Over het uitbalanceren van de propeller van het vliegtuig in de veldomgeving. Deel 2

1. D. Feldman

Hoofdtechnicus van OU Vibromera

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

Over het uitbalanceren van de propeller van het vliegtuig in de veldomgeving

 "De propeller is de bestuurder van het vliegtuig,

en om het in evenwicht te brengen kan alleen een striver"

3. De resultaten van het balanceren van de propeller MTV-9-K-C/CL 260-27 en het testen van trillingen van het aerobatic vliegtuig SU-29

3.1. Inleiding

Op 15 juni 2014 hebben we de driebladige propeller MTV-9-K-C/CL 260-27 van de M-14P-motor van de SU-29 gebalanceerd.

Volgens de fabrikant was de gespecificeerde propeller vooraf statisch gebalanceerd, zoals blijkt uit de propeller in het vlak 1 van het correctieve gewicht dat in de fabriek was ingesteld.

De propeller die rechtstreeks op de SU-29 was gemonteerd, werd gebalanceerd met behulp van de Balanset-1 vibratie-balanceerset, fabriek nr. 149.

Het meetschema dat gebruikt wordt bij het balanceren wordt getoond in Figuur 3.1.

Tijdens het balanceren kan de trillingssensor (versnellingsmeter) 1 werd met een magneet op een speciale beugel op het tandwielhuis van de motor gemonteerd.

De lasersensor voor de fasehoek 2 was ook op het tandwielhuis gemonteerd en werd geleid door een reflecterend label dat op een van de propellerbladen was aangebracht.

De analoge signalen van de sensoren werden via kabels doorgestuurd naar de meetunit van de Balanset-1, waar ze eerst digitaal werden verwerkt.

Verder werden deze signalen in digitale vorm doorgestuurd naar de computer, die ze verwerkte en de massa en installatiehoek van het correctiegewicht berekende die nodig waren om de onbalans op de propeller te compenseren.

Fig. 3.1 Meetschema voor het balanceren van de propeller van de SU-29

Zk - hoofdtandwiel met 75 tanden;

Zс - tandwielsatellieten in 6 stuks met 18 tanden;

Zn - vast tandwiel met 39 tanden.

In de loop van dit werk hebben we, rekening houdend met de ervaring met het balanceren van propellers van YAK-52, een aantal aanvullende onderzoeken uitgevoerd, waaronder:

• bepalen van natuurlijke frequenties van oscillaties van de motor en propeller van de SU-29;
• het onderzoeken van de waarde en spectrale samenstelling van de begintrilling in de cockpit van de copiloot vóór het balanceren;

3.2. De resultaten van studies naar de eigenfrequenties van de motor en propeller.

De natuurlijke frequenties van de motor gemonteerd op de dempers in de romp van het vliegtuig werden bepaald met de spectrum analyzer AD-3527, f. A @ D, (Japan), door schokopwekking van motortrillingen.

We hebben zes hoofdfrequenties bepaald, namelijk: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz (zie figuur 3.2.) in het spectrum van natuurlijke trillingen van de motorophanging.

Fig. 3.2 Het spectrum van de natuurlijke oscillatiefrequenties van de motorophanging van de SU-29

Frequenties van 66Hz, 88Hz en 120Hz zijn waarschijnlijk direct gerelateerd aan de montagekenmerken (ophanging) van de motor aan de romp van het vliegtuig.

Frequenties van 16Hz en 22Hz worden waarschijnlijk geassocieerd met de natuurlijke trillingen van het vliegtuig op het chassis.

De frequentie van 37 Hz is waarschijnlijk gerelateerd aan de natuurlijke oscillatiefrequentie van het propellerblad van het vliegtuig.

Deze laatste aanname wordt bevestigd door de resultaten van de controle van de natuurlijke oscillatiefrequenties van de propeller, ook verkregen met de schokopwekkingsmethode.

In het spectrum van de natuurlijke trillingen van het propellerblad (zie Fig. 3.3) ontdekten we drie hoofdfrequenties, namelijk: 37Hz, 100Hz en 174Hz.

Fig. 3.3 Het spectrum van natuurlijke oscillatiefrequenties van de propellerbladen van de SU-29

De gegevens over de natuurlijke oscillatiefrequenties van het propellerblad en de motor van de SU-29 kunnen vooral belangrijk zijn bij het kiezen van de rotatiesnelheid van de propeller die gebruikt wordt bij het balanceren. De belangrijkste voorwaarde voor het kiezen van deze frequentie is ervoor te zorgen dat deze zo veel mogelijk afwijkt van de natuurlijke oscillatiefrequenties van de structurele elementen van het vliegtuig.

Daarnaast kan kennis van de natuurlijke frequenties van oscillaties van individuele onderdelen en delen van het vliegtuig nuttig zijn om de redenen voor een sterke toename (in het geval van resonantie) van bepaalde componenten van het trillingsspectrum bij verschillende motortoerentallen te identificeren.

3.3. Trillingscontrole in de cockpit van de copiloot van de SU-29 op de grond vóór het balanceren

We hebben de initiële vibratie van de SU-29 gemeten, gedetecteerd vóór het balanceren van de propeller, in de cockpit van de co-piloot. in verticale richting met behulp van een draagbare trillingsspectrumanalysator AD-3527 f.A@D (Japan) binnen het frequentiebereik van 5 tot 200 Hz.

De metingen werden uitgevoerd bij vier toerentallen van de hoofdmotor gelijk aan 60%, 65%, 70% en 82% van het maximale toerental.

De resultaten staan in tabel 3.1.

Zoals we in tabel 2.1 kunnen zien, manifesteren de belangrijkste trillingscomponenten zich bij de draaisnelheden van de propeller Vv1, de krukas van de motor Vk1 en het aandrijftandwiel van de luchtcompressor (en/of frequentiesensor) Vn, evenals de 2^en harmonische van de krukas Vk2 en mogelijk de 3^rd (blad)propeller harmonische Vv3, die in frequentie dicht bij de tweede harmonische van de krukas ligt.

Tabel 3.1

Bovendien hebben we in het trillingsspectrum in de snelheidsmodus 60% een component gevonden die niet wordt geïdentificeerd met het berekende spectrum bij een frequentie van 6.120 cycli/min, wat kan worden veroorzaakt door een resonantie bij een frequentie van ongeveer 100 Hz van een van de structurele elementen van het vliegtuig. Zo'n element kan bijvoorbeeld een propeller zijn, met een natuurlijke frequentie van 100 Hz.

De maximale totale trilling van het vliegtuig Vå, die 11,5 mm/sec bereikte, werd gevonden in de snelheidsmodus 70%.

De hoofdcomponent van de totale trilling in deze modus manifesteert zich bij de 2^en harmonische (4.020 cycli/min) van de rotatiesnelheid Vk2 van de krukas van de motor en is gelijk aan 10,8 mm/s.

Er kan worden aangenomen dat deze component verband houdt met de werking van de zuigergroep van de motor (schokprocessen wanneer de zuigers twee keer worden verplaatst tijdens één omwenteling van de krukas).

De sterke toename van deze component in de 70%-modus is waarschijnlijk te wijten aan de resonante trillingen van een van de structurele elementen van het vliegtuig (motorophanging in de vliegtuigromp) met een frequentie van 67 Hz (4.020 cycli/min).

Opgemerkt moet worden dat naast de schokken die samenhangen met de werking van de zuigergroep, de trillingswaarde in de gegeven frequentie kan worden beïnvloed door de aerodynamische kracht, die zich manifesteert bij de bladfrequentie van de propeller (Vv3).

In hogesnelheidsmodi van 65% en 82% zien we ook een merkbare toename van de component Vk2 (Vv3), die kan worden verklaard door de resonante trillingen van individuele onderdelen van het vliegtuig.

De amplitude van de spectrale component die verband houdt met de onbalans van de propeller Vv1, onthuld door de belangrijkste snelheidsmodi vóór het balanceren, varieerde van 2,4 tot 5,7 mm/s, wat over het algemeen lager is dan de waarde van Vk2 in de overeenkomstige modi.

Bovendien, zoals we kunnen zien in tabel 3.1, worden de veranderingen tijdens de overgang van de ene modus naar de andere niet alleen bepaald door de kwaliteit van balanceren, maar ook door de mate van afstemming van de propellerrotatiefrequentie op de natuurlijke oscillatiefrequenties van de structuurelementen van het vliegtuig.

3.4. Balansresultaten.

De propeller werd gebalanceerd in hetzelfde vlak bij de rotatiefrequentie. Als gevolg van deze uitbalancering wordt de vermogensonevenwichtigheid van de propeller in de dynamica gecompenseerd.

Het balanceringsprotocol wordt hieronder gegeven in Bijlage 1.

Het balanceren werd uitgevoerd bij een propellerrotatiefrequentie van 1.350 tpm en voorzag in de implementatie van twee meetstarts.

Tijdens de eerste start bepaalden we de amplitude en fase van de trillingen bij de rotatiefrequentie van de propeller in de begintoestand.

Tijdens de tweede opstart bepaalden we de amplitude en fase van de trillingen bij de rotatiefrequentie van de propeller nadat we een testgewicht van de gespecificeerde massa op de propeller hadden bevestigd.

Op basis van de resultaten van deze metingen werden de massa en de installatiehoek van het correctiegewicht in vlak 1 bepaald.

Na het bevestigen van de berekende waarde van het correctiegewicht van 40,9 g op de propeller, nam de trilling in deze snelheidsmodus af van 6,7 mm/s in de begintoestand tot 1,5 mm/s na het balanceren.

Het trillingsniveau dat geassocieerd werd met de onbalans van de propeller in andere hogesnelheidsmodi daalde ook en na het balanceren lag het binnen het bereik van 1 tot 2,5 mm/s.

We hebben de invloed van de balanceerkwaliteit op het trillingsniveau van het vliegtuig tijdens de vlucht niet onderzocht vanwege de noodschade aan de propeller tijdens een van de trainingsvluchten.

Opgemerkt moet worden dat het resultaat dat verkregen wordt bij het uitvoeren van het gespecificeerde balanceren aanzienlijk verschilt van het resultaat van het balanceren in de fabriek.

In het bijzonder:

• Trillingen worden meer dan 4 keer verminderd bij de frequentie van de propellerrotatie nadat deze is gebalanceerd op een permanente installatieplaats (op de uitgaande as van het tandwiel van SU-29);
• Het correctiegewicht dat tijdens het balanceren wordt geplaatst, is ongeveer 130º verschoven ten opzichte van het gewicht dat in de fabriek is ingesteld.

Mogelijke redenen voor deze situatie kunnen zijn:

• fouten van het meetsysteem van de balanceerstand van de fabrikant (wat onwaarschijnlijk is);
• geometrische fouten van de spindelkoppelzittingen van de propeller balanceermachine, die resulteren in radiale uitloop van de propeller wanneer deze op de spindel wordt geïnstalleerd;
• geometrische fouten van de koppelingszittingen van de tandwielas van het vliegtuig, wat resulteert in een radiale uitloop van de propeller wanneer deze op de tandwielas wordt geïnstalleerd.

3.5. Conclusies over de resultaten van het werk

3.5.1. Het balanceren van de propeller van de SU-29, uitgevoerd in hetzelfde vlak bij een propellertoerental van 1350 tpm (70%), maakte het mogelijk om de propellertrilling te verminderen van 6,7 mm/s naar 1,5 mm/s.

Het trillingsniveau geassocieerd met de onbalans van de propeller in andere hogesnelheidsmodi nam ook significant af en varieerde van 1 tot 2,5 mm/s.

3.5.2. Om de mogelijke redenen voor onbevredigende balanceerresultaten in de fabriek op te helderen, is het noodzakelijk om de radiale uitloop op de aandrijfas van het vliegtuigmotortandwiel te controleren.

Bijlage 1

BALANCERINGSPROTOCOL

voor de propellers MTV-9-K-C/CL 260-27 van SU-29 aerobatic-vliegtuigen

1. Klant: V. D. Chvokov
2. Installatieplaats van de propeller: de aandrijfas van het tandwiel van SU-29
3. Type propeller: MTV-9-K-C/CL 260-27
4. Uitbalanceermethode: gemonteerd op de plaats van gebruik (in eigen lagers), in hetzelfde vlak
5. Schroefsnelheid tijdens balanceren, tpm: 1.350
6. Model, fabrieksnummer en fabrikant van het balanceerapparaat: Balancet-1, fabrieksnr. 149, OU Vibromer
7. Regelgevende documenten die worden gebruikt bij het balanceren:

7.1. GOST ISO 1940-1-2007 Trillingen. Kwaliteitseisen voor starre rotoren. Deel 1. Bepaling van toelaatbare onbalans.

7.2. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Datum van balancering: 15 juni 2014
9. Samenvattende tabel met balanceerresultaten:

*) Opmerking: Het balanceren werd uitgevoerd met behoud van het door de fabrikant ingestelde correctieve gewicht van de propeller.

10. Conclusie:

10.1. Het trillingsniveau (resterende onbalans) na het uitbalanceren van de propeller die op de aandrijfas van het tandwiel van SU-29 is geïnstalleerd (zie paragraaf 9.2) is meer dan 4 keer verminderd vergeleken met het oorspronkelijke niveau (zie paragraaf 9.1).

10.2. De parameters van het correctiegewicht (massa, installatiehoek) die worden gebruikt om het resultaat van clausule 10.1 te bereiken, verschillen aanzienlijk van de parameters van het correctiegewicht die in de fabriek zijn ingesteld (MT-propeller).

In het bijzonder plaatsten we tijdens het balanceren van de propeller een extra correctief gewicht van 40,9 g, dat werd verschoven ten opzichte van het gewicht dat was ingesteld in de fabriek, onder een hoek van 130º.

(Het gewicht in de fabriek niet verwijderd van de propeller tijdens het extra balanceren).

Mogelijke redenen voor deze situatie kunnen zijn:

• fouten van het meetsysteem van de balanceerstand van de fabriek;
• geometrische fouten van de koppelingszittingen van de spindel van de balanceermachine van de productiefabriek, die leiden tot radiale uitloop van de propeller wanneer deze op de spindel wordt geïnstalleerd;
• geometrische fouten van de koppelingszittingen van de aandrijfas van het vliegtuigtandwiel, wat leidt tot radiale uitloop van de propeller wanneer deze op de tandwielas wordt geïnstalleerd.

Het is noodzakelijk om de specifieke reden te identificeren die leidt tot de toegenomen onbalans van de propeller wanneer deze op de aandrijfas van de versnelling van de Su-29 wordt geïnstalleerd:

• om het meetsysteem en de geometrische nauwkeurigheid te controleren van de spindelzittingen van de balanceermachine die gebruikt wordt bij het balanceren van propeller MTV-9-K-C/CL 260-27 in de fabriek;
• om de radiale uitloop van de propeller op de aandrijfas van het tandwiel van SU-29 te controleren.

Uitvoerder:

Hoofdtechnicus van OU Vibromera

V. D. Feldman