Cu privire la echilibrarea elicei aeronavei în mediul de teren. Partea 2

1. D. Feldman

Tehnician șef al OU Vibromera

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

Cu privire la echilibrarea elicei aeronavei în mediul de teren

 "Elice este pilotul aeronavei,

și pentru a o echilibra poate doar un striver"

3. Rezultatele echilibrării elicei MTV-9-K-C/CL 260-27 și a testării vibrațiilor avionului de acrobație SU-29

3.1. Introducere

La 15 iunie 2014, am echilibrat elicea cu trei pale MTV-9-K-C/CL 260-27 a motorului M-14P al avionului acrobatic SU-29.

Potrivit producătorului, elicea specificată a fost echilibrată pre-static, după cum reiese din faptul că elicea din planul 1 a fost echilibrată cu greutatea de corecție stabilită la fabrica de producție.

Elicea montată direct pe SU-29 a fost echilibrată cu ajutorul setului de echilibrare a vibrațiilor Balanset-1, instalația nr. 149.

Schema de măsurare utilizată pentru echilibrare este prezentată în figura 3.1.

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

Senzorul laser pentru unghiul de fază 2 a fost, de asemenea, montat pe carcasa angrenajului și a fost ghidat de o etichetă reflectorizantă aplicată pe una dintre palele elicei.

Semnalele analogice de la senzori au fost transmise prin cabluri la unitatea de măsurare a Balanset-1, în care a fost efectuată prelucrarea digitală preliminară a acestora.

În continuare, aceste semnale în formă digitală au fost transmise la calculator, care le-a procesat și a calculat masa și unghiul de instalare a greutății de corecție necesare pentru a compensa dezechilibrul de pe elice.

Fig. 3.1 Schema de măsurare pentru echilibrarea elicei de echilibrare a SU-29

Zk - roată dințată principală cu 75 de dinți;

Zс - sateliți de angrenaj în număr de 6 bucăți cu 18 dinți;

Zn - roată dințată fixă cu 39 de dinți.

În cursul acestei lucrări, luând în considerare experiența în echilibrarea elicelor YAK-52, am efectuat o serie de studii suplimentare, inclusiv:

• determinarea frecvențelor naturale ale oscilațiilor motorului și ale elicei SU-29;
• examinarea valorii și a compoziției spectrale a vibrațiilor inițiale în cabina copilotului înainte de echilibrare;

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

Frecvențele naturale ale motorului montat pe amortizoarele din corpul aeronavei au fost determinate cu ajutorul analizorului de spectru AD-3527, f. A @ D, (Japonia), prin excitarea prin șoc a oscilațiilor motorului.

Am determinat șase frecvențe principale, și anume: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz (a se vedea figura 3.2.) în spectrul de oscilații naturale ale suspensiei motorului.

Fig. 3.2 Spectrul frecvențelor proprii de oscilație ale suspensiei motorului SU-29

Frecvențele de 66Hz, 88Hz și 120Hz sunt probabil legate direct de caracteristicile de montare (suspensie) a motorului 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 de oscilație a palei de elice a aeronavei.

Această ultimă ipoteză este confirmată de rezultatele verificării frecvențelor naturale de oscilație ale elicei, obținute tot prin metoda de excitație prin șoc.

În spectrul oscilațiilor naturale ale palei de elice (vezi Fig. 3.3), am detectat trei frecvențe principale, și anume: 37Hz, 100Hz și 174Hz.

Fig. 3.3 Spectrul frecvențelor proprii de oscilație a paletelor elicei SU-29

Datele privind frecvențele naturale de oscilație ale palei elicei și ale motorului SU-29 pot fi importante în primul rând pentru alegerea vitezei de rotație a elicei utilizate la echilibrare. Principala condiție pentru alegerea acestei frecvențe este de a se asigura un decalaj maxim posibil față de frecvențele naturale de oscilație ale elementelor structurale ale aeronavei.

În plus, cunoașterea frecvențelor naturale de oscilații ale componentelor și părților individuale ale aeronavei poate fi utilă pentru a identifica motivele unei creșteri bruște (în cazul rezonanței) a anumitor componente ale spectrului de vibrații la diferite turații ale motorului.

3.3. Verificarea vibrațiilor în cabina de pilotaj a copilotului SU-29 la sol înainte de echilibrare

Am măsurat vibrația inițială a SU-29, detectată înainte de echilibrarea elicei, în cabina copilotului. în direcția verticală utilizând un analizor de spectru de vibrații portabil AD-3527 f.A@D (Japonia) în intervalul de frecvență de la 5 la 200 Hz.

Măsurătorile au fost efectuate la patru turații ale motorului principal egale cu 60%, 65%, 70% și 82% din turația maximă a acestuia.

Rezultatele sunt prezentate în tabelul 3.1.

După cum se poate observa din tabelul 2.1, principalele componente ale vibrațiilor se manifestă la vitezele de rotație ale elicei Vv1, arborelui cotit al motorului Vk1 și a angrenajului de acționare a compresorului de aer (și/sau a senzorului de frecvență) Vn, precum și la 2^nd armonică a arborelui cotit Vk2 și, eventual, a celor 3^rd armonica Vv3 a elicei (cu palete), a cărei frecvență este apropiată de cea de-a doua armonică a arborelui cotit.

Tabelul 3.1

În plus, în spectrul de vibrații în modul de viteză 60%, am evidențiat o componentă neidentificată cu spectrul calculat la o frecvență de 6 120 de cicluri/min, care poate fi cauzată de o rezonanță la o frecvență de aproximativ 100 Hz a unuia dintre elementele structurale ale aeronavei. Un astfel de element, de exemplu, poate fi o elice, cu una dintre frecvențele proprii de 100 Hz.

Vibrația totală maximă a aeronavei Vå, care a atins 11,5 mm/sec, a fost detectată în modul de viteză 70%.

Componenta principală a vibrației totale în acest mod se manifestă la 2^nd armonică (4 020 cicluri/min) a vitezei de rotație a arborelui cotit al motorului Vk2 și este egală cu 10,8 mm/s.

Se poate presupune că această componentă este asociată cu funcționarea grupului de pistoane al motorului (procese de șoc atunci când pistoanele sunt repoziționate de două ori în timpul unei rotații a arborelui cotit).

Creșterea bruscă a acestei componente în 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 (4 020 cicluri/min).

Trebuie remarcat faptul că, pe lângă excitațiile de șoc asociate cu funcționarea grupului de pistoane, valoarea vibrației la o anumită frecvență poate fi influențată de forța aerodinamică, care se manifestă la frecvența palei elicei (Vv3).

În modurile de mare viteză de 65% și 82%, observăm, de asemenea, o creștere notabilă a componentei Vk2 (Vv3), care poate fi explicată prin oscilațiile rezonante ale componentelor individuale ale aeronavei.

Amplitudinea componentei spectrale asociate cu dezechilibrul elicei Vv1, relevată de principalele moduri de viteză înainte de echilibrare, a variat între 2,4 și 5,7 mm/s, care este în general mai mică decât valoarea de Vk2 în modurile corespunzătoare.

În plus, după cum se poate observa în tabelul 3.1, modificările sale în timpul tranziției 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 de oscilație ale elementelor structurale ale aeronavei.

3.4. Rezultatele echilibrării.

Elicea a fost echilibrată în același plan la frecvența de rotație. Ca urmare a acestei echilibrări, se asigură o compensare a dezechilibrului de putere al elicei în dinamică.

Protocolul de echilibrare este prezentat mai jos în Anexa 1.

Echilibrarea a fost efectuată la o frecvență de rotație a elicei de 1 350 rpm și a permis realizarea a două porniri de măsurare.

În timpul primei porniri, am determinat amplitudinea și faza de vibrație la frecvența de rotație a elicei în starea inițială.

În timpul celei de-a doua porniri, am determinat amplitudinea și faza de vibrație la frecvența de rotație a elicei după ce am fixat pe elice o greutate de încercare cu masa specificată.

În funcție de rezultatele acestor măsurători, au fost determinate masa și unghiul de instalare a greutății de corecție în planul 1.

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

Nivelul de vibrații asociate cu dezechilibrul elicei în alte moduri de mare viteză a scăzut, de asemenea, și după echilibrare a fost cuprins între 1 și 2,5 mm/s.

Nu am efectuat examinarea influenței calității de echilibrare asupra nivelului de vibrații ale aeronavei în zbor din cauza deteriorării de urgență a elicei în timpul unuia dintre zborurile de antrenament.

Trebuie remarcat faptul că rezultatul obținut la efectuarea echilibrării specificate diferă în mod semnificativ de rezultatul echilibrării la unitatea de producție.

În special:

• vibrațiile sunt reduse de peste 4 ori la frecvența de rotație a elicei după ce aceasta este echilibrată la un loc permanent de instalare (pe arborele de ieșire al angrenajului SU-29);
• greutatea de corecție, plasată în procesul de echilibrare, este deplasată în raport cu greutatea stabilită la fabrica de producție cu aproximativ 130º.

Motivele posibile pentru această situație pot fi:

• erori ale sistemului de măsurare al standului de echilibrare al producătorului (ceea ce este puțin probabil);
• erorile geometrice ale scaunelor de cuplare ale axului mașinii de echilibrare a elicei, care au ca rezultat o deviație radială a elicei atunci când aceasta este instalată pe ax;
• erorile geometrice ale scaunelor de cuplare ale arborelui de transmisie al aeronavei, ceea ce determină o deviație radială a elicei atunci când aceasta este instalată pe arborele de transmisie.

3.5. Concluzii privind rezultatele activității

3.5.1. Echilibrarea elicei de pe SU-29, efectuată în același plan la o turație a elicei de 1350 rpm (70%), a permis reducerea vibrațiilor elicei de la 6,7 mm/s la 1,5 mm/s.

Nivelul de vibrații asociate cu dezechilibrul elicei în alte moduri de mare viteză a scăzut, de asemenea, în mod semnificativ și a variat între 1 și 2,5 mm/s.

3.5.2. Pentru a clarifica posibilele motive pentru rezultatele nesatisfăcătoare ale echilibrării la fabrica de fabricație, este necesar să se verifice rotunjirea radială a acestuia pe arborele de transmisie al angrenajului motorului aeronavei.

Anexa 1

PROTOCOL DE ECHILIBRARE

pentru elicele MTV-9-K-C/CL 260-27 ale avionului de acrobație SU-29

1. Client: V. D. Chvokov
2. Locul de instalare a elicei: arborele de antrenare al angrenajului SU-29
3. Tipul de elice: MTV-9-K-C/CL 260-27
4. Metoda de echilibrare: asamblat la locul de funcționare (în rulmenți proprii), în același plan.
5. Viteza elicei în timpul echilibrării, rpm: 1,350
6. Modelul, numărul instalației și producătorul dispozitivului de echilibrare: Balancet-1, nr. de instalație 149, OU Vibromer.
7. Documente de reglementare utilizate în echilibrare:

7.1. GOST ISO 1940-1-2007 Vibrații. Cerințe de calitate a echilibrării pentru rotoare rigide. Partea 1. Determinarea dezechilibrului admisibil.

7.2. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Data echilibrării: 15 iunie 2014
9. Tabel recapitulativ al rezultatelor echilibrării:

*) Notă: Echilibrarea a fost efectuată cu menținerea greutății corective a elicei stabilite de producător.

10. Concluzie:

10.1. Nivelul de vibrații (dezechilibru rezidual) după echilibrarea elicei instalate pe arborele de antrenare al transmisiei SU-29 (a se vedea punctul 9.2) este redus de peste 4 ori față de cel inițial (a se vedea punctul 9.1).

10.2. Parametrii greutății de corecție (masa, unghiul de instalare) utilizați pentru a obține rezultatul de la punctul 10.1 sunt semnificativ diferiți de parametrii greutății de corecție stabiliți la uzina de fabricație (elice MT).

În special, în timpul echilibrării elicei, am plasat o greutate corectivă suplimentară de 40,9 g, care a fost deplasată față de greutatea stabilită la fabrica de producție, la un unghi de 130º.

(Greutatea plasată la unitatea de producție nu a fost eliminat din elice în timpul echilibrării suplimentare).

Motivele posibile pentru această situație pot fi:

• erorile sistemului de măsurare al standului de echilibrare din instalația de producție;
• erorile geometrice ale scaunelor de cuplare a axului mașinii de echilibrare a uzinei de producție, care au ca rezultat o deviație radială a elicei atunci când aceasta este instalată pe ax;
• erorile geometrice ale scaunelor de cuplare ale arborelui de transmisie al trenului de aterizare al aeronavei, care au ca rezultat o deviație radială a elicei atunci când aceasta este instalată pe arborele trenului de aterizare.

Pentru a identifica motivul specific care duce la dezechilibrul crescut al elicei atunci când se instalează pe arborele de acționare al angrenajului lui Su-29, este necesar:

• pentru a verifica sistemul de măsurare și precizia geometrică a scaunelor axului mașinii de echilibrat utilizate la echilibrarea elicei MTV-9-K-C/CL 260-27 la uzina de producție;
• pentru a verifica rotunjirea radială a elicei instalate pe arborele de antrenare al angrenajului SU-29.

Executor:

Tehnician șef al OU Vibromera

V. D. Feldman