Hlavný odborník V.D. Feldman

1. Namiesto predslovu

Pred dva a pol rokom začal náš podnik sériovú výrobu zariadenia "Balanset 1" určeného na vyvažovanie rotačných mechanizmov vo vlastných ložiskách.

Doteraz bolo vyrobených viac ako 180 súprav, ktoré sa efektívne používajú v rôznych priemyselných odvetviach vrátane výroby a prevádzky ventilátorov, dúchadiel, elektromotorov, vretien strojov, čerpadiel, drvičov, separátorov, odstrediviek, kardanových a kľukových hriadeľov a iných mechanizmov.

V poslednom čase náš podnik dostal veľké množstvo otázok od organizácií a jednotlivcov týkajúcich sa možnosti použitia nášho zariadenia na vyvažovanie vrtúľ lietadiel a vrtuľníkov v poľných podmienkach.

Žiaľ, naši odborníci s dlhoročnými skúsenosťami s vyvažovaním rôznych strojov sa týmto problémom nikdy predtým nezaoberali. Preto rady a odporúčania, ktoré sme mohli poskytnúť našim zákazníkom, boli veľmi všeobecné a nie vždy im umožnili efektívne vyriešiť daný problém.

Táto situácia sa začala zlepšovať na jar tohto roku. Bolo to vďaka aktívnemu postoju V. D. Chvokova, ktorý organizoval a aktívne sa s nami podieľal na prácach na vyvažovaní vrtúľ lietadiel Jak-52 a Su-29, ktoré pilotuje.

Obr. 1.1. Lietadlo Jak-52 na letisku

Obr. 1.2. Lietadlo Su-29 na parkovisku

2. Výsledky vyvažovania vrtule a vibračného prieskumu akrobatického lietadla Jak-52

2.1. Úvod

V máji až júli 2014 sa uskutočnili práce na vibračnom prieskume lietadla Jak-52 vybaveného leteckým motorom M-14P a na vyvažovaní jeho dvojlistej vrtule.

Vyvažovanie sa vykonalo v jednej rovine pomocou vyvažovacej súpravy "Balanset 1", sériové číslo 149.

Schéma merania použitá pri vyvažovaní je znázornená na obr. 2.1.

Počas procesu vyvažovania bol snímač vibrácií (akcelerometer) 1 nainštalovaný na predný kryt prevodovky motora pomocou magnetu na špeciálnom držiaku.

Laserový snímač fázového uhla 2 bol tiež nainštalovaný na kryte prevodovky a orientovaný na odrazovú značku umiestnenú na jednej z lopatiek vrtule.

Analógové signály zo snímačov sa prenášali pomocou káblov do meracej jednotky zariadenia "Balanset 1", kde sa vopred digitálne spracovali.

Potom sa tieto signály v digitálnej forme odoslali do počítača, kde softvér spracoval tieto signály a vypočítal hmotnosť a uhol korekčného závažia potrebného na vyrovnanie nerovnováhy vrtule.

2.2. Počas realizácie tejto práce sa získali určité zručnosti a vyvinula sa technológia vyvažovania leteckých vrtúľ v poľných podmienkach pomocou zariadenia "Balanset 1", vrátane:

• Určenie miest a spôsobov inštalácie (pripevnenia) snímačov vibrácií a fázového uhla na objekte;
• Určenie rezonančných frekvencií niekoľkých konštrukčných prvkov lietadla (zavesenie motora, listy vrtule);
• Určenie frekvencií otáčania motora (prevádzkových režimov), ktoré zabezpečia minimálnu zostatkovú nevyváženosť počas vyvažovania;
• Stanovenie tolerancií pre zostatkovú nevyváženosť vrtule atď.

Okrem toho sa získali zaujímavé údaje o úrovniach vibrácií lietadiel vybavených motormi M-14P.

Nižšie sú uvedené materiály správy zostavené na základe výsledkov týchto prác.

Okrem výsledkov vyvažovania sa v nich uvádzajú aj údaje o vibračných skúškach lietadiel Jak-52 a Su-29 získané počas pozemných a letových skúšok.

Tieto údaje môžu byť zaujímavé tak pre pilotov lietadiel, ako aj pre odborníkov, ktorí sa podieľajú na ich údržbe.

Obr. 2.1. Schéma merania na vyvažovanie vrtule lietadla Jak-52.

Zk - hlavné ozubené koleso prevodovky;

Zs - satelity prevodovky;

Zn - stacionárne ozubené koleso prevodovky.

Počas vykonávania týchto prác sa s prihliadnutím na skúsenosti získané pri vyvažovaní vrtúľ lietadiel Su-29 a Jak-52 vykonalo niekoľko ďalších štúdií vrátane:

• Určenie vlastných frekvencií kmitania motora a vrtule lietadla Jak-52;
• Kontrola veľkosti a spektrálneho zloženia vibrácií v kabíne druhého pilota počas letu po vyvážení vrtule;
• Kontrola veľkosti a spektrálneho zloženia vibrácií v kabíne druhého pilota počas letu po vyvažovaní vrtule a nastavenie sily utiahnutia tlmičov nárazov motora.

2.2. Výsledky štúdií vlastných frekvencií kmitania motora a vrtule

Vlastné frekvencie kmitov motora, namontovaného na tlmičoch nárazov v telese lietadla, sa určili pomocou spektrálneho analyzátora AD-3527 od spoločnosti A&D (Japonsko) prostredníctvom nárazového budenia kmitov motora.

V spektre vlastných kmitov zavesenia motora lietadla Jak-52, ktorého príklad je uvedený na obr. 2.2, boli identifikované štyri hlavné frekvencie: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz.

Obr. 2.2. Spektrum vlastných frekvencií zavesenia motora lietadla Jak-52.

Frekvencie 74 Hz, 94 Hz a 120 Hz pravdepodobne súvisia s vlastnosťami upevnenia (zavesenia) motora k telu lietadla.

Frekvencia 20 Hz pravdepodobne súvisí s vlastným kmitaním lietadla na podvozku.

Vlastné frekvencie lopatiek vrtule sa určili aj pomocou metódy rázového budenia.

V tomto prípade boli identifikované štyri hlavné frekvencie: Hz, 80 Hz, 104 Hz a 134 Hz.

Údaje o vlastných frekvenciách vrtule lietadla Jak-52 a kmitania motora môžu byť dôležité najmä pri výbere frekvencie otáčania vrtule použitej počas vyvažovania. Hlavnou podmienkou výberu tejto frekvencie je zabezpečenie jej maximálneho možného odklonu od vlastných frekvencií konštrukčných prvkov lietadla.

Okrem toho môže byť znalosť vlastných frekvencií jednotlivých komponentov a častí lietadla užitočná na identifikáciu príčin prudkého nárastu (v prípade rezonancie) určitých zložiek vibračného spektra pri rôznych režimoch otáčok motora.

2.3. Výsledky vyvažovania

Ako bolo uvedené vyššie, vyvažovanie vrtule sa vykonávalo v jednej rovine, čo viedlo k dynamickej kompenzácii silovej nerovnováhy vrtule.

Vykonanie dynamického vyvažovania v dvoch rovinách, ktoré by umožnilo kompenzovať silovú aj momentovú nevyváženosť vrtule, nebolo možné, pretože konštrukcia vrtule inštalovanej na lietadle Jak-52 umožňuje vytvorenie len jednej korekčnej roviny.

Vyvažovanie vrtule sa vykonávalo pri frekvencii otáčok 1150 ot/min (60%), pri ktorej bolo možné získať najstabilnejšie výsledky merania vibrácií z hľadiska amplitúdy a fázy od začiatku do konca.

Vyváženie vrtule prebiehalo podľa klasickej schémy "dvoch behov".

Počas prvého spustenia sa určila amplitúda a fáza vibrácií pri frekvencii otáčania vrtule v jej počiatočnom stave.

Počas druhej skúšky sa určila amplitúda a fáza vibrácií pri frekvencii otáčania vrtule po inštalácii skúšobnej hmotnosti 7 g na vrtuľu.

Na základe týchto údajov sa pomocou softvéru vypočítala hmotnosť M = 19,5 g a uhol inštalácie korekčného závažia F = 32°.

Vzhľadom na konštrukčné vlastnosti vrtule, ktoré neumožňujú inštaláciu korekčného závažia pod požadovaným uhlom, boli na vrtuľu nainštalované dve ekvivalentné závažia:

• Hmotnosť M1 = 14 g pri uhle F1 = 0°;
• Hmotnosť M2 = 8,3 g pri uhle F2 = 60°.

Po inštalácii určených korekčných závaží na vrtuľu sa vibrácie merané pri frekvencii otáčania 1150 ot/min a spojené s nevyváženosťou vrtule znížili z 10,2 mm/s v počiatočnom stave na 4,2 mm/s po vyvážení.

V tomto prípade sa skutočná nevyváženosť vrtule znížila z 2340 g*mm na 963 g*mm.

2.4. Kontrola vplyvu výsledkov vyvažovania na úroveň vibrácií lietadla Jak-52 na zemi pri iných frekvenciách otáčania vrtule

Výsledky kontroly vibrácií lietadla Yak-52 vykonanej pri iných prevádzkových režimoch motora získaných počas pozemných skúšok sú uvedené v tabuľke 2.1.

Ako vidieť z tabuľky, vykonané vyvažovanie pozitívne ovplyvnilo vibrácie lietadla Jak-52 vo všetkých jeho prevádzkových režimoch.

Tabuľka 2.1.

№	Frekvencia otáčania, %	Frekvencia otáčania vrtule, ot/min	RMS rýchlosť vibrácií, mm/s
1	60	1153	4.2
2	65	1257	2.6
3	70	1345	2.1
4	82	1572	1.25

Ďalšie výsledky vibračných testov

2.5. Kontrola vibrácií lietadla Jak-52 vo vzduchu pri hlavných režimoch letu pred a po úprave napätia tlmičov

Okrem toho sa počas pozemných testov zistilo výrazné zníženie vibrácií lietadla pri zvýšení frekvencie otáčania vrtule.

Možno to vysvetliť väčším odklonom frekvencie otáčania vrtule od vlastnej frekvencie kmitania lietadla na podvozku (pravdepodobne 20 Hz), ku ktorému dochádza pri zvýšení frekvencie otáčania vrtule.

Okrem vibračných testov vykonaných po vyvažovaní vrtule na zemi (pozri časť 2.3) sa vykonali aj merania vibrácií lietadla Jak-52 za letu.

Vibrácie počas letu sa merali v kabíne druhého pilota vo vertikálnom smere pomocou prenosného analyzátora vibračného spektra model AD-3527 od spoločnosti A&D (Japonsko) vo frekvenčnom rozsahu od 5 do 200 (500) Hz.

Merania sa uskutočnili pri piatich režimoch otáčok hlavného motora, ktoré sa rovnali 60%, 65%, 70% a 82% jeho maximálnej frekvencie otáčania.

Výsledky meraní vykonaných pred nastavením tlmičov sú uvedené v tabuľke 2.2.

Tabuľka 2.2.

Komponenty vibračného spektra

№	Frekvencia otáčania vrtule, %	Frekvencia otáčania vrtule, ot/min	Vв1 (Hz)	Amplitúda Vв1 (mm/s)	Vн (Hz)	Amplitúda Vн (mm/s)	Vк1 (Hz)	Amplitúda Vк1 (mm/s)	Vв2 (Hz)	Amplitúda Vв2 (mm/s)	Vк2 (Hz)	Amplitúda Vк2 (mm/s)	Vв4 (Hz)	Amplitúda Vв4 (mm/s)	Vк3 (Hz)	Amplitúda Vк3 (mm/s)	Vв5 (Hz)	Amplitúda Vв5 (mm/s)	V∑ (mm/s)
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

Na obrázkoch 2.3 a 2.4 sú ako príklad uvedené grafy spektier získané pri meraní vibrácií v kabíne lietadla Jak-52 pri režimoch 60% a 94%, ktoré sa použili na vyplnenie tabuľky 2.2.

Obr. 2.3. Vibračné spektrum v kabíne lietadla Jak-52 v režime 60%.

Obr. 2.4. Vibračné spektrum v kabíne lietadla Jak-52 v režime 94%.

Ako vyplýva z tabuľky 2.2, hlavné zložky vibrácií namerané v kabíne druhého pilota sa objavujú pri frekvenciách otáčania vrtule V_в1 (zvýraznené žltou farbou), kľukový hriadeľ motora V_к1 (zvýraznené modrou farbou) a pohon vzduchového kompresora (a/alebo snímač frekvencie) V_н (zvýraznené zelenou farbou), ako aj pri ich vyšších harmonických V_в2, V_в4, V_в5a V_к2, V_к3.

Maximálne celkové vibrácie V_∑ bola zistená pri režimoch otáčok 82% (1580 ot./min. vrtule) a 94% (1830 ot./min.).

Hlavná zložka týchto vibrácií sa objavuje pri 2. harmonickej frekvencie otáčania kľukového hriadeľa motora V_к2 a dosahuje hodnoty 12,5 mm/s pri frekvencii 4800 cyklov/min a 15,8 mm/s pri frekvencii 5520 cyklov/min.

Možno predpokladať, že táto zložka súvisí s činnosťou piestnej skupiny motora (nárazové procesy, ku ktorým dochádza počas dvojitého pohybu piestov na jednu otáčku kľukového hriadeľa).

Prudký nárast tejto zložky pri režimoch 82% (prvý nominálny) a 94% (vzlet) pravdepodobne nie je spôsobený chybami v piestnej skupine, ale rezonančnými kmitmi motora namontovaného v tele lietadla na tlmičoch.

Tento záver potvrdzujú aj skôr uvedené experimentálne výsledky kontroly vlastných frekvencií kmitania zavesenia motora, v ktorých spektre sa nachádzajú frekvencie 74 Hz (4440 cyklov/min), 94 Hz (5640 cyklov/min) a 120 Hz (7200 cyklov/min).

Dve z týchto vlastných frekvencií, 74 Hz a 94 Hz, sú blízke 2. harmonickým frekvenciám otáčania kľukového hriadeľa, ktoré sa vyskytujú pri prvom menovitom a vzletovom režime motora.

Vzhľadom na výrazné vibrácie na 2. harmonickej kľukového hriadeľa zistené počas vibračných skúšok pri prvom menovitom a vzletovom režime motora sa vykonala kontrola a nastavenie uťahovacej sily tlmičov pruženia motora.

Výsledky porovnávacích skúšok získané pred a po nastavení tlmičov nárazov pre frekvenciu otáčania vrtule (V_в1) a 2. harmonická frekvencie otáčania kľukového hriadeľa (V_к2) sú uvedené v tabuľke 2.3.

Tabuľka 2.3.

№	Frekvencia otáčania vrtule, %	Frekvencia otáčania vrtule, ot/min	Vв1 (Pred)	Vв1 (Po)	Vк2 (Pred)	Vк2 (Po)
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

Ako je vidieť z tabuľky 2.3, nastavenie tlmičov nárazov neviedlo k významným zmenám hlavných zložiek vibrácií lietadla.

Treba tiež poznamenať, že amplitúda spektrálnej zložky spojenej s nevyváženosťou vrtule V_в1zistené pri módoch 82% a 94% (pozri tabuľky 1.2 a 1.3), sú 3-7-krát nižšie ako amplitúdy V_к2, prítomné v týchto režimoch.

Pri ostatných režimoch letu je zložka V_в1 sa pohybuje od 2,8 do 4,4 mm/s.

Okrem toho, ako je vidieť z tabuliek 2.2 a 2.3, jej zmeny pri prechode z jedného režimu do druhého nie sú určené najmä kvalitou vyváženia, ale stupňom odklonu frekvencie otáčania vrtule od vlastných frekvencií rôznych konštrukčných prvkov lietadla.

2.6. Závery z výsledkov práce

2.6.1.

Vyváženie vrtule lietadla Jak-52 pri frekvencii otáčania vrtule 1150 ot/min (60%) umožnilo znížiť vibrácie vrtule z 10,2 mm/s na 4,2 mm/s.

Vzhľadom na skúsenosti získané pri vyvažovaní vrtúľ lietadiel Jak-52 a Su-29 pomocou zariadenia "Balanset-1" možno predpokladať, že existuje možnosť ďalšieho zníženia úrovne vibrácií vrtule lietadla Jak-52.

To sa dá dosiahnuť najmä výberom inej (vyššej) frekvencie otáčania vrtule pri jej vyvažovaní, čo umožní väčšie odklonenie od vlastnej frekvencie kmitania lietadla 20 Hz (1200 cyklov/min), zistenej počas testov.

2.6.2.

Ako ukázali výsledky vibračných skúšok lietadla Jak-52 za letu, jeho vibračné spektrá (okrem vyššie uvedenej zložky vyskytujúcej sa pri frekvencii otáčania vrtule) obsahujú niekoľko ďalších zložiek súvisiacich s činnosťou kľukového hriadeľa, skupiny piestov motora, ako aj pohonu vzduchového kompresora (a/alebo snímača frekvencie).

Veľkosť týchto vibrácií v režimoch 60%, 65% a 70% je porovnateľná s veľkosťou vibrácií spojených s nevyváženosťou vrtule.

Analýza týchto vibrácií ukazuje, že aj úplné odstránenie vibrácií spôsobených nevyváženosťou vrtule zníži celkové vibrácie lietadla v týchto režimoch najviac 1,5-krát.

2.6.3.

Maximálne celkové vibrácie V_∑ lietadla Jak-52 bola zistená pri rýchlostných režimoch 82% (1580 ot/min vrtule) a 94% (1830 ot/min vrtule).

Hlavná zložka týchto vibrácií sa objavuje pri 2. harmonickej frekvencie otáčania kľukového hriadeľa motora V_к2 (pri frekvenciách 4800 cyklov/min alebo 5520 cyklov/min), kde dosahuje hodnoty 12,5 mm/s, resp. 15,8 mm/s.

Možno odôvodnene predpokladať, že táto zložka súvisí s činnosťou piestnej skupiny motora (nárazové procesy, ku ktorým dochádza pri dvojitom pohybe piestov za jednu otáčku kľukového hriadeľa).

Prudký nárast tejto zložky pri režimoch 82% (prvý nominálny) a 94% (vzlet) pravdepodobne nie je spôsobený chybami v piestnej skupine, ale rezonančnými kmitmi motora namontovaného v tele lietadla na tlmičoch.

Nastavenie tlmičov vykonané počas testov neviedlo k výrazným zmenám vibrácií.

Túto situáciu možno pravdepodobne považovať za konštrukčné nedopatrenie konštruktérov lietadla pri výbere systému uchytenia (zavesenia) motora v tele lietadla.

2.6.4.

Údaje získané počas vyvažovania a dodatočných vibračných skúšok (pozri výsledky letových skúšok v časti 2.5) umožňujú konštatovať, že pravidelné monitorovanie vibrácií môže byť užitočné na diagnostické hodnotenie technického stavu motora lietadla.

Takúto prácu možno vykonávať napríklad pomocou zariadenia "Balanset-1", v ktorého softvéri je implementovaná funkcia spektrálnej analýzy vibrácií.

---

3. Výsledky vyvažovania vrtule MTV-9-K-C/CL 260-27 a prieskumu vibrácií akrobatického lietadla Su-29

3.1. Úvod

15. júna 2014 sa uskutočnilo vyváženie trojlistej vrtule MTV-9-K-C/CL 260-27 leteckého motora M-14P akrobatického lietadla Su-29.

Podľa výrobcu bola vrtuľa predbežne staticky vyvážená, o čom svedčí prítomnosť korekčného závažia v rovine 1, ktoré bolo nainštalované vo výrobnom závode.

Vyváženie vrtule, ktorá bola priamo namontovaná na lietadle Su-29, sa vykonalo pomocou súpravy na vyvažovanie vibrácií "Balanset-1", sériové číslo 149.

Schéma merania použitá pri vyvažovaní je znázornená na obr. 3.1.

Počas procesu vyvažovania bol snímač vibrácií (akcelerometer) 1 namontovaný na skriňu prevodovky motora pomocou magnetu na špeciálnom držiaku.

Laserový snímač fázového uhla 2 bol tiež namontovaný na skrini prevodovky a orientovaný na odrazovú značku umiestnenú na jednej z lopatiek vrtule.

Analógové signály zo snímačov sa prenášali pomocou káblov do meracej jednotky zariadenia "Balanset-1", kde sa vopred digitálne spracovali.

Potom sa tieto signály poslali v digitálnej forme do počítača, kde sa vykonalo softvérové spracovanie týchto signálov a vypočítala sa hmotnosť a uhol korekčného závažia potrebného na vyrovnanie nevyváženosti vrtule.

Obr. 3.1. Schéma merania na vyvažovanie vrtule lietadla Su-29.

Z_k - hlavné ozubené koleso prevodovky so 75 zubami;

Z_c - satelity prevodovky v počte 6 kusov po 18 zubov;

Z_n - stacionárne ozubené koleso prevodovky s 39 zubami.

Pred vykonaním tejto práce sa vzhľadom na skúsenosti získané pri vyvažovaní vrtule lietadla Jak-52 vykonalo niekoľko ďalších štúdií vrátane:

• Určenie vlastných frekvencií kmitania motora a vrtule lietadla Su-29;
• Kontrola veľkosti a spektrálneho zloženia počiatočných vibrácií v kabíne druhého pilota pred vyvážením.

3.2. Výsledky štúdií vlastných frekvencií kmitania motora a vrtule

Vlastné frekvencie kmitov motora, namontovaného na tlmičoch nárazov v telese lietadla, sa určili pomocou spektrálneho analyzátora AD-3527 od spoločnosti A&D (Japonsko) prostredníctvom nárazového budenia kmitov motora.

V spektre vlastných kmitov zavesenia motora (pozri obr. 3.2) bolo identifikovaných šesť hlavných frekvencií: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz.

Predpokladá sa, že z nich frekvencie 66 Hz, 88 Hz a 120 Hz priamo súvisia s vlastnosťami upevnenia (zavesenia) motora k telu lietadla.

Frekvencie 16 Hz a 22 Hz sú pravdepodobne spojené s vlastnými kmitmi lietadla na podvozku.

Frekvencia 37 Hz pravdepodobne súvisí s vlastnou frekvenciou kmitania listov vrtule lietadla.

Tento predpoklad potvrdzujú výsledky kontroly vlastných frekvencií kmitania vrtule, ktoré sa získali aj metódou nárazového budenia.

V spektre vlastných kmitov listu vrtule (pozri obr. 3.3) boli identifikované tri hlavné frekvencie: 37 Hz, 100 Hz a 174 Hz.

Údaje o vlastných frekvenciách kmitania listov vrtule a motora lietadla Su-29 môžu byť dôležité najmä pri výbere frekvencie otáčania vrtule použitej počas vyvažovania. Hlavnou podmienkou výberu tejto frekvencie je zabezpečenie jej maximálneho možného odklonu od vlastných frekvencií konštrukčných prvkov lietadla.

Okrem toho znalosť vlastných frekvencií jednotlivých komponentov a častí lietadla môže byť užitočná na identifikáciu príčin prudkého nárastu (v prípade rezonancie) určitých zložiek vibračného spektra pri rôznych režimoch otáčok motora.

3.3. Kontrola vibrácií v kabíne druhého pilota lietadla Su-29 na zemi pred vyvažovaním

Počiatočné vibrácie lietadla Su-29, zistené pred vyvážením vrtule, sa merali v kabíne druhého pilota vo vertikálnom smere pomocou prenosného analyzátora vibračného spektra model AD-3527 od spoločnosti A&D (Japonsko) vo frekvenčnom rozsahu od 5 do 200 Hz.

Merania sa uskutočnili pri štyroch hlavných režimoch otáčok motora, ktoré sa rovnali 60%, 65%, 70% a 82% jeho maximálnej frekvencie otáčania.

Získané výsledky sú uvedené v tabuľke 3.1.

Ako vyplýva z tabuľky 2.1, hlavné zložky vibrácií sa objavujú pri frekvenciách otáčania vrtule V_в1, kľukový hriadeľ motora V_к1a pohon vzduchového kompresora (a/alebo snímač frekvencie) V_н, ako aj pri 2. harmonickej kľukového hriadeľa V_к2 a prípadne 3. harmonická (lopatky) vrtule V_в3, ktorej frekvencia je blízka druhej harmonickej kľukového hriadeľa.

Tabuľka 3.1.

№	Frekvencia otáčania vrtule, %	Frekvencia otáčania vrtule, ot/min	Vв1	Vн	Vк1	Vв3	Vк2	Vв4	Vк3	V?	V∑, mm/s
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

Okrem toho sa v spektre vibrácií pri rýchlostnom režime 60% našla neidentifikovaná zložka s vypočítaným spektrom pri frekvencii 6120 cyklov/min, ktorá môže byť spôsobená rezonanciou pri frekvencii približne 100 Hz jedného z konštrukčných prvkov lietadla. Takýmto prvkom by mohla byť vrtuľa, ktorej jedna z vlastných frekvencií je 100 Hz.

Maximálne celkové vibrácie lietadla V_∑pri rýchlostnom režime 70% sa zistila rýchlosť 11,5 mm/s.

Hlavná zložka celkových vibrácií v tomto režime sa objavuje pri 2. harmonickej (4020 cyklov/min) frekvencie otáčania kľukového hriadeľa motora V_к2 a rovná sa 10,8 mm/s.

Možno predpokladať, že táto zložka súvisí s činnosťou piestnej skupiny motora (nárazové procesy, ku ktorým dochádza počas dvojitého pohybu piestov na jednu otáčku kľukového hriadeľa).

Prudký nárast tejto zložky pri režime 70% je pravdepodobne spôsobený rezonančnými kmitmi jedného z konštrukčných prvkov lietadla (zavesenie motora v trupe lietadla) s frekvenciou 67 Hz (4020 cyklov/min).

Treba poznamenať, že okrem nárazových porúch spojených s činnosťou piestovej skupiny môže veľkosť vibrácií v tomto frekvenčnom rozsahu ovplyvňovať aerodynamická sila prejavujúca sa pri frekvencii lopatiek vrtule (V_в3).

Pri rýchlostných režimoch 65% a 82% je viditeľný nárast zložky V_к2 (V_в3), čo možno tiež vysvetliť rezonančnými kmitmi jednotlivých komponentov lietadla.

Amplitúda spektrálnej zložky spojenej s nevyváženosťou vrtule V_в1, zistené pri hlavných režimoch rýchlosti pred vyvážením, sa pohybovali od 2,4 do 5,7 mm/s, čo je vo všeobecnosti nižšia hodnota ako V_к2 v príslušných režimoch.

Okrem toho, ako je vidieť z tabuľky 3.1, jej zmeny pri prechode z jedného režimu do druhého závisia nielen od kvality vyváženia, ale aj od stupňa odklonu frekvencie otáčania vrtule od vlastných frekvencií konštrukčných prvkov lietadla.

3.4. Výsledky vyvažovania

Vyvažovanie vrtule sa vykonávalo v jednej rovine pri frekvencii otáčania. Výsledkom takéhoto vyvažovania bolo vyrovnanie dynamickej silovej nerovnováhy vrtule.

Vyrovnávací protokol je uvedený v prílohe 1.

Vyvažovanie sa uskutočnilo pri frekvencii otáčania vrtule 1350 otáčok za minútu a zahŕňalo dve merania.

Počas prvého spustenia sa určila amplitúda a fáza vibrácií pri frekvencii otáčania vrtule v počiatočnom stave.

Počas druhej skúšky sa určila amplitúda a fáza vibrácií pri frekvencii otáčania vrtule po inštalácii skúšobného závažia so známou hmotnosťou na vrtuľu.

Na základe výsledkov týchto meraní sa určila hmotnosť a uhol inštalácie korekčného závažia v rovine 1.

Po inštalácii vypočítanej hodnoty korekčného závažia na vrtuľu, ktorá bola 40,9 g, sa vibrácie pri tomto rýchlostnom režime znížili z 6,7 mm/s v počiatočnom stave na 1,5 mm/s po vyvážení.

Úroveň vibrácií spojených s nevyváženosťou vrtule pri iných režimoch rýchlosti sa tiež znížila a po vyvážení zostala v rozmedzí 1 až 2,5 mm/s.

Overenie vplyvu kvality vyváženia na úroveň vibrácií lietadla počas letu sa neuskutočnilo z dôvodu náhodného poškodenia tejto vrtule počas jedného z výcvikových letov.

Je potrebné poznamenať, že výsledok získaný pri tomto vyvažovaní sa výrazne líši od výsledku vyvažovania z výroby.

Najmä:

• Vibrácie pri frekvencii otáčania vrtule sa po jej vyvážení na mieste trvalej inštalácie (na výstupnom hriadeli prevodovky lietadla Su-29) znížili viac ako 4-krát;
• Korekčné závažie nainštalované počas procesu vyvažovania bolo posunuté oproti závažiu nainštalovanému vo výrobnom závode približne o 130 stupňov.

Medzi možné príčiny tejto situácie môžu patriť:

• Chyby meracieho systému vyvažovacieho stojana výrobcu (nepravdepodobné);
• Geometrické chyby montážnych miest spojky vretena vyvažovacej súpravy výrobcu, ktoré vedú k radiálnemu hádzaniu vrtule pri montáži na vreteno;
• Geometrické chyby montážnych miest spojky výstupného hriadeľa prevodovky lietadla, ktoré vedú k radiálnemu hádzaniu vrtule pri inštalácii na hriadeľ prevodovky.

3.5. Závery z výsledkov práce

3.5.1.

Vyváženie vrtule lietadla Su-29 vykonané v jednej rovine pri frekvencii otáčania vrtule 1350 otáčok za minútu (70%) umožnilo znížiť vibrácie vrtule zo 6,7 mm/s na 1,5 mm/s.

Úroveň vibrácií spojených s nevyváženosťou vrtule pri iných rýchlostných režimoch sa tiež výrazne znížila a zostala v rozsahu 1 až 2,5 mm/s.

3.5.2.

Na objasnenie možných príčin neuspokojivých výsledkov vyvažovania vykonaného vo výrobnom závode je potrebné skontrolovať radiálne hádzanie vrtule na výstupnom hriadeli prevodovky leteckého motora.

---

Dodatok 1

VYVAŽOVACÍ PROTOKOL

Vrtuľa MTV-9-K-C/CL 260-27 akrobatického lietadla Su-29

1. Zákazník: Chvokov

2. Miesto inštalácie vrtule: výstupný hriadeľ prevodovky lietadla Su-29

3. Typ vrtule: MTV-9-K-C/CL 260-27

4. Metóda vyvažovania: montáž na mieste (vo vlastných ložiskách), v jednej rovine

5. Frekvencia otáčania vrtule počas vyvažovania, otáčky/min: 1350

6. Model, sériové číslo a výrobca vyvažovacieho zariadenia: "Balanset-1", sériové číslo 149

7. Regulačné dokumenty používané pri bilancovaní:

7.1. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Dátum vyrovnania: 15.06.2014

9. Súhrnná tabuľka výsledkov bilancovania:

№	Výsledky merania	Vibrácie, mm/s	Nerovnováha, g* mm
1	Pred vyvážením *)	6.7	6135
2	Po vyvážení	1.5	1350
ISO 1940 Tolerancia pre triedu G 6.3			1500

*) Poznámka: Vyváženie sa vykonalo s korekčným závažím nainštalovaným výrobcom, ktoré zostalo na vrtuli.

10. Záver:

10.1. Úroveň vibrácií (zostatková nevyváženosť) po vyvážení vrtule nainštalovanej na výstupnom hriadeli prevodovky lietadla Su-29 (pozri str. 9.2) sa v porovnaní s počiatočným stavom (pozri str. 9.1) znížila viac ako 4-násobne.

10.2. Parametre korekčného závažia (hmotnosť, uhol inštalácie) použité na dosiahnutie výsledku uvedeného na s. 10.1 sa výrazne líšia od parametrov korekčného závažia inštalovaného výrobcom (MT-vrtuľa).

Počas vyvažovania bolo na vrtuľu nainštalované dodatočné korekčné závažie s hmotnosťou 40,9 g, ktoré bolo posunuté o 130° oproti závažiu nainštalovanému výrobcom.

(Závažie nainštalované výrobcom nebolo počas dodatočného vyvažovania z vrtule odstránené).

Medzi možné príčiny tejto situácie môžu patriť:

• Chyby v meracom systéme vyvažovacieho stojana výrobcu;
• Geometrické chyby v montážnych miestach spojky vretena vyvažovacej súpravy výrobcu, ktoré vedú k radiálnemu hádzaniu vrtule pri montáži na vreteno;
• Geometrické chyby v montážnych miestach spojky výstupného hriadeľa prevodovky lietadla, ktoré vedú k radiálnemu hádzaniu vrtule pri inštalácii na hriadeľ prevodovky.

Na identifikáciu konkrétnej príčiny, ktorá vedie k zvýšenej nevyváženosti vrtule pri inštalácii na výstupný hriadeľ prevodovky lietadla Su-29, je potrebné:

• Skontrolujte merací systém a geometrickú presnosť montážnych miest vretena vyvažovačky používanej na vyvažovanie vrtule MTV-9-K-C/CL 260-27 u výrobcu;
• Skontrolujte radiálne hádzanie vrtule nainštalovanej na výstupnom hriadeli prevodovky lietadla Su-29.

Vykonávateľ:

Hlavný odborník spoločnosti LLC "Kinematics"

Feldman V.D.