Par gaisa kuģa propellera balansēšanu lauka apstākļos. 1. daļa

1. V.D. Feldmans

OU Vibromera galvenais tehniķis

Par gaisa kuģa propellera balansēšanu lauka apstākļos

 "Propelleris ir lidmašīnas dzinējs,

un līdzsvarot to var tikai stūmējs."

1. In priekšvārda vietā

Pirms divarpus gadiem mūsu uzņēmums uzsāka Balanset-1 masveida ražošanu, kas paredzēts rotoru mehānismu balansēšanai savos gultņos.

Līdz šim ir saražoti vairāk nekā 180 komplekti, kurus efektīvi izmanto dažādās rūpniecības nozarēs, tostarp ventilatoru, izpūtēju, elektromotoru, darba vārpstu, sūkņu, drupinātāju, separatoru, centrifūgu, piedziņas vārpstu, kloķvārpstu un citu mehānismu ražošanā un darbībā.

Pēdējā laikā mūsu uzņēmums ir saņēmis daudzus organizāciju un privātpersonu pieprasījumus saistībā ar iespēju izmantot mūsu iekārtas lidmašīnu un helikopteru propelleru balansēšanai lauka apstākļos.

Diemžēl mūsu speciālisti, kuriem ir liela pieredze visdažādāko mašīnu balansēšanā, nekad nav saskārušies ar šo problēmu. Tāpēc padomi un ieteikumi, ko mēs varējām sniegt saviem klientiem, bija vispārīgi un ne vienmēr ļāva efektīvi atrisināt problēmu.

Šajā pavasarī situācija sāka mainīties uz labo pusi, pateicoties V. D. Čvokova aktīvai nostājai, kurš organizēja un kopā ar mums visaktīvāk piedalījās JAK-52 un SU-29, kuru pilots viņš ir, propelleru balansēšanas darbos.

1.1. attēls. Jak-52 lidlaukā

1.2. attēls. SU-29 stāvvietā

Šī procesa laikā mēs apguvām noteiktas prasmes un tehnoloģijas, kā balansēt gaisa kuģu propellerus lauka apstākļos, izmantojot Balanset-1, tostarp:

• vibrācijas sensoru un fāzes leņķa uzstādīšanas (montāžas) vietu un metožu noteikšana objektā;
• vairāku gaisa kuģa konstrukcijas elementu (dzinēja balstiekārtas, propellera lāpstiņas) rezonanses frekvenču noteikšana;
• dzinēja rotācijas apgriezienu (darbības režīmu) noteikšana, nodrošinot minimālu atlikušo nelīdzsvarotību balansēšanas procesā;
• propellera atlikušās nelīdzsvarotības pielaides noteikšana utt.

Turklāt esam ieguvuši interesantus datus par M-14P dzinējiem aprīkotu gaisa kuģu vibrācijas līmeni.

Turpmāk, pamatojoties uz šo darbu rezultātiem, ir ieteikti ziņošanas materiāli.

Līdztekus balansēšanas rezultātiem tajos ir iekļauti dati par YAK-52 un SU-29 vibrācijas pārbaudēm, kas iegūtas testu laikā uz zemes un lidojumā.

Šie dati var interesēt gan gaisa kuģu pilotus, gan tehniskās apkopes speciālistus.

2. Akrobātiskā gaisa kuģa YAK-52 propellera balansēšanas un vibrācijas testēšanas rezultāti

2.1. Ievads

2014. gada maijā-jūlijā mēs veicām YAK-52, kas aprīkots ar M-14P lidmašīnas dzinēju, vibrācijas testēšanu, kā arī tā divu lāpstiņu propellera balansēšanu.

Balansēšanu veica tajā pašā plaknē, izmantojot balansēšanas komplektu Balanset-1, rūpnīcas Nr. 149.

Balansēšanā izmantotā mērījumu shēma ir parādīta 2.1. attēlā.

Balansēšanas procesa laikā vibrācijas sensors (akselerometrs) 1 tika uzstādīts uz motora pārnesumkārbas priekšējā vāka, izmantojot magnētu uz īpaša kronšteina.

Fāzes leņķa lāzera sensors 2 arī bija uzstādīts uz pārnesumu pārsega, un to vadīja atstarojoša uzlīme, kas piestiprināta pie vienas no propellera lāpstiņām.

Analogie signāli no sensoriem pa kabeļiem tika pārraidīti uz Balanset-1 mērīšanas bloku, kurā tika veikta to sākotnējā digitālā apstrāde.

Tālāk šie signāli digitālā formā tika pārsūtīti datoram, kas tos apstrādāja un aprēķināja korekcijas svara masu un uzstādīšanas leņķi, kas nepieciešams, lai kompensētu propellera disbalansu.

2.1. attēls. YAK-52 propellera balansēšanas mērījumu shēma.

Zk - galvenais pārnesuma ritenis;

Zс - zobratu satelīti;

Zn - fiksētais pārnesumu ritenis.

Šī darba gaitā, ņemot vērā SU-29 un YAK-52 propelleru balansēšanas pieredzi, mēs veicām vairākus papildu pētījumus, tostarp:

• YAK-52 dzinēja un propellera svārstību īpatnējo frekvenču noteikšana;
• vibrācijas vērtības un spektrālā sastāva pārbaude otrā pilota kabīnē lidojuma laikā pēc propellera balansēšanas;
• pārbaudot vibrācijas vērtību un spektrālo sastāvu otrā pilota kabīnē lidojuma laikā pēc propellera balansēšanas un dzinēja amortizatora pievilkšanas spēka regulēšanas.

2.2. Motora un propellera īpatnējo frekvenču pētījumu rezultāti.

Motora, kas uzstādīts uz amortizatoriem lidaparāta korpusā, īpatnējās frekvences tika noteiktas, izmantojot spektra analizatoru AD-3527, f. A @ D, (Japāna), trieciena ierosmes veidā ierosinot motora svārstības.

Mēs noteicām 4 galvenās frekvences, proti, 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz YAK-52 motora balstiekārtas dabisko svārstību spektrā, kura piemērs ir parādīts 2.2. attēlā.

2.2. attēls. YAK-52 motora balstiekārtas svārstību īpatnējo frekvenču spektrs

Frekvences 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz, iespējams, ir saistītas ar dzinēja montāžas (piekares) īpatnībām uz gaisa kuģa korpusa.

20 Hz frekvence, visticamāk, ir saistīta ar gaisa kuģa svārstībām uz šasijas.

Ar trieciena ierosmes metodi tika noteiktas arī dzenskrūves lāpstiņu svārstību īpatnējās frekvences.

Šajā gadījumā mēs atklājām četras galvenās frekvences, proti: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz un 134 Hz.

Dati par dzenskrūves un dzinēja YAK-52 svārstību īpatnējām frekvencēm var būt galvenokārt svarīgi, izvēloties balansēšanā izmantoto dzenskrūves rotācijas frekvenci. Galvenais nosacījums šīs frekvences izvēlei ir nodrošināt tās maksimāli iespējamo atdalīšanos no gaisa kuģa konstrukcijas elementu svārstību īpatnējām frekvencēm.

Turklāt zināšanas par atsevišķu gaisa kuģa sastāvdaļu un daļu svārstību īpatnējām frekvencēm var būt noderīgas, lai noteiktu iemeslus, kāpēc pie dažādiem dzinēja apgriezieniem strauji palielinās (rezonanses gadījumā) atsevišķu vibrāciju spektra komponentu skaits.

2.3. Balansēšanas rezultāti.

Kā minēts iepriekš, dzenskrūve tika līdzsvarota vienā plaknē, kā rezultātā tika nodrošināta dzenskrūves jaudas nelīdzsvarotības kompensācija dinamikā.

Nebija iespējama dinamiskā balansēšana divās plaknēs, kas ļauj (papildus spēka) kompensēt propellera momenta nelīdzsvarotību, jo uz YAK-52 uzstādītā propellera konstrukcija ļauj veidot tikai vienu korekcijas plakni.

Vinneli balansēja ar rotācijas frekvenci, kas vienāda ar 1150 apgr./min (60%), pie kuras bija iespējams iegūt stabilākos vibrācijas mērījumu rezultātus amplitūdā un fāzē no sākuma līdz sākumam.

Propelleris tika sabalansēts saskaņā ar klasisko "divu startu" shēmu.

Pirmās palaišanas laikā mēs noteicām vibrāciju amplitūdu un fāzi pie propellera rotācijas frekvences sākotnējā stāvoklī.

Otrās palaišanas laikā mēs noteicām vibrāciju amplitūdu un fāzi pie propellera rotācijas frekvences pēc tam, kad pierādījuma masa bija vienāda ar 7 g.

Ņemot vērā šos datus, mēs programmatiski aprēķinājām masu M = 19,5 g un korekcijas svara uzstādīšanas leņķi F = 32.

Ņemot vērā dzenskrūves konstrukcijas īpatnības, kas neļauj novietot korekcijas atsvaru vajadzīgajā leņķī, uz dzenskrūves tiek piestiprināti divi līdzvērtīgi atsvari, tostarp:

• M1 svars = 14 g uz leņķa F1 = 0º;
• M1 svars = 8,3 g uz leņķa F1 = 60º.

Pēc iepriekš minēto koriģējošo atsvaru ievietošanas propellerī vibrācija, kas izmērīta pie rotācijas ātruma 1150 apgr./min un saistīta ar propellera nelīdzsvarotību, samazinājās no 10,2 mm/s sākotnējā stāvoklī līdz 4,2 mm/s pēc balansēšanas.

Tajā pašā laikā propellera faktiskā nelīdzsvarotība samazinājās no 2340 g*mm līdz 963 g*mm.

2.4. Balansēšanas ietekmes pārbaude uz YAK-52 vibrācijas līmeni uz zemes pie dažādiem propellera apgriezieniem

2.1. tabulā sniegti YAK-52 vibrācijas testa rezultāti, kas veikti citos dzinēja darbības apstākļos, kuri iegūti testos uz zemes.

Kā redzams tabulā, balansēšanai bija pozitīva ietekme uz YAK-52 vibrācijām visos tā darbības režīmos.

tabula 2.1

Turklāt, veicot testus uz zemes, tika atklāta tendence ievērojami samazināt gaisa kuģa vibrāciju, palielinot tā propellera rotācijas ātrumu.

Šo parādību var izskaidrot ar propellera rotācijas ātruma lielāku atdalīšanos no gaisa kuģa dabiskās svārstību frekvences uz šasijas (domājams, 20 Hz), kas rodas, palielinoties propellera rotācijas ātrumam.

2.5. YAK-52 vibrāciju pārbaude gaisā galvenajos lidojuma režīmos pirms un pēc amortizatoru pievilkšanas spēka regulēšanas

Papildus vibrācijas testiem, kas tika veikti pēc propellera balansēšanas uz zemes (sk. 2.3. iedaļu), mēs veicām YAK-52 vibrācijas mērījumus lidojumā.

Lidojuma laikā vibrācija tika mērīta otrā pilota kabīnē. vertikālā virzienā izmantojot portatīvo vibrāciju spektra analizatoru AD-3527 f. A@D (Japāna) frekvenču diapazonā no 5 līdz 200 (500) Hz.

Mērījumus veica pie pieciem galvenajiem dzinēja apgriezieniem, kas attiecīgi bija 60%, 65%, 70%, 70% un 82% no tā maksimālā apgriezienu skaita.

Pirms amortizatoru regulēšanas veikto mērījumu rezultāti ir parādīti 2.2. tabulā.

Tabula 2.2

Kā piemērs 2.3. un 2.4. attēlā ir parādīti spektru grafiki, kas iegūti, mērot vibrācijas YAK-52 kabīnē 60% un 94% režīmos un izmantoti, aizpildot 2.2. tabulu.

2.2.3. attēls. Vibrāciju spektrs YAK-52 kabīnē pie 60%.

2.4. attēls. Vibrāciju spektrs YAK-52 kabīnē pie 94%.

Kā redzams 2.2. tabulā, galvenie vibrācijas komponenti, ko mēra otrā pilota kabīnē, parādās pie propellera griešanās ātrumiem Vv1 (izcelti dzeltenā krāsā), motora kloķvārpstas Vk1 (izcelti zilā krāsā) un gaisa kompresora piedziņas pārnesuma (un/vai frekvences sensora) Vn (izcelti zaļā krāsā), kā arī pie to augstākajām harmoniskajām Vv2, Vv4, Vv5 un Vk2, Vk3.

Maksimālā kopējā vibrācija Vå  tika konstatēts pie 82% (1580 apgriezienu minūtē) un 94% (1830 apgriezienu minūtē).

Šīs vibrācijas galvenais komponents izpaužas 2^nd motora kloķvārpstas apgriezienu harmonikas Vk2 un attiecīgi sasniedz vērtības 12,5 mm/s ar frekvenci 4800 ciklu/min un 15,8 mm/s ar frekvenci 5520 ciklu/min.

Var pieņemt, ka šī komponente ir saistīta ar motora virzuļu bloka darbību (trieciena procesi, kad virzuļi viena kloķvārpstas apgrieziena laikā divreiz mainās).

Šīs komponentes straujo palielināšanos režīmos 82% (pirmais nominālais) un 94% (pacelšanās), visticamāk, izraisa nevis virzuļa grupas defekti, bet gan rezonanses svārstības uz dzinēja, kas nostiprināts gaisa kuģa korpusā uz amortizatora.

Šo secinājumu apstiprina iepriekš minētie motora balstiekārtas svārstību pašu frekvenču eksperimentālās pārbaudes rezultāti, kuru spektrā ir 74 Hz (4440 cikli/min), 94 Hz (5640 cikli/min) un 120 Hz (7200 cikli/min).

Divas no šīm īpatnējām frekvencēm, kas ir 74 un 94 Hz, ir tuvas frekvencēm 2^nd kloķvārpstas griešanās ātruma harmonikas, kas rodas motora darbības pirmajā nominālajā un pacelšanās režīmā.

Tā kā vibrācijas testu laikā tika konstatētas ievērojamas vibrācijas pie 2^nd kloķvārpstas harmoniku motora pirmajos nominālajos un pacelšanās rādītājos, tika mēģināts pārbaudīt un noregulēt motora balstiekārtas amortizatoru pievilkšanas spēku.

tabulā ir parādīti salīdzinošie testa rezultāti, kas iegūti pirms un pēc amortizatoru regulēšanas attiecībā uz dzenskrūves griešanās ātrumu (Vv1) un 2^nd kloķvārpstas rotācijas frekvences harmonikas (Vk2).

tabula 2.3

Kā redzams 2.3. tabulā, amortizatoru regulēšana neradīja būtiskas izmaiņas gaisa kuģa vibrācijas galveno komponentu vērtībās.

Ņemot vērā iepriekš minēto, ir iespējams uzskatīt, ka YAK-52 vibrāciju komponentes ievērojamu palielināšanos pirmajā nominālajā un pacelšanās režīmā (mūsuprāt) var uzskatīt par lidaparāta konstruktoru konstruktīvo kļūdu, kas radusies, izvēloties dzinēja montāžas sistēmu (balstiekārtu) lidaparāta korpusā.

Šajā sakarā jāatzīmē, ka ar propellera nelīdzsvarotību saistītās spektrālās komponentes Vv1 amplitūda, kas konstatēta 82% režīmā un 94% režīmā (sk. 1.2. un 1.3. tabulu), ir attiecīgi 3-7 reizes mazāka nekā Vk2 amplitūdas šajos režīmos.

Citos lidojuma režīmos Vv1 komponente ir 2,8-4,4 mm/s robežās.

Turklāt, kā redzams 2.2. un 2.3. tabulā, pārejā no viena režīma uz citu tā izmaiņas galvenokārt nosaka nevis balansēšanas kvalitāte, bet gan propellera rotācijas ātruma atdalīšanās pakāpe no noteiktu gaisa kuģa konstrukcijas elementu svārstību īpatnējām frekvencēm.

2.6. Secinājumi par darba rezultātiem

2.6.1. YAK-52 propellera balansēšana, ko veica ar rotācijas frekvenci 1150 apgr./min (60%), ļāva samazināt propellera vibrāciju no 10,2 mm/s līdz 4,2 mm/s.

Ņemot vērā pieredzi, kas gūta, balansējot YAK-52 un SU-29 propellerus ar Balanset-1, varam pieņemt, ka pastāv iespēja vēl vairāk samazināt YAK-52 propellera vibrācijas līmeni.

Šo efektu var panākt, jo īpaši izvēloties citu (augstāku) propellera rotācijas frekvenci tā balansēšanas laikā, kas ļauj vairāk atdalīties no dabiskās gaisa kuģa svārstību frekvences 20 Hz (1200 cikli/min), kas tika konstatēta testa laikā.

2.6.2. Kā liecina lidojumā veikto YAK-52 vibrācijas testu rezultāti, tā vibrācijas spektram (papildus 2.6.1. punktā minētajam komponentam, kas parādās pie propellera rotācijas frekvences) ir vairāki citi komponenti, kas saistīti ar kloķvārpstas, dzinēja virzuļu grupas un arī gaisa kompresora piedziņas mehānisma (un/vai frekvences sensora) darbību.

Minēto vibrāciju vērtības 60%, 65% un 70% režīmos ir proporcionālas vibrācijas vērtībai, kas saistīta ar propellera nelīdzsvarotību.

Šo vibrāciju analīze liecina, ka pat pilnīga propellera nelīdzsvarotības radītās vibrācijas novēršana samazinās gaisa kuģa kopējo vibrāciju šajos režīmos ne vairāk kā 1,5 reizes.

2.6.3. Maksimālā kopējā vibrācija Vå YAK-52 tika konstatēts ātrgaitas režīmos, proti: (1 580 apgriezienu minūtē) un 94% (1 830 apgriezienu minūtē).

Šīs vibrācijas galvenais komponents izpaužas 2^nd motora kloķvārpstas rotācijas frekvences harmonikas Vk2 (ar frekvenci 4800 ciklu/min vai 5520 ciklu/min), kas attiecīgi sasniedz 12,5 mm/s un 15,8 mm/s.

Var pieņemt, ka šī komponente ir saistīta ar motora virzuļu grupas darbību (trieciena procesi, kas rodas, ja virzuļi viena kloķvārpstas apgrieziena laikā divreiz mainās).

Šīs komponentes straujo pieaugumu režīmos 82% (pirmais nominālais) un 94% (pacelšanās), visticamāk, izraisa nevis defekti virzuļu grupā, bet gan rezonanses svārstības dzinējā, kas nostiprinātas gaisa kuģa korpusā uz amortizatoriem.

Testu laikā, veicot amortizatoru regulēšanu, vibrācijas būtiski nemainījās.

Šo situāciju var uzskatīt par lidaparātu konstruktoru konstruktīvu kļūdu, kas radusies, izvēloties dzinēja montāžas sistēmu (balstiekārtu) lidaparāta korpusā.

2.6.4. Dati, kas iegūti balansēšanas un papildu vibrācijas testu laikā (sk. 2.5. iedaļā lidojumu testu rezultātus), ļauj secināt, ka periodiska vibrācijas uzraudzība var būt noderīga gaisa kuģa dzinēja tehniskā stāvokļa diagnostikas novērtēšanai.

Šādu procedūru var veikt, piemēram, izmantojot Balanset-1, kura programmatūra īsteno spektrālās vibrācijas analīzes funkciju.