現場におけるプロ用航空機プロペラのバランス調整 - 専門家ガイド


現場条件における航空機プロペラのバランス調整:専門的なエンジニアリングアプローチ

チーフエンジニアVDフェルドマン
BSTU「ヴォエンメック」はDFウスティノフにちなんで命名
兵器・軍備システム学部「E」
学科E7「変形可能な固体の力学」
Balansetシリーズ機器のチーフエンジニア兼開発者

NAシェルコヴェンコ編集
AIによる最適化

飛行中に航空機エンジンが過度の振動を経験すると、それは単なる機械的な問題ではなく、直ちに対処が必要な重大な安全上の懸念事項となります。プロペラのバランスが崩れると、壊滅的な故障につながり、航空機の健全性と操縦士の安全性の両方を損なう可能性があります。この包括的な分析では、現場で実証された方法論を提示しています。 プロペラのバランス調整 さまざまな種類の航空機に関する豊富な実践経験に基づいて、高度なポータブル機器を使用します。

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.

Yak-52プロペラバランス調整のための専門的な測定スキーム
図2.1 Yak-52航空機プロペラのバランス調整のための測定スキーム - 技術的セットアップ

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

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.

Yak-52エンジンサスペンションの固有振動数スペクトル解析
図2.2 Yak-52航空機エンジンサスペンションの固有振動数スペクトル - バランス最適化に重要

頻度分析とその意味:

74Hz、94Hz、120Hzの周波数は、機体へのエンジンマウント(サスペンション)システムの特定の特性と関係していると考えられます。これらの周波数は、飛行中は慎重に避ける必要があります。 プロペラのバランス調整作業 共鳴励起を防ぐためです。

周波数 20 Hz は、着陸装置シャーシ上の航空機全体の固有振動と関連している可能性が高く、航空機全体の構造の基本モードを表します。

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.

エンジニアリング上の重要性:

Yak-52航空機のプロペラとエンジンの振動の固有振動数に関するデータは、 プロペラの回転周波数 バランス調整時に使用されます。この周波数を選択する際の主な条件は、航空機の構造要素の固有振動数から可能な限り離調させることです。これにより、振動を低減するのではなく増幅させる可能性のある共振状態を回避します。

さらに、航空機の個々のコンポーネントや部品の固有振動数を知ることは、さまざまなエンジン速度モードでの振動スペクトルの特定のコンポーネントの急激な増加(共振の場合)の原因を特定するのに非常に役立ち、予測メンテナンス戦略が可能になります。

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。

実践的な実装の課題と解決策:

プロペラの設計上の特徴により、理論的に必要な 32 度の角度で補正ウェイトを取り付けることができないため、同じベクトル合計効果を実現するために、プロペラに 2 つの同等のウェイトを戦略的に設置しました。

  • 重量 M1 = 14 g 角度F1 = 0°(基準位置)
  • 重量M2 = 8.3g 角度F2 = 60°(オフセット位置)

この二重重みアプローチは、実用上必要な柔軟性を示しています。 航空機のプロペラのバランス調整 理論的な解決策を現実世界の制約に合わせて調整する必要がある運用。

達成された定量的な結果:

プロペラに指定された補正ウェイトを取り付けた後、回転周波数1150rpmで測定された振動は、 プロペラのアンバランス 大幅に減少 10.2 mm/秒 初期状態では 4.2 mm/秒 バランス調整後 – 59%の改良 振動低減に。

実際のアンバランスの定量化では、プロペラのアンバランスは 2340 g*mm963 g*mmの有効性を実証する フィールドバランス手順.

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。

表2.1. 各動作モードにおける振動結果

エンジン出力設定(%) プロペラ回転数(rpm) RMS振動速度(mm/秒) 改善評価
1 60 1153 4.2 素晴らしい
2 65 1257 2.6 並外れた
3 70 1345 2.1 並外れた
4 82 1572 1.25 素晴らしい

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。

表2.2. 詳細な振動スペクトル成分分析

モード 電源(%) 回転数 Vв1 (Hz) アンプVв1 Vн (Hz) アンプVн Vк1 (Hz) アンプVк1 Vв2 (Hz) アンプVв2 Vк2 (Hz) アンプVк2 合計V
1 60 1155 1155 4.4 1560 1.5 1755 1.0 2310 1.5 3510 4.0 6.1
2 65 1244 1244 3.5 1680 1.2 1890 2.1 2488 1.2 3780 4.1 6.2
3 70 1342 1342 2.8 1860 0.4 2040 3.2 2684 0.4 4080 2.9 5.0
4 82 1580 1580 4.7 2160 2.9 2400 1.1 3160 0.4 4800 12.5 13.7

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。

60%出力時のYak-52コックピットの詳細な振動スペクトル分析
図2.3. Yak-52機内における60%モードの振動スペクトル – プロペラバランスの有効性を示す
94%出力時のYak-52コックピットの詳細な振動スペクトル分析
図2.4. Yak-52機内における94%モードの振動スペクトル - 複雑な高調波成分を示している

包括的なスペクトル分析:

表2.2からわかるように、第2パイロットのキャビンで測定された振動の主成分は、プロペラ回転周波数Vв1 (黄色でハイライト),エンジンクランクシャフトVк1 (青で強調表示)、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) Vн (緑で強調表示)、およびその高次高調波 Vв2, Vв4, Vв5とVк2, Vк3.

最大全振動V 82%(プロペラ1580rpm)および94%(1830rpm)の速度モードで発見され、これらの重要な動作点で特定の共振条件があることを示しています。

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Vк2 それぞれ、周波数 4800 サイクル/分で 12.5 mm/秒、周波数 5520 サイクル/分で 15.8 mm/秒という重要な値に達します。

エンジニアリング分析と根本原因の特定:

この重要な振動成分は、エンジンのピストン グループの動作 (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) に関連しており、基本的なエンジン ダイナミクスを表していると考えられます。

82%(最初の公称)モードと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。

この結論は、エンジン サスペンションの振動の固有周波数を調べた前述の実験結果によって強く裏付けられており、そのスペクトルには 74 Hz (4440 サイクル/分)、94 Hz (5640 サイクル/分)、および 120 Hz (7200 サイクル/分) が含まれています。

これらの固有振動数のうち 74 Hz と 94 Hz の 2 つは、クランクシャフト回転の 2 次高調波振動数に非常に近く、エンジンの最初の公称モードと離陸モードで発生し、典型的な共振状態を作り出します。

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(Vв1)とクランクシャフト回転周波数の第2高調波(Vк2)を表2.3に示す。

表2.3. ショックアブソーバー調整の影響分析

モード 電源(%) RPM(前/後) Vв1 前に Vв1 Vк2 前に Vк2 改善
1 60 1155 / 1140 4.4 3.3 3.6 3.0 適度
2 65 1244 / 1260 3.5 3.5 4.1 4.3 最小限
3 70 1342 / 1350 2.8 3.3 2.9 1.2 重要な
4 82 1580 / 1590 4.7 4.2 12.5 16.7 悪化した
5 94 1830 / 1860 2.2 2.7 15.8 15.2 わずか

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。

プロペラバランス効率分析:

また、スペクトル成分の振幅は、 プロペラのアンバランス Vв182%および94%モードで検出された(表2.2および2.3参照)振幅は、それぞれVк2これらのモードには、 プロペラのバランス調整 プロペラ関連の振動の主な原因に対処するのに非常に効果的でした。

他の飛行モードでは、成分Vв1 2.8~4.4 mm/秒の範囲で、通常の航空機運航に許容できるレベルを表します。

さらに、表2.2と2.3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るときの変化は、主に プロペラのバランス調整プロペラの回転周波数と航空機のさまざまな構造要素の固有振動数のずれの度合いによって決まります。

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Vк2 (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。

Su-29の3枚羽根プロペラのバランス調整のための専門的な測定スキーム
図3.1. Su-29航空機プロペラのバランス調整のための測定スキーム – 高度な3ブレード構成

ギアボックスの技術仕様:

  • Zk – ギアボックスのメインギアホイール(歯数75)
  • Zc – ギアボックスサテライト6個(各18歯)
  • Zn – 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.

Su-29エンジンサスペンションシステムの固有振動数スペクトル
図3.2. Su-29航空機エンジンサスペンションの固有振動数スペクトル – バランス最適化に重要

周波数解析とエンジニアリング解釈:

これらの特定された周波数のうち、66Hz、88Hz、および120Hzの周波数は、航空機の機体へのエンジンマウント(サスペンション)システムの特定の特性と直接関係しており、飛行中に回避しなければならない構造的共振を表していると考えられます。 プロペラのバランス調整作業.

16 Hz と 22 Hz の周波数は、シャーシ上の完全な航空機の固有振動と関連している可能性が高く、航空機の基本的な構造モードを表しています。

37 Hz という周波数は、おそらく航空機のプロペラブレードの振動の固有周波数に関係しており、プロペラの重要な動的特性を表しています。

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。

Su-29プロペラブレードの固有振動数スペクトル
図3.3. Su-29プロペラブレードの固有振動数スペクトル – 3枚羽根のバランス調整に不可欠

プロペラバランスの工学的意義:

Su-29航空機のプロペラブレードとエンジンの振動の固有振動数に関するデータは、 プロペラの回転周波数 バランス調整時に使用されます。この周波数を選択する際の主な条件は、航空機の構造要素の固有振動数から可能な限り離調させることです。

さらに、航空機の個々のコンポーネントや部品の固有振動数を知ることは、さまざまなエンジン速度モードでの振動スペクトルの特定のコンポーネントの急激な増加(共振の場合)の原因を特定するのに非常に役立ち、予測メンテナンス戦略が可能になります。

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 プロペラバランス調整前のベースライン振動解析

モード 電源(%) 回転数 Vв1 (mm/秒) Vн (mm/秒) Vк1 (mm/秒) Vв3 (mm/秒) Vк2 (mm/秒) 合計V (mm/秒) 評価
1 60 1150 5.4 2.6 2.0 8.0 適度
2 65 1240 5.7 2.4 3.2 10.6 高められた
3 70 1320 5.2 3.0 2.5 11.5 高い
4 82 1580 3.2 1.5 3.0 8.5 9.7 高められた

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Vк1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)Vнクランクシャフトの第2高調波 Vк2 プロペラの第3(ブレード)高調波 Vв3これは、クランクシャフトの第2高調波と周波数が近い。

詳細な振動成分分析:

さらに、60%速度モードにおける振動スペクトルでは、計算スペクトルと一致する未確認成分が6120サイクル/分の周波数で確認されました。これは、航空機の構造要素の1つが約100Hzの周波数で共振したことによるものと考えられます。このような要素はプロペラである可能性があり、その固有振動数の一つは100Hzです。これは、プロペラの複雑な性質を示しています。 航空機の振動特性.

航空機の最大全振動V70% 速度モードで、11.5 mm/秒に達する速度が検出されました。これは、注意を必要とする重大な動作状態を示しています。

このモードの全振動の主成分は、エンジン・クランクシャフトの回転周波数Vの第2高調波(4020サイクル/分)に現れる。к2 これは 10.8 mm/秒に等しく、大きな振動源を表します。

根本原因分析:

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) に関連していると推測できます。

70%モードでのこの成分の急激な増加は、おそらく航空機の構造要素の1つ(機体内のエンジン・サスペンション)が67Hz(4020サイクル/分)の周波数で共振振動したためと思われる。

ピストングループの動作に関連する衝撃的な外乱に加えて、この周波数範囲における振動の大きさは、プロペラのブレード周波数(Vв3).

65%と82%のスピード・モードでは、成分Vк2 (Vв3)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 Vв1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。

体系的なバランス調整手順:

  1. 初期状態測定: 最初の実行では、初期状態のプロペラ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. 試用体重測定: 2回目の運転では、プロペラに既知の重量の試験質量を取り付けた後、プロペラ回転周波数における振動の振幅と位相を測定した。
  3. 計算と実装: これらの測定結果に基づいて、高度な計算アルゴリズムを使用して、平面 1 の補正ウェイトの質量と取り付け角度が決定されました。

優れたバランス調整結果を達成:

プロペラに計算された補正重量40.9gを取り付けた後、この速度モードでの振動は劇的に減少しました。 6.7 mm/秒 初期状態では 1.5 mm/秒 バランス調整後 – 注目すべき 78%の改良 振動低減に。

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、バランス調整後は 1 ~ 2.5 mm/秒の許容範囲内にとどまりました。これは、動作範囲全体にわたってバランス調整ソリューションの堅牢性を実証しています。

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。

工場でのバランス調整との大きな違い:

この過程で得られた結果は、 フィールドプロペラバランス調整 工場でのバランス調整の結果とは大きく異なり、実際の動作構成でプロペラのバランス調整を行うことの重要性が強調されます。

特にそうだ:

  • 振動低減: 常設場所(Su-29航空機のギアボックスの出力軸上)でのバランス調整後のプロペラ回転周波数における振動は、4倍以上減少した;
  • ウェイト位置補正: 装着された矯正用ウェイトは フィールドバランスプロセス 製造工場に設置された重量に対して約 130 度シフトしており、工場と現場でのバランス要件に大きな違いがあることを示しています。

考えられる根本原因要因:

この大きな矛盾の理由としては、次のようなことが考えられます。

  • 製造許容範囲: 製造元のバランススタンドの測定システムエラー(可能性は低いですが、可能性はあります)。
  • 工場設備の問題: メーカーのバランシングマシンのスピンドルカップリングの取り付け位置の幾何学的誤差により、スピンドルに取り付けたときにプロペラの半径方向の振れが生じる;
  • 航空機の設置要因: 航空機のギアボックスの出力軸カップリングの取り付け位置の幾何学的誤差により、ギアボックスの軸に取り付けたときにプロペラの半径方向の振れが生じる。

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

包括的なバランスプロトコル

曲技飛行機Su-29のMTV-9-K-C/CL 260-27プロペラ

1. 顧客: VD・チヴォコフ

2. プロペラの取り付け場所: Su-29航空機ギアボックスの出力軸

3. プロペラの種類: MTV-9-KC/CL 260-27

4. バランス調整方法: 現場で(独自のベアリングで)1つの平面に組み立てられる

5.バランス調整時のプロペラ回転数、rpm: 1350

6. バランス装置のモデル、シリアル番号、製造元: 「バランセット-1」、シリアルナンバー149

7.バランシングの際に使用される規制文書

7.1. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. 決算日: 15.06.2014

9.バランシング結果の要約表:

測定結果 振動(mm/秒) アンバランス(g*mm) 品質評価
1 バランシング前 *) 6.7 6135 受け入れられない
2 バランス調整後 1.5 1350 素晴らしい
ISO 1940 クラスGの許容差 6.3 1500 標準

*)注 バランス調整は、メーカーが取り付けた補正ウェイトをプロペラに残したままで実行されました。

10. 専門家の結論:

10.1. 振動レベル(残留不均衡) プロペラのバランス調整 Su-29航空機のギアボックスの出力軸に設置されたギア比(9.2ページ参照)が、初期状態(9.1ページ参照)と比較して4倍以上削減され、航空機のスムーズな操作性が大幅に向上しました。

10.2. 10.1 ページの結果を達成するために使用された補正重量のパラメータ (質量、取り付け角度) は、製造元によって取り付けられた補正重量のパラメータ (MT プロペラ) とは大幅に異なり、工場と現場でのバランス要件の間に根本的な違いがあることを示しています。

特に、プロペラに40.9gの補正重量が取り付けられました。 フィールドバランシングこれは、メーカーが取り付けた重りに対して 130° の角度でずれていました。

(メーカーが取り付けたウェイトは、追加バランシングの際にプロペラから外されなかった)。

考えられる技術的な理由:

この重大な状況の考えられる理由としては、次のようなものが挙げられます。

  • メーカーのバランシング・スタンドの測定システムのエラー;
  • メーカーのバランシングマシンのスピンドルカップリングの取り付け位置に幾何学的誤差があり、スピンドルに取り付けたときにプロペラの半径方向の振れにつながる;
  • 航空機のギアボックスの出力軸カップリングの取り付け位置に幾何学的誤差があり、ギアボックスの軸に取り付けたときにプロペラの半径方向の振れにつながる。

推奨される調査手順:

増加につながる具体的な原因を特定する プロペラのアンバランス Su-29航空機ギアボックスの出力軸に取り付ける場合は、次のことが必要です。

  • メーカーでMTV-9-K-C/CL 260-27プロペラのバランシングに使用するバランシングマシンの測定システムとスピンドルの取り付け位置の幾何学的精度をチェックする;
  • Su-29航空機のギアボックスの出力軸に取り付けられたプロペラの半径方向の振れをチェックする。

遺言執行者

LLC "キネマティクス "チーフ・スペシャリスト

フェルドマンV.D.

航空機プロペラのバランス調整に関するよくある質問

プロペラのバランス調整とは何ですか? また、航空安全にとってなぜ重要なのですか?

プロペラのバランシング 航空機のプロペラのアンバランスを、補正ウェイトの追加または再配置によって解消する精密な手順です。アンバランスなプロペラは過剰な振動を引き起こし、構造疲労、エンジン損傷、そして最終的には壊滅的な故障につながる可能性があります。当社の現地調査では、適切なバランス調整により振動を最大78%低減できることが示されており、航空機の安全性と運用寿命を大幅に向上させます。

現場でのプロペラのバランス調整は工場でのバランス調整とどう違うのでしょうか?

フィールドプロペラバランス 工場でのバランス調整に比べて大きな利点があります。ギアボックスの公差、取り付けの不規則性、そして機体の完全なダイナミクスなど、実際の設置条件を考慮に入れているからです。Su-29のケーススタディでは、現場で必要な補正重量が工場出荷時の重量から130°ずれていることが実証され、運用構成におけるプロペラのバランス調整の重要性が浮き彫りになりました。

プロによる航空機プロペラのバランス調整にはどのような機器が必要ですか?

プロ 航空機のプロペラのバランス調整 高精度加速度計、レーザー位相センサー、高度な解析ソフトウェアを備えたBalanset-1のような特殊な機器が必要です。この機器は、0.1~1000Hzの範囲の振動を高精度に測定し、適切な重量配置を計算するためにリアルタイムの位相解析を提供できる必要があります。

航空機のプロペラはどのくらいの頻度でバランス調整する必要がありますか?

プロペラバランス周波数 航空機の使用状況によって異なりますが、通常は大規模点検時、プロペラ損傷の修理後、過度の振動が認められた場合、またはメーカーの推奨に従って実施する必要があります。調査対象となったYak-52やSu-29のような曲技飛行機の場合、応力負荷条件が高いため、より頻繁なバランス調整が必要になる場合があります。

プロペラのバランス調整後の許容振動レベルはどれくらいですか?

ISO 1940規格のクラスG 6.3では、残留アンバランスは1500 g*mmを超えてはなりません。当社の実務経験では、振動レベルが2.5 mm/秒RMS未満、特に1.5 mm/秒以下という優れた結果が得られています。これらのレベルは、安全な運航と航空機への構造的ストレスの最小化を保証します。

プロペラのバランス調整により、航空機の振動をすべて除去できますか?

その間 プロペラのバランス調整 プロペラ関連の振動を大幅に低減しますが、航空機の振動を完全に除去できるわけではありません。当社の包括的な分析により、エンジンのクランクシャフト高調波、ピストン群のダイナミクス、構造共振が全体的な振動に寄与していることが明らかになりました。プロペラのバランス調整を完璧に行っても、航空機全体の振動は通常1.5分の1しか低減しないため、総合的な振動管理アプローチの必要性が強調されます。

航空業界の専門家のための専門家の推奨事項

航空機運航者向け:

  • 定期的に実施する 振動監視 予防保守プログラムの一環として
  • 考慮する フィールドプロペラバランス調整 工場でのバランス調整だけに頼るよりも優れている
  • 保有する航空機ごとに基準となる振動特性を確立する
  • 適切なバランス調整手順と安全プロトコルについて保守担当者を訓練する

メンテナンス技術者向け:

  • バランスRPMを選択するときは、常に固有振動数を考慮してください。
  • 正確な測定にはBalansetのようなプロ仕様の機器を使用してください
  • 品質保証とトレーサビリティのために、すべてのバランス調整手順を文書化する
  • プロペラのバランス調整は全体的な振動管理の1つの要素に過ぎないことを理解する

パイロット向け:

  • 異常な振動があった場合は、直ちに保守担当者に報告してください。
  • 飛行モードによって振動特性が異なる場合があることを理解する
  • 一部の振動はプロペラ関連ではなく構造的な原因によるものである可能性があることに注意してください。
  • 定期的な プロペラのバランス調整 安全投資として

著者について

VDフェルドマン Balansetシリーズの主任エンジニア兼開発者であり、機械工学と振動解析の分野で豊富な経験を有しています。DF・ウスチノフにちなんで名付けられたBSTU「Voenmech」を卒業し、変形可能な固体の力学を専門としています。フィールドバランス調整における彼の実践的な専門知識は、整備手順の改善と機器開発を通じて、航空安全に大きく貢献しています。

航空機のプロペラのバランス調整やBalanset機器に関する技術的なお問い合わせは、当社のエンジニアリング チームにご連絡いただき、専門的なコンサルティングとサポートを受けてください。


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