Specialist șef V.D. Feldman

1. În loc de prefață

În urmă cu doi ani și jumătate, întreprinderea noastră a început producția în serie a dispozitivului "Balanset 1", conceput pentru echilibrarea mecanismelor rotative în propriile rulmenți.

Până în prezent, au fost produse mai mult de 180 de seturi, care sunt utilizate în mod eficient în diverse industrii, inclusiv producția și funcționarea ventilatoarelor, suflantelor, motoarelor electrice, axelor de mașini, pompelor, concasoarelor, separatoarelor, centrifugelor, cardanelor și arborelui cotit și a altor mecanisme.

Recent, întreprinderea noastră a primit un număr mare de solicitări din partea unor organizații și persoane fizice cu privire la posibilitatea de a utiliza echipamentul nostru pentru echilibrarea elicelor de aeronave și elicoptere în condiții de teren.

Din nefericire, specialiștii noștri, cu mulți ani de experiență în echilibrarea diferitelor mașini, nu se confruntaseră niciodată cu această problemă. Prin urmare, sfaturile și recomandările pe care le puteam oferi clienților noștri erau foarte generale și nu le permiteau întotdeauna să rezolve eficient problema în cauză.

Această situație a început să se îmbunătățească în această primăvară. Acest lucru s-a datorat poziției active a lui V.D. Chvokov, care a organizat și a participat activ alături de noi la lucrările de echilibrare a elicelor aeronavelor Yak-52 și Su-29, pe care le pilotează.

Fig. 1.1. Avioane Yak-52 pe aerodrom

Fig. 1.2. Avionul Su-29 în parcare

2. Rezultatele echilibrării elicei și ale studiului de vibrații al aeronavei acrobatice Yak-52

2.1. Introducere

În perioada mai - iulie 2014, s-au desfășurat lucrări de verificare a vibrațiilor aeronavei Yak-52 echipată cu motorul de aviație M-14P și de echilibrare a elicei sale cu două pale.

Echilibrarea a fost efectuată într-un singur plan cu ajutorul kitului de echilibrare "Balanset 1", cu numărul de serie 149.

Schema de măsurare utilizată în timpul echilibrării este prezentată în figura 2.1.

În timpul procesului de echilibrare, senzorul de vibrații (accelerometru) 1 a fost instalat pe capacul frontal al cutiei de viteze a motorului cu ajutorul unui magnet pe un suport special.

Senzorul laser de unghi de fază 2 a fost, de asemenea, instalat pe capacul cutiei de viteze și orientat către marcajul reflectorizant aplicat pe una dintre paletele elicei.

Semnalele analogice de la senzori au fost transmise prin cabluri la unitatea de măsurare a dispozitivului "Balanset 1", unde au fost preprocesate digital.

Apoi, aceste semnale în formă digitală au fost trimise la un computer, unde un software a procesat aceste semnale și a calculat masa și unghiul greutății de corecție necesare pentru a compensa dezechilibrul de pe elice.

2.2. În timpul executării acestei lucrări, au fost dobândite anumite competențe și a fost dezvoltată o tehnologie de echilibrare a elicelor de aeronave în condiții de teren cu ajutorul dispozitivului "Balanset 1", inclusiv:

• Determinarea locațiilor și a metodelor de instalare (fixare) a senzorilor de vibrații și de unghi de fază pe obiect;
• Determinarea frecvențelor de rezonanță ale mai multor elemente structurale ale aeronavei (suspensia motorului, paletele elicei);
• Identificarea frecvențelor de rotație a motorului (moduri de funcționare) care asigură un dezechilibru rezidual minim în timpul echilibrării;
• Stabilirea toleranțelor pentru dezechilibrul rezidual al elicei etc.

În plus, au fost obținute date interesante privind nivelurile de vibrații ale aeronavelor echipate cu motoare M-14P.

Mai jos sunt prezentate materialele raportului întocmit pe baza rezultatelor acestor lucrări.

În acestea, pe lângă rezultatele echilibrării, sunt furnizate date privind studiile de vibrații ale aeronavelor Yak-52 și Su-29 obținute în timpul testelor la sol și în zbor.

Aceste date pot fi de interes atât pentru piloții de aeronave, cât și pentru specialiștii implicați în întreținerea acestora.

Fig. 2.1. Schema de măsurare pentru echilibrarea elicei avionului Yak-52.

Zk - roata dințată principală a cutiei de viteze;

Zs - sateliți ai cutiei de viteze;

Zn - roata dințată staționară a cutiei de viteze.

În timpul executării acestei lucrări, ținând cont de experiența dobândită în echilibrarea elicelor aeronavelor Su-29 și Yak-52, au fost efectuate o serie de studii suplimentare, inclusiv:

• Determinarea frecvențelor naturale ale oscilațiilor motorului și ale elicei aeronavei Yak-52;
• Verificarea magnitudinii și a compoziției spectrale a vibrațiilor în cabina celui de-al doilea pilot în timpul zborului după echilibrarea elicei;
• Verificarea amplitudinii și a compoziției spectrale a vibrațiilor în cabina celui de-al doilea pilot în timpul zborului, după echilibrarea elicei și ajustarea forței de strângere a amortizoarelor motorului.

2.2. Rezultatele studiilor privind frecvențele naturale ale oscilațiilor motorului și ale elicei

Frecvențele naturale ale oscilațiilor motorului, montate pe amortizoarele din corpul aeronavei, au fost determinate cu ajutorul analizorului de spectru AD-3527 de la A&D (Japonia) prin excitarea prin impact a oscilațiilor motorului.

În spectrul de oscilații naturale ale suspensiei motorului aeronavei Yak-52, al cărui exemplu este prezentat în figura 2.2, au fost identificate patru frecvențe principale: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz.

Fig. 2.2. Spectrul frecvențelor naturale ale suspensiei motorului aeronavei Yak-52.

Frecvențele de 74 Hz, 94 Hz și 120 Hz sunt probabil legate de caracteristicile de montare (suspensie) a motorului pe corpul aeronavei.

Frecvența de 20 Hz este cel mai probabil asociată cu oscilațiile naturale ale aeronavei pe șasiu.

Frecvențele naturale ale paletelor elicei au fost, de asemenea, determinate folosind metoda de excitație prin impact.

În acest caz, au fost identificate patru frecvențe principale: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz și 134 Hz.

Datele privind frecvențele naturale ale elicei aeronavei Yak-52 și ale oscilațiilor motorului pot fi deosebit de importante atunci când se alege frecvența de rotație a elicei utilizată în timpul echilibrării. Principala condiție pentru selectarea acestei frecvențe este de a se asigura că aceasta este cât mai departe de frecvențele naturale ale elementelor structurale ale aeronavei.

În plus, cunoașterea frecvențelor naturale ale componentelor și părților individuale ale aeronavei poate fi utilă pentru identificarea cauzelor unei creșteri bruște (în caz de rezonanță) a anumitor componente ale spectrului de vibrații la diferite moduri de turație ale motorului.

2.3. Rezultatele echilibrării

După cum s-a menționat mai sus, echilibrarea elicei a fost efectuată într-un singur plan, ceea ce a dus la compensarea dinamică a dezechilibrului de forță al elicei.

Efectuarea echilibrării dinamice în două planuri, care ar permite compensarea atât a dezechilibrului de forță, cât și a dezechilibrului de moment al elicei, nu a fost fezabilă, deoarece designul elicei instalate pe aeronava Yak-52 permite formarea unui singur plan de corecție.

Echilibrarea elicei a fost efectuată la o frecvență de rotație de 1150 rpm (60%), la care a fost posibil să se obțină cele mai stabile rezultate ale măsurătorilor de vibrații în ceea ce privește amplitudinea și faza de la un început la altul.

Echilibrarea elicei a urmat schema clasică de "două curse".

În timpul primei curse, s-au determinat amplitudinea și faza vibrațiilor la frecvența de rotație a elicei în starea inițială.

În timpul celei de-a doua curse, s-au determinat amplitudinea și faza vibrațiilor la frecvența de rotație a elicei după instalarea unei mase de încercare de 7 g pe elice.

Pe baza acestor date, masa M = 19,5 g și unghiul de instalare a greutății de corecție F = 32° au fost calculate cu ajutorul unui software.

Din cauza caracteristicilor de proiectare ale elicei, care nu permit instalarea greutății de corecție la unghiul necesar, au fost instalate două greutăți echivalente pe elice:

• Greutatea M1 = 14 g la unghiul F1 = 0°;
• Greutatea M2 = 8,3 g la unghiul F2 = 60°.

După instalarea greutăților de corecție specificate pe elice, vibrația măsurată la o frecvență de rotație de 1150 rpm și asociată cu dezechilibrul elicei a scăzut de la 10,2 mm/sec în starea inițială la 4,2 mm/sec după echilibrare.

În acest caz, dezechilibrul real al elicei a scăzut de la 2340 g*mm la 963 g*mm.

2.4. Verificarea efectului rezultatelor echilibrării asupra nivelului de vibrații al aeronavei Yak-52 la sol la alte frecvențe de rotație a elicei

Rezultatele verificării vibrațiilor aeronavei Yak-52, efectuate la alte moduri de funcționare a motorului obținute în timpul testelor la sol, sunt prezentate în tabelul 2.1.

După cum se poate observa din tabel, echilibrarea efectuată a afectat pozitiv vibrațiile aeronavei Yak-52 în toate modurile sale de operare.

Tabelul 2.1.

№	Frecvența de rotație, %	Frecvența de rotație a elicei, rpm	Viteza de vibrație RMS, mm/sec
1	60	1153	4.2
2	65	1257	2.6
3	70	1345	2.1
4	82	1572	1.25

Rezultate suplimentare ale testelor de vibrații

2.5. Verificarea vibrațiilor aeronavei Yak-52 în aer la principalele moduri de zbor înainte și după reglarea tensiunii amortizorului de șocuri

În plus, în timpul testelor la sol, s-a identificat o reducere semnificativă a vibrațiilor aeronavei odată cu creșterea frecvenței de rotație a elicei.

Acest lucru poate fi explicat printr-un grad mai mare de dezacordare a frecvenței de rotație a elicei față de frecvența de oscilație naturală a aeronavei pe șasiu (probabil 20 Hz), care apare atunci când crește frecvența de rotație a elicei.

În plus față de testele de vibrații efectuate după echilibrarea elicei la sol (a se vedea secțiunea 2.3), au fost efectuate măsurători de vibrații ale aeronavei Yak-52 în zbor.

Vibrațiile în timpul zborului au fost măsurate în cabina celui de-al doilea pilot pe direcție verticală, utilizând un analizor de spectru de vibrații portabil, modelul AD-3527 de la A&D (Japonia), în intervalul de frecvență de la 5 la 200 (500) Hz.

Măsurătorile au fost efectuate la cinci moduri de turație a motorului principal, respectiv la 60%, 65%, 70% și 82% din frecvența maximă de rotație a acestuia.

Rezultatele măsurătorilor, efectuate înainte de reglarea amortizoarelor, sunt prezentate în tabelul 2.2.

Tabelul 2.2.

Componente ale spectrului de vibrații

№	Frecvența de rotație a elicei, %	Frecvența de rotație a elicei, rpm	Vв1 (Hz)	Amplitudine Vв1 (mm/sec)	Vн (Hz)	Amplitudine Vн (mm/sec)	Vк1 (Hz)	Amplitudine Vк1 (mm/sec)	Vв2 (Hz)	Amplitudine Vв2 (mm/sec)	Vк2 (Hz)	Amplitudine Vк2 (mm/sec)	Vв4 (Hz)	Amplitudine Vв4 (mm/sec)	Vк3 (Hz)	Amplitudine Vк3 (mm/sec)	Vв5 (Hz)	Amplitudine Vв5 (mm/sec)	V∑ (mm/sec)
1	60	1155	1155	4.4	1560	1.5	1755	1.0	2310	1.5	3510	4.0	4620	1.3	5265	0.7	5775	0.9	6.1
			1244	3.5	1680	1.2	1890	2.1	2488	1.2	3780	4.1	4976	0.4	5670	1.2
2	65	1244	1244	3.5	1680	1.2	1890	2.1	2488	1.2	3780	4.1	4976	0.4	5670	1.2			6.2
			1342	2.8	1860	0.4	2040	3.2	2684	0.4	4080	2.9	5369	2.3
3	70	1342	1342	2.8	1860	0.4	2040	3.2	2684	0.4	4080	2.9	5369	2.3				5.0
			1580	4.7	2160	2.9	2400	1.1	3160	0.4	4800	12.5
4	82	1580	1580	4.7	2160	2.9	2400	1.1	3160	0.4	4800	12.5						13.7
			1830	2.2	2484	3.4	2760	1.7	3660	2.8	5520	15.8	7320	3.7
5	94	1830	1830	2.2	2484	3.4	2760	1.7	3660	2.8	5520	15.8	7320	3.7				17.1

Ca exemplu, în figurile 2.3 și 2.4 sunt prezentate graficele spectrelor obținute la măsurarea vibrațiilor în cabina avionului Yak-52 la modurile 60% și 94% utilizate pentru completarea tabelului 2.2.

Fig. 2.3. Spectrul de vibrații în cabina aeronavei Yak-52 în modul 60%.

Fig. 2.4. Spectrul de vibrații în cabina aeronavei Yak-52 în modul 94%.

După cum se observă din tabelul 2.2, principalele componente ale vibrațiilor măsurate în cabina celui de-al doilea pilot apar la frecvențele de rotație a elicei V_в1 (evidențiat în galben), arborele cotit al motorului V_к1 (evidențiat în albastru), iar comanda compresorului de aer (și/sau senzorul de frecvență) V_н (evidențiate în verde), precum și la armonicele lor superioare V_в2, V_в4, V_в5, și V_к2, V_к3.

Vibrația maximă totală V_∑ a fost găsit la modurile de viteză de 82% (1580 rpm ale elicei) și 94% (1830 rpm).

Componenta principală a acestei vibrații apare la cea de-a doua armonică a frecvenței de rotație a arborelui cotit al motorului V_к2 și, respectiv, atinge valori de 12,5 mm/sec la o frecvență de 4800 cicluri/min și 15,8 mm/sec la o frecvență de 5520 cicluri/min.

Se poate presupune că această componentă este asociată cu funcționarea grupului de pistoane al motorului (procesele de impact care au loc în timpul mișcării duble a pistoanelor la fiecare rotație a arborelui cotit).

Creșterea bruscă a acestei componente la modurile 82% (prima nominală) și 94% (decolare) este cel mai probabil cauzată nu de defecte în grupul de pistoane, ci de oscilațiile rezonante ale motorului montat în corpul aeronavei pe amortizoare.

Această concluzie este confirmată de rezultatele experimentale discutate anterior privind verificarea frecvențelor naturale ale oscilațiilor suspensiei motorului, în spectrul cărora se află 74 Hz (4440 cicluri/min), 94 Hz (5640 cicluri/min) și 120 Hz (7200 cicluri/min).

Două dintre aceste frecvențe naturale, 74 Hz și 94 Hz, sunt apropiate de frecvențele armonice 2 ale rotației arborelui cotit, care apar la primele moduri nominale și de decolare ale motorului.

Din cauza vibrațiilor semnificative la cea de-a doua armonică a arborelui cotit, constatate în timpul încercărilor de vibrații la primele moduri nominale și de decolare ale motorului, s-a efectuat o verificare și o ajustare a forței de strângere a amortizoarelor de suspensie ale motorului.

Rezultatele comparative ale testelor obținute înainte și după reglarea amortizoarelor pentru frecvența de rotație a elicei (V_в1) și a doua armonică a frecvenței de rotație a arborelui cotit (V_к2) sunt prezentate în tabelul 2.3.

Tabelul 2.3.

№	Frecvența de rotație a elicei, %	Frecvența de rotație a elicei, rpm	Vв1 (Înainte)	Vв1 (După)	Vк2 (Înainte)	Vк2 (După)
1	60	1155 (1140)	1155 4.4	1140 3.3	3510 3.6	3480 3.0
2	65	1244 (1260)	1244 3.5	1260 3.5	3780 4.1	3840 4.3
3	70	1342 (1350)	1342 2.8	1350 3.3	4080 2.9	4080 1.2
4	82	1580 (1590)	1580 4.7	1590 4.2	4800 12.5	4830 16.7
5	94	1830 (1860)	1830 2.2	1860 2.7	5520 15.8	5640 15.2

După cum se observă din tabelul 2.3, reglarea amortizoarelor nu a condus la modificări semnificative ale principalelor componente de vibrații ale aeronavei.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că amplitudinea componentei spectrale asociate cu dezechilibrul elicei V_в1, detectată la modurile 82% și 94% (vezi tabelele 1.2 și 1.3), este de 3-7 ori mai mică decât amplitudinile V_к2, prezentă în aceste moduri.

În alte moduri de zbor, componenta V_в1 variază între 2,8 și 4,4 mm/sec.

În plus, după cum se observă din tabelele 2.2 și 2.3, modificările sale la trecerea de la un mod la altul sunt determinate în principal nu de calitatea echilibrării, ci de gradul de dezacordare a frecvenței de rotație a elicei față de frecvențele naturale ale diferitelor elemente structurale ale aeronavei.

2.6. Concluzii din rezultatele activității

2.6.1.

Echilibrarea elicei avionului Yak-52, efectuată la o frecvență de rotație a elicei de 1150 rpm (60%), a permis reducerea vibrațiilor elicei de la 10,2 mm/sec la 4,2 mm/sec.

Având în vedere experiența dobândită în timpul echilibrării elicelor aeronavelor Yak-52 și Su-29 cu ajutorul dispozitivului "Balanset-1", se poate presupune că există posibilitatea de a reduce în continuare nivelul de vibrații al elicei aeronavei Yak-52.

Acest lucru poate fi realizat, în special, prin selectarea unei frecvențe de rotație a elicei diferite (mai mari) în timpul echilibrării acesteia, permițând o mai mare dezacordare față de frecvența de oscilație naturală a aeronavei de 20 Hz (1200 de cicluri/min), identificată în timpul testelor.

2.6.2.

După cum arată rezultatele testelor de vibrații ale aeronavei Yak-52 în zbor, spectrele de vibrații ale acesteia (pe lângă componenta menționată mai sus care apare la frecvența de rotație a elicei) conțin alte câteva componente asociate cu funcționarea arborelui cotit, a grupului de pistoane al motorului, precum și cu acționarea compresorului de aer (și/sau a senzorului de frecvență).

Amplitudinile acestor vibrații la modurile 60%, 65% și 70% sunt comparabile cu amplitudinea vibrațiilor asociate cu dezechilibrul elicei.

O analiză a acestor vibrații arată că chiar și eliminarea completă a vibrațiilor cauzate de dezechilibrul elicei va reduce vibrațiile totale ale aeronavei în aceste moduri de zbor de cel mult 1,5 ori.

2.6.3.

Vibrația maximă totală V_∑ a aeronavei Yak-52 a fost constatată la modurile de viteză de 82% (1580 rpm ale elicei) și 94% (1830 rpm ale elicei).

Componenta principală a acestei vibrații apare la cea de-a doua armonică a frecvenței de rotație a arborelui cotit al motorului V_к2 (la frecvențe de 4800 cicluri/min sau 5520 cicluri/min), unde atinge valori de 12,5 mm/sec și, respectiv, 15,8 mm/sec.

Se poate presupune în mod rezonabil că această componentă este asociată cu funcționarea grupului de pistoane al motorului (procesele de impact care au loc în timpul mișcării duble a pistoanelor la fiecare rotație a arborelui cotit).

Creșterea bruscă a acestei componente la modurile 82% (prima nominală) și 94% (decolare) este cel mai probabil cauzată nu de defecte în grupul de pistoane, ci de oscilațiile rezonante ale motorului montat în corpul aeronavei pe amortizoare.

Reglarea amortizoarelor efectuată în timpul testelor nu a dus la modificări semnificative ale vibrațiilor.

Această situație poate fi considerată, probabil, ca o omisiune de proiectare a proiectanților de aeronave atunci când au ales sistemul de montare (suspensie) a motorului în corpul aeronavei.

2.6.4.

Datele obținute în timpul încercărilor de echilibrare și a încercărilor suplimentare de vibrații (a se vedea rezultatele încercărilor în zbor din secțiunea 2.5) permit să se concluzioneze că monitorizarea periodică a vibrațiilor poate fi utilă pentru evaluarea diagnosticului stării tehnice a motorului aeronavei.

O astfel de activitate poate fi efectuată, de exemplu, cu ajutorul dispozitivului "Balanset-1", în care este implementată funcția de analiză spectrală a vibrațiilor.

---

3. Rezultatele echilibrării elicei MTV-9-K-C/CL 260-27 și ale studiului de vibrații al avionului de acrobație Su-29

3.1. Introducere

La 15 iunie 2014, a avut loc echilibrarea elicei cu trei pale MTV-9-K-C/CL 260-27 a motorului de aviație M-14P al aeronavei acrobatice Su-29.

Potrivit producătorului, elicea a fost echilibrată static în prealabil, după cum demonstrează prezența unei greutăți de corecție în planul 1, instalată la fabrica de producție.

Echilibrarea elicei, instalată direct pe avionul Su-29, a fost efectuată cu ajutorul kitului de echilibrare a vibrațiilor "Balanset-1", cu numărul de serie 149.

Schema de măsurare utilizată în timpul echilibrării este prezentată în figura 3.1.

În timpul procesului de echilibrare, senzorul de vibrații (accelerometru) 1 a fost montat pe carcasa cutiei de viteze a motorului cu ajutorul unui magnet pe un suport special.

Senzorul laser de unghi de fază 2 a fost, de asemenea, montat pe carcasa cutiei de viteze și orientat spre marcajul reflectorizant aplicat pe una dintre paletele elicei.

Semnalele analogice de la senzori au fost transmise prin cabluri la unitatea de măsurare a dispozitivului "Balanset-1", unde au fost preprocesate digital.

Apoi, aceste semnale au fost trimise în format digital la un computer, unde a fost efectuată prelucrarea software a acestor semnale și au fost calculate masa și unghiul greutății de corecție necesare pentru a compensa dezechilibrul elicei.

Fig. 3.1. Schema de măsurare pentru echilibrarea elicei avionului Su-29.

Z_k - roata dințată principală a cutiei de viteze cu 75 de dinți;

Z_c - sateliți de transmisie în număr de 6 bucăți cu 18 dinți fiecare;

Z_n - roata dințată staționară a cutiei de viteze cu 39 de dinți.

Înainte de a efectua această lucrare, având în vedere experiența dobândită din echilibrarea elicei avionului Yak-52, au fost efectuate o serie de studii suplimentare, inclusiv:

• Determinarea frecvențelor naturale ale oscilațiilor motorului și ale elicei avionului Su-29;
• Verificarea magnitudinii și a compoziției spectrale a vibrației inițiale în cabina celui de-al doilea pilot înainte de echilibrare.

3.2. Rezultatele studiilor privind frecvențele naturale ale oscilațiilor motorului și ale elicei

Frecvențele naturale ale oscilațiilor motorului, montate pe amortizoarele din corpul aeronavei, au fost determinate cu ajutorul analizorului de spectru AD-3527 de la A&D (Japonia) prin excitarea prin impact a oscilațiilor motorului.

În spectrul oscilațiilor naturale ale suspensiei motorului (a se vedea figura 3.2), au fost identificate șase frecvențe principale: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz.

Dintre acestea, se presupune că frecvențele de 66 Hz, 88 Hz și 120 Hz sunt direct legate de caracteristicile de montare a motorului (suspensie) pe corpul aeronavei.

Frecvențele de 16 Hz și 22 Hz sunt cel mai probabil asociate cu oscilațiile naturale ale aeronavei pe șasiu.

Frecvența de 37 Hz este probabil legată de frecvența naturală a oscilațiilor paletelor de elice de avion.

Această ipoteză este confirmată de rezultatele verificării frecvențelor naturale ale oscilațiilor elicei, obținute tot prin metoda de excitație prin impact.

În spectrul oscilațiilor naturale ale palei de elice (a se vedea figura 3.3), au fost identificate trei frecvențe principale: 37 Hz, 100 Hz și 174 Hz.

Datele privind frecvențele naturale ale paletei elicei și oscilațiile motorului aeronavei Su-29 pot fi deosebit de importante atunci când se alege frecvența de rotație a elicei utilizată în timpul echilibrării. Principala condiție pentru selectarea acestei frecvențe este de a se asigura că aceasta este cât mai departe de frecvențele naturale ale elementelor structurale ale aeronavei.

În plus, cunoașterea frecvențelor naturale ale componentelor și părților individuale ale aeronavei poate fi utilă pentru identificarea cauzelor unei creșteri bruște (în caz de rezonanță) a anumitor componente ale spectrului de vibrații la diferite moduri de turație ale motorului.

3.3. Verificarea vibrațiilor în cabina celui de-al doilea pilot al aeronavei Su-29 la sol înainte de echilibrare

Vibrațiile inițiale ale aeronavei Su-29, identificate înainte de echilibrarea elicei, au fost măsurate în cabina celui de-al doilea pilot pe direcție verticală cu ajutorul unui analizor de spectru de vibrații portabil, modelul AD-3527 de la A&D (Japonia), în gama de frecvențe de la 5 la 200 Hz.

Măsurătorile au fost efectuate la patru moduri principale de turație a motorului, egale cu 60%, 65%, 70% și 82% din frecvența maximă de rotație a acestuia.

Rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul 3.1.

După cum se observă din tabelul 2.1, principalele componente ale vibrațiilor apar la frecvențele de rotație ale elicei V_в1, arborele cotit al motorului V_к1, iar comanda compresorului de aer (și/sau senzorul de frecvență) V_н, precum și la cea de-a doua armonică a arborelui cotit V_к2 și, eventual, a treia armonică (a palei) a elicei V_в3, a cărei frecvență este apropiată de cea de-a doua armonică a arborelui cotit.

Tabelul 3.1.

№	Frecvența de rotație a elicei, %	Frecvența de rotație a elicei, rpm	Vв1	Vн	Vк1	Vв3	Vк2	Vв4	Vк3	V?	V∑, mm/sec
1	60	1150 5.4	1560 2.6	1740 2.0	3450 –	3480 –	6120 2.8	–	–	–	8.0
2	65	1240 5.7	1700 2.4	1890 3.2	3780 –	–	–	–	–	–	10.6
3	70	1320 5.2	1860 3.0	2010 2.5	3960 –	4020 –	–	–	–	11.5
4	82	1580 3.2	2160 1.5	2400 3.0	4740 –	4800 8.5	–	–	–	9.7

În plus, în spectrul de vibrații la modul de viteză 60%, s-a găsit o componentă neidentificată cu spectrul calculat la o frecvență de 6 120 cicluri/min, care poate fi cauzată de rezonanța la o frecvență de aproximativ 100 Hz a unuia dintre elementele structurale ale aeronavei. Un astfel de element ar putea fi elicea, a cărei frecvență naturală este de 100 Hz.

Vibrația totală maximă a aeronavei V_∑, ajungând la 11,5 mm/sec, a fost constatat la modul de viteză 70%.

Componenta principală a vibrației totale în acest mod apare la a doua armonică (4020 cicluri/min) a frecvenței de rotație a arborelui cotit al motorului V_к2 și este egală cu 10,8 mm/sec.

Se poate presupune că această componentă este asociată cu funcționarea grupului de pistoane al motorului (procesele de impact care au loc în timpul mișcării duble a pistoanelor la fiecare rotație a arborelui cotit).

Creșterea bruscă a acestei componente la modul 70% se datorează probabil oscilațiilor rezonante ale unuia dintre elementele structurale ale aeronavei (suspensia motorului în corpul aeronavei) la o frecvență de 67 Hz (4020 cicluri/min).

Trebuie remarcat faptul că, pe lângă perturbațiile de impact asociate cu funcționarea grupului de pistoane, magnitudinea vibrațiilor în acest domeniu de frecvență poate fi influențată de forța aerodinamică care se manifestă la frecvența palei elicei (V_в3).

La modurile de viteză 65% și 82%, se observă o creștere notabilă a componentei V_к2 (V_в3), care poate fi explicată, de asemenea, prin oscilațiile rezonante ale componentelor individuale ale aeronavei.

Amplitudinea componentei spectrale asociate cu dezechilibrul elicei V_в1, identificat la principalele moduri de viteză înainte de echilibrare, a variat între 2,4 și 5,7 mm/sec, ceea ce este în general mai mic decât valoarea lui V_к2 la modurile corespunzătoare.

În plus, după cum se observă din tabelul 3.1, modificările sale la trecerea de la un mod la altul sunt determinate nu numai de calitatea echilibrării, ci și de gradul de dezacordare a frecvenței de rotație a elicei față de frecvențele naturale ale elementelor structurale ale aeronavei.

3.4. Rezultatele echilibrării

Echilibrarea elicei a fost efectuată într-un plan la o frecvență de rotație. Ca urmare a acestei echilibrări, dezechilibrul forței dinamice a elicei a fost compensat.

Protocolul de echilibrare este prezentat mai jos, în apendicele 1.

Echilibrarea a fost efectuată la o frecvență de rotație a elicei de 1350 rpm și a implicat două măsurători.

În timpul primei rulări, au fost determinate amplitudinea și faza vibrațiilor la frecvența de rotație a elicei în starea inițială.

În timpul celei de-a doua curse, s-au determinat amplitudinea și faza vibrației la frecvența de rotație a elicei după instalarea unei mase de probă cu greutate cunoscută pe elice.

Pe baza rezultatelor acestor măsurători, au fost determinate masa și unghiul de instalare a greutății de corecție în planul 1.

După instalarea valorii calculate a greutății de corecție pe elice, care a fost de 40,9 g, vibrația la acest mod de viteză a scăzut de la 6,7 mm/sec în starea inițială la 1,5 mm/sec după echilibrare.

Nivelul de vibrații asociate cu dezechilibrul elicei la alte moduri de viteză a scăzut, de asemenea, și a rămas în intervalul de 1 până la 2,5 mm/sec după echilibrare.

Verificarea efectului calității de echilibrare asupra nivelului de vibrații al aeronavei în zbor nu a fost efectuată din cauza deteriorării accidentale a acestei elice în timpul unuia dintre zborurile de antrenament.

Trebuie remarcat faptul că rezultatul obținut în timpul acestei echilibrări diferă semnificativ de rezultatul echilibrării din fabrică.

În special:

• Vibrațiile la frecvența de rotație a elicei după echilibrarea acesteia la locul de instalare permanentă (pe arborele de ieșire al cutiei de viteze a avionului Su-29) au fost reduse de peste 4 ori;
• Greutatea de corecție instalată în timpul procesului de echilibrare a fost deplasată cu aproximativ 130 de grade față de greutatea instalată la fabrica de producție.

Printre motivele posibile ale acestei situații se numără:

• Erorile sistemului de măsurare a standului de echilibrare al producătorului (puțin probabil);
• Erori geometrice ale locațiilor de montare a cuplajului de fus al mașinii de echilibrare a producătorului, care conduc la o deviație radială a elicei atunci când este instalată pe fus;
• Erori geometrice ale locațiilor de montare a cuplajului arborelui de ieșire al cutiei de viteze a aeronavei, care conduc la o deviație radială a elicei atunci când este instalată pe arborele cutiei de viteze.

3.5. Concluzii din rezultatele activității

3.5.1.

Echilibrarea elicei avionului Su-29, efectuată într-un singur plan la o frecvență de rotație a elicei de 1350 rpm (70%), a permis reducerea vibrațiilor elicei de la 6,7 mm/sec la 1,5 mm/sec.

Nivelul de vibrații asociate cu dezechilibrul elicei la alte moduri de viteză a scăzut, de asemenea, în mod semnificativ și a rămas în intervalul de 1 până la 2,5 mm/sec.

3.5.2.

Pentru a clarifica posibilele motive ale rezultatelor nesatisfăcătoare ale echilibrării efectuate la fabrica de producție, este necesar să se verifice rotunjirea radială a elicei pe arborele de ieșire al cutiei de viteze a motorului de avion.

---

Anexa 1

PROTOCOL DE ECHILIBRARE

elicea MTV-9-K-C/CL 260-27 a avionului de acrobație Su-29

1. Client: V.D. Chvokov

2. Locul de instalare a elicei: arborele de ieșire al cutiei de viteze a avionului Su-29

3. Tipul de elice: MTV-9-K-C/CL 260-27

4. Metoda de echilibrare: asamblat la fața locului (în rulmenți proprii), într-un singur plan

5. Frecvența de rotație a elicei în timpul echilibrării, rpm: 1350

6. Modelul, numărul de serie și producătorul dispozitivului de echilibrare: "Balanset-1", numărul de serie 149

7. Documente de reglementare utilizate în timpul echilibrării:

7.1. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Data bilanțului: 15.06.2014

9. Tabel recapitulativ al rezultatelor echilibrării:

№	Rezultatele măsurătorilor	Vibrație, mm/sec	Dezechilibru, g* mm
1	Înainte de echilibrare *)	6.7	6135
2	După echilibrare	1.5	1350
ISO 1940 Toleranță pentru clasa G 6.3			1500

*) Notă: Echilibrarea a fost efectuată cu greutatea de corecție instalată de producător rămasă pe elice.

10. Concluzie:

10.1. Nivelul de vibrații (dezechilibru rezidual) după echilibrarea elicei instalate pe arborele de ieșire al cutiei de viteze a avionului Su-29 (a se vedea p.9.2) a fost redus de peste 4 ori față de starea inițială (a se vedea p. 9.1).

10.2. Parametrii greutății de corecție (masa, unghiul de instalare) utilizați pentru a obține rezultatul de la pct. 10.1 diferă semnificativ de parametrii greutății de corecție instalate de producător (elice MT).

În special, în timpul echilibrării, pe elice a fost instalată o greutate corectivă suplimentară de 40,9 g, care a fost deplasată cu un unghi de 130° față de greutatea instalată de producător.

(Greutatea instalată de producător nu a fost îndepărtată de pe elice în timpul echilibrării suplimentare).

Printre motivele posibile ale acestei situații se numără:

• Erori în sistemul de măsurare al standului de echilibrare al producătorului;
• Erori geometrice în locațiile de montare a cuplajului cu ax al mașinii de echilibrare a producătorului, ceea ce duce la o deviație radială a elicei atunci când este instalată pe ax;
• Erori geometrice în locațiile de montare a cuplajului arborelui de ieșire al cutiei de viteze a aeronavei, care conduc la o deviație radială a elicei atunci când este instalată pe arborele cutiei de viteze.

Pentru a identifica cauza specifică care duce la un dezechilibru crescut al elicei atunci când este instalată pe arborele de ieșire al cutiei de viteze a avionului Su-29, este necesar să:

• Se verifică sistemul de măsurare și precizia geometrică a locațiilor de montare a axului mașinii de echilibrare utilizate pentru echilibrarea elicei MTV-9-K-C/CL 260-27 la producător;
• Se verifică rotunjirea radială a elicei instalate pe arborele de ieșire al cutiei de viteze a avionului Su-29.

Executor:

Specialist principal al SRL "Kinematics"

Feldman V.D.