

付録1：プロフェッショナルバランスプロトコル