Om balansering av flyets propell i feltmiljø. Del 2

1. D. Feldman

Sjefstekniker ved OU Vibromera

Del 1: https://vibromera.eu/example/on-balancing-the-propeller-of-the-aircraft-in-the-field-environment-part-1/

Om balansering av flyets propell i feltmiljøer

 "Propellen er flyets drivkraft,

og for å balansere det kan bare en striver"

3. Resultater av balansering av propellen MTV-9-K-C/CL 260-27 og vibrasjonstesting av kunstfly SU-29

3.1. Innledning

15. juni 2014 balanserte vi den trebladede propellen MTV-9-K-C/CL 260-27 til M-14P-motoren på SU-29 kunstfly.

Ifølge produsenten var den spesifiserte propellen forhåndsbalansert, noe som fremgår av propellen i plan 1 av den korrigerende vekten som ble satt på fabrikken.

Propellen som var montert direkte på SU-29, ble balansert ved hjelp av vibrasjonsbalanseringssettet Balanset-1, anlegg nr. 149.

Måleskjemaet som brukes i balanseringen er vist i figur 3.1.

Under balanseringsprosessen vil vibrasjonssensoren (akselerometeret) 1 ble montert på motorens girhus med en magnet på en spesialbrakett.

Lasersensoren for fasevinkelen 2 var også montert på girhuset og ble styrt av en reflekterende etikett på et av propellbladene.

De analoge signalene fra sensorene ble overført via kabler til måleenheten på Balanset-1, der de ble behandlet digitalt.

Videre ble disse signalene i digital form overført til datamaskinen, som behandlet dem og beregnet massen og installasjonsvinkelen til korreksjonsvekten som kreves for å kompensere for ubalansen på propellen.

Fig. 3.1 Måleskjema for balansering av propellen på SU-29

Zk - hovedgirhjul med 75 tenner;

Zс - girsatellitter i 6 deler med 18 tenner;

Zn - fast tannhjul med 39 tenner.

I løpet av dette arbeidet utførte vi en rekke tilleggsstudier, der vi tok hensyn til erfaringene med balansering av propellene til YAK-52:

• bestemmelse av egenfrekvenser for svingninger i motoren og propellen til SU-29;
• undersøke verdien og den spektrale sammensetningen av de første vibrasjonene i cockpiten til andrepiloten før balansering;

3.2. Resultater fra studier av motorens og propellens egenfrekvenser.

Egenfrekvensene til motoren som er montert på demperne i flykroppen, ble bestemt ved hjelp av spektrumanalysatoren AD-3527, f. A @ D, (Japan), ved hjelp av sjokkeksitasjon av motorsvingninger.

Vi bestemte seks hovedfrekvenser, nemlig: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz og 120 Hz (se figur 3.2) i spekteret av naturlige svingninger i motoropphenget.

Fig. 3.2 Spekteret av de naturlige svingningsfrekvensene til motoropphenget på SU-29.

Frekvenser på 66 Hz, 88 Hz og 120 Hz er sannsynligvis direkte relatert til motorens montering (oppheng) på flykroppen.

Frekvenser på 16 Hz og 22 Hz er mest sannsynlig forbundet med flyets naturlige svingninger på chassiset.

Frekvensen på 37 Hz er sannsynligvis relatert til den naturlige svingningsfrekvensen til propellbladet på flyet.

Sistnevnte antakelse bekreftes av resultatene fra kontrollen av propellens naturlige svingningsfrekvenser, som også er oppnådd ved hjelp av sjokkeksitasjonsmetoden.

I spekteret av propellbladets egensvingninger (se fig. 3.3) fant vi tre hovedfrekvenser, nemlig: 37 Hz, 100 Hz og 174 Hz.

Fig. 3.3 Spektrumet av egenfrekvenser for svingninger i propellbladene på SU-29.

Dataene om de naturlige svingningsfrekvensene til propellbladet og motoren på SU-29 kan være svært viktige når man skal velge rotasjonshastigheten til propellen som brukes i balanseringen. Hovedbetingelsen for å velge denne frekvensen er å sikre at den avviker mest mulig fra de naturlige svingningsfrekvensene til flyets strukturelle elementer.

I tillegg kan kunnskap om de naturlige svingningsfrekvensene til individuelle komponenter og deler av flyet være nyttig for å identifisere årsakene til en kraftig økning (i tilfelle resonans) av visse komponenter i vibrasjonsspekteret ved ulike motorhastigheter.

3.3. Vibrasjonssjekk i cockpiten til andrepiloten i SU-29 på bakken før balansering

Vi målte de første vibrasjonene i SU-29, som ble registrert før propellen ble balansert, i cockpiten til andrepiloten. i vertikal retning ved hjelp av en bærbar vibrasjonsspektrumanalysator AD-3527 f.A@D (Japan) innenfor frekvensområdet 5 til 200 Hz.

Målingene ble utført ved fire hovedmotorturtall på 60%, 65%, 70% og 82% av motorens maksimale turtall.

Resultatene vises i tabell 3.1.

Som vi ser av tabell 2.1, manifesterer de viktigste vibrasjonskomponentene seg ved rotasjonshastighetene til propellen Vv1, motorens veivaksel Vk1 og luftkompressorens drivgir (og/eller frekvenssensor) Vn, samt 2^nd veivakselens overharmoniske Vk2 og eventuelt den 3.^rd (blad)propellens harmoniske Vv3, som ligger nær veivakselens andre harmoniske i frekvens.

Tabell 3.1

I vibrasjonsspekteret i hastighetsmodus 60% fant vi i tillegg en komponent som ikke er identifisert med det beregnede spekteret ved en frekvens på 6 120 sykluser/min, noe som kan skyldes en resonans ved en frekvens på ca. 100 Hz i et av flyets strukturelle elementer. Et slikt element kan for eksempel være en propell med en egenfrekvens på 100 Hz.

Den maksimale totale vibrasjonen i flyet Vå, som nådde 11,5 mm/sek, ble målt i hastighetsmodus 70%.

Hovedkomponenten av den totale vibrasjonen i denne modusen manifesterer seg ved 2^nd harmonisk (4 020 sykluser/min) av motorens veivakselrotasjonshastighet Vk2 og er lik 10,8 mm/s.

Det kan antas at denne komponenten er knyttet til driften av motorens stempelgruppe (sjokkprosesser når stemplene omplasseres to ganger i løpet av en omdreining av veivakselen).

Den kraftige økningen av denne komponenten i 70%-modus skyldes sannsynligvis resonanssvingninger i et av flyets strukturelle elementer (motoropphenget i flykroppen) med en frekvens på 67 Hz (4 020 sykluser/min).

Det skal bemerkes at i tillegg til sjokkutslag knyttet til driften av stempelgruppen, kan verdien av vibrasjon i den gitte frekvensen påvirkes av den aerodynamiske kraften, som manifesterer seg ved propellens bladfrekvens (Vv3).

I høyhastighetsmodusene 65% og 82% observerer vi også en merkbar økning i komponenten Vk2 (Vv3), som kan forklares med resonanssvingningene til de enkelte komponentene i flyet.

Amplituden til spektralkomponenten som er knyttet til propellens ubalanse. Vv1, som ble avslørt av de viktigste hastighetsmodusene før balansering, varierte fra 2,4 til 5,7 mm/s, noe som generelt er lavere enn verdien av Vk2 i de tilsvarende modusene.

Som vi kan se av tabell 3.1, bestemmes endringene i overgangen fra en modus til en annen ikke bare av kvaliteten på balanseringen, men også av hvor mye propellens rotasjonsfrekvens avviker fra de naturlige svingningsfrekvensene til flyets strukturelle elementer.

3.4. Balanseringsresultater.

Propellen ble balansert i samme plan ved rotasjonsfrekvensen. Som et resultat av denne balanseringen kompenseres det for propellens effektubalanse i dynamikken.

Balanseringsprotokollen er gjengitt nedenfor i Vedlegg 1.

Balanseringen ble utført med en propellrotasjonsfrekvens på 1350 o/min, og det ble gjennomført to målestarter.

Under den første oppstarten bestemte vi amplituden og fasen til vibrasjonen ved propellens rotasjonsfrekvens i utgangstilstanden.

Under den andre oppstarten bestemte vi amplituden og fasen til vibrasjonen ved propellens rotasjonsfrekvens etter å ha festet en testvekt med spesifisert masse på propellen.

I henhold til resultatene av disse målingene ble massen og monteringsvinkelen til korreksjonsvekten i plan 1 bestemt.

Etter at den beregnede korreksjonsvekten på 40,9 g ble fastsatt på propellen, ble vibrasjonene i denne hastighetsmodusen redusert fra 6,7 mm/s i utgangstilstanden til 1,5 mm/s etter balanseringen.

Vibrasjonsnivået knyttet til propellens ubalanse i andre høyhastighetsmoduser falt også, og etter balansering var det innenfor området 1 til 2,5 mm/s.

Vi undersøkte ikke balanseringskvalitetens innvirkning på flyets vibrasjonsnivå under flyging på grunn av at propellen ble skadet i en nødsituasjon under en av treningsflygingene.

Det er verdt å merke seg at resultatet som oppnås ved å utføre den spesifiserte balanseringen, skiller seg betydelig fra resultatet av balanseringen på produksjonsanlegget.

I særdeleshet:

• vibrasjonene reduseres med mer enn 4 ganger ved propellens rotasjonsfrekvens etter at den er balansert på et permanent monteringssted (på utgangsakselen til SU-29-giret);
• Korreksjonsvekten, som plasseres under balanseringen, forskyves ca. 130º i forhold til vekten som er innstilt i produksjonsanlegget.

Mulige årsaker til denne situasjonen kan være:

• feil i målesystemet til produsentens balanseringsstativ (noe som er usannsynlig);
• geometriske feil i spindelkoblingssetene på propellbalanseringsmaskinen, noe som fører til at propellen får radial rundgang når den monteres på spindelen;
• geometriske feil i koblingssetene på flyets giraksel, noe som fører til at propellen får en radial avrunding når den monteres på girakselen.

3.5. Konklusjoner om resultatene av arbeidet

3.5.1. Balansering av propellen på SU-29, utført i samme plan med en propellhastighet på 1350 o/min (70%), gjorde det mulig å redusere propellvibrasjonene fra 6,7 mm/s til 1,5 mm/s.

Vibrasjonsnivået knyttet til propellens ubalanse i andre høyhastighetsmoduser ble også betydelig redusert og varierte fra 1 til 2,5 mm/s.

3.5.2. For å avklare mulige årsaker til utilfredsstillende balanseringsresultater på produksjonsanlegget, er det nødvendig å kontrollere den radielle avrundingen på drivakselen til flymotorens gir.

Vedlegg 1

BALANSERINGSPROTOKOLL

for propellene MTV-9-K-C/CL 260-27 til kunstflyet SU-29

1. Kunde: V. D. Chvokov
2. Installasjonssted for propellen: drivakselen til giret til SU-29
3. Propelltype: MTV-9-K-C/CL 260-27
4. Balanseringsmetode: montert på driftsstedet (i egne lagre), i samme plan
5. Propellhastighet under balansering, o/min: 1350
6. Modell, anleggsnummer og produsent av balanseringsenheten: Balancet-1, anlegg nr. 149, OU Vibromer
7. Forskriftsdokumenter som brukes i balanseringen:

7.1. GOST ISO 1940-1-2007 Vibrasjoner. Kvalitetskrav til balansering av stive rotorer. Del 1. Bestemmelse av tillatt ubalanse.

7.2. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Dato for balansering: 15. juni 2014
9. Oppsummeringstabell med balanseringsresultater:

*) Merk: Balanseringen ble utført med opprettholdelse av den korrigerende propellvekten som er angitt av produsenten.

10. Konklusjon:

10.1. Vibrasjonsnivået (gjenværende ubalanse) etter balansering av propellen som er montert på drivakselen til giret på SU-29 (se avsnitt 9.2), er redusert med mer enn 4 ganger sammenlignet med det opprinnelige nivået (se avsnitt 9.1).

10.2. Parametrene for korreksjonsvekten (masse, installasjonsvinkel) som brukes for å oppnå resultatet i punkt 10.1, er vesentlig forskjellige fra parametrene for korreksjonsvekten som er innstilt på produksjonsanlegget (MT-propeller).

Mens vi balanserte propellen, plasserte vi en ekstra korrigerende vekt på 40,9 g, som ble forskjøvet i en vinkel på 130º i forhold til vekten som ble satt på produksjonsanlegget.

(Vekten som plasseres på produksjonsanlegget ble ikke fjernet fra propellen under den ekstra balanseringen).

Mulige årsaker til denne situasjonen kan være:

• feil i målesystemet i produksjonsanleggets balanseringsstativ;
• geometriske feil i spindelkoblingssetene på balanseringsmaskinen i produksjonsanlegget, noe som fører til radial avrunding av propellen når den monteres på spindelen;
• geometriske feil i koblingssetene på drivakselen til flyets gir, noe som resulterer i radial avrunding av propellen når den monteres på girakselen.

For å identifisere den spesifikke årsaken som fører til den økte ubalansen i propellen når den installeres på drivakselen til giret på Su-29, er det nødvendig:

• å kontrollere målesystemet og den geometriske nøyaktigheten til spindelsetene på balanseringsmaskinen som brukes ved balansering av propell MTV-9-K-C/CL 260-27 ved produksjonsanlegget;
• for å kontrollere propellens radialutslag montert på drivakselen til giret på SU-29.

Eksekutor:

Sjefstekniker ved OU Vibromera

V. D. Feldman