O vyvažovaní vrtule lietadla v poľných podmienkach. Časť 2

1. D. Feldman

Hlavný technik OU Vibromera

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

O vyvažovaní vrtule lietadla v poľnom prostredí

 "Vrtuľa je vodičom lietadla,

a vyvážiť ho môže len jazdec"

3. Výsledky vyvažovania vrtule MTV-9-K-C/CL 260-27 a vibračných skúšok akrobatického lietadla SU-29

3.1. Úvod

15. júna 2014 sme vyvážili trojlistú vrtuľu MTV-9-K-C/CL 260-27 motora M-14P akrobatického lietadla SU-29.

Podľa výrobcu bola uvedená vrtuľa vopred staticky vyvážená, o čom svedčí vrtuľa v rovine 1 nastavenej korekčnej hmotnosti vo výrobnom závode.

Vrtuľa priamo namontovaná na SU-29 bola vyvážená pomocou súpravy na vyvažovanie vibrácií Balanset-1, výrobné číslo 149.

Schéma merania použitá pri vyvažovaní je znázornená na obrázku 3.1.

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

Laserový snímač fázového uhla 2 bol tiež namontovaný na skrini prevodovky a bol vedený odrazovým štítkom umiestneným na jednej z lopatiek vrtule.

Analógové signály zo snímačov sa prenášali káblami do meracej jednotky Balanset-1, v ktorej sa vykonalo ich predbežné digitálne spracovanie.

Ďalej sa tieto signály v digitálnej forme prenášali do počítača, ktorý ich spracoval a vypočítal hmotnosť a uhol inštalácie korekčného závažia potrebného na vyrovnanie nevyváženosti vrtule.

Obr. 3.1 Schéma merania vyvažovania vrtule SU-29

Zk - hlavné ozubené koleso so 75 zubami;

Zс - satelity ozubených kolies v počte 6 kusov s 18 zubami;

Zn - pevné ozubené koleso s 39 zubami.

V priebehu tejto práce sme s ohľadom na skúsenosti s vyvažovaním vrtúľ lietadla YAK-52 vykonali niekoľko ďalších štúdií vrátane:

• určenie vlastných frekvencií kmitania motora a vrtule lietadla SU-29;
• skúmanie hodnoty a spektrálneho zloženia počiatočných vibrácií v kabíne druhého pilota pred vyvážením;

3.2. Výsledky štúdií vlastných frekvencií motora a vrtule.

Vlastné frekvencie motora namontovaného na tlmičoch v tele lietadla sa určili pomocou spektrálneho analyzátora AD-3527, f. A @ D, (Japonsko), rázovým budením kmitov motora.

Určili sme šesť hlavných frekvencií, a to: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz (pozri obrázok 3.2.) v spektre vlastných kmitov zavesenia motora.

Obr. 3.2 Spektrum vlastných frekvencií kmitania zavesenia motora SU-29

Frekvencie 66 Hz, 88 Hz a 120 Hz pravdepodobne priamo súvisia s montážnymi prvkami (zavesením) motora na tele lietadla.

Frekvencie 16 Hz a 22 Hz sú pravdepodobne spojené s prirodzeným kmitaním lietadla na podvozku.

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

Posledný predpoklad potvrdzujú výsledky kontroly vlastných frekvencií kmitania vrtule, ktoré boli získané aj metódou rázového budenia.

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

Obr. 3.3 Spektrum vlastných frekvencií kmitania listov vrtule SU-29

Údaje o vlastných frekvenciách kmitania listu vrtule a motora lietadla SU-29 môžu byť dôležité predovšetkým pri voľbe otáčok vrtule použitej pri vyvažovaní. Hlavnou podmienkou výberu tejto frekvencie je zabezpečiť jej maximálne možné odladenie od vlastných frekvencií kmitania konštrukčných prvkov lietadla.

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

3.3. Kontrola vibrácií v kabíne druhého pilota SU-29 na zemi pred vyvážením

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

Merania sa vykonali pri štyroch otáčkach hlavného motora rovnajúcich sa 60%, 65%, 70% a 82% jeho maximálnych otáčok.

Výsledky sú uvedené v tabuľke 3.1.

Ako vidíme z tabuľky 2.1, hlavné zložky vibrácií sa prejavujú pri otáčkach vrtule Vv1, kľukového hriadeľa motora Vk1 a hnacieho ústrojenstva vzduchového kompresora (a/alebo snímača frekvencie) Vn, ako aj 2^nd harmonická kľukového hriadeľa Vk2 a prípadne 3^rd (lopatkovej) harmonickej vrtule Vv3, ktorá má frekvenciu blízku druhej harmonickej kľukového hriadeľa.

Tabuľka 3.1

Okrem toho sme v spektre vibrácií v rýchlostnom režime 60% odhalili zložku, ktorá nebola identifikovaná s vypočítaným spektrom pri frekvencii 6 120 cyklov/min, čo môže byť spôsobené rezonanciou pri frekvencii približne 100 Hz jedného z konštrukčných prvkov lietadla. Takýmto prvkom môže byť napríklad vrtuľa s jednou z vlastných frekvencií 100 Hz.

Maximálne celkové vibrácie lietadla Vå, dosahujúce 11,5 mm/s, boli zistené v rýchlostnom režime 70%.

Hlavná zložka celkových vibrácií v tomto režime sa prejavuje na 2^nd harmonická (4 020 cyklov/min) otáčok kľukového hriadeľa motora Vk2 a rovná sa 10,8 mm/s.

Možno predpokladať, že táto zložka súvisí s činnosťou piestnej skupiny motora (rázové procesy, keď sa piesty počas jednej otáčky kľukového hriadeľa dvakrát premiestnia).

Prudký nárast tejto zložky v režime 70% je pravdepodobne spôsobený rezonančným kmitaním jedného z konštrukčných prvkov lietadla (zavesenie motora v trupe lietadla) s frekvenciou 67 Hz (4 020 cyklov/min).

Treba poznamenať, že okrem rázových budení spojených s činnosťou piestnej skupiny môže hodnotu kmitania v danej frekvencii ovplyvniť aerodynamická sila, ktorá sa prejavuje pri frekvencii lopatiek vrtule (Vv3).

Vo vysokorýchlostných režimoch 65% a 82% pozorujeme aj výrazný nárast zložky Vk2 (Vv3), čo možno vysvetliť rezonančnými kmitmi jednotlivých komponentov lietadla.

Amplitúda spektrálnej zložky spojenej s nevyváženosťou vrtule Vv1, odhalené hlavnými režimami rýchlosti pred vyvážením, sa pohybovali od 2,4 do 5,7 mm/s, čo je vo všeobecnosti nižšia hodnota ako hodnota Vk2 v príslušných režimoch.

Okrem toho, ako vidíme z tabuľky 3.1, jej zmeny pri prechode z jedného režimu do druhého sú podmienené nielen kvalitou vyváženia, ale aj stupňom odklonu frekvencie otáčania vrtule od vlastných frekvencií kmitania konštrukčných prvkov lietadla.

3.4. Výsledky bilancovania.

Vrtuľa bola vyvážená v rovnakej rovine pri frekvencii otáčania. Výsledkom tohto vyváženia je kompenzácia výkonovej nerovnováhy vrtule v dynamike.

Vyvažovací protokol je uvedený nižšie v Dodatok 1.

Vyvažovanie sa uskutočnilo pri frekvencii otáčania vrtule 1 350 otáčok za minútu a umožnilo vykonať dve merania.

Počas prvého spustenia sme určili amplitúdu a fázu vibrácií pri frekvencii otáčania vrtule v počiatočnom stave.

Počas druhého spustenia sme určili amplitúdu a fázu vibrácií pri frekvencii otáčania vrtule po upevnení skúšobného závažia s určenou hmotnosťou na vrtuľu.

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

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

Úroveň vibrácií spojená s nevyváženosťou vrtule v ostatných režimoch vysokých rýchlostí tiež klesla a po vyvážení sa pohybovala v rozmedzí od 1 do 2,5 mm/s.

Skúmanie vplyvu kvality vyváženia na úroveň vibrácií lietadla počas letu sme nevykonali z dôvodu havarijného poškodenia vrtule počas jedného z cvičných letov.

Je potrebné poznamenať, že výsledok získaný pri vykonávaní uvedeného vyvažovania sa výrazne líši od výsledku vyvažovania vo výrobnom závode.

Najmä:

• vibrácie sa pri frekvencii otáčania vrtule znížia viac ako 4-násobne po jej vyvážení na trvalom mieste inštalácie (na výstupnom hriadeli prevodovky SU-29);
• korekčné závažie umiestnené v procese vyvažovania je posunuté oproti závažiu nastavenému vo výrobnom závode približne o 130º.

Možné príčiny tejto situácie môžu byť:

• chyby meracieho systému vyvažovacieho stojana výrobcu (čo je nepravdepodobné);
• geometrické chyby spojovacích sediel vretena vyvažovačky vrtúľ, ktoré majú za následok radiálne hádzanie vrtule pri jej inštalácii na vreteno;
• geometrické chyby spojovacích miest hriadeľa prevodovky lietadla, ktoré majú za následok radiálne hádzanie vrtule pri jej montáži na hriadeľ prevodovky.

3.5. Závery o výsledkoch práce

3.5.1. Vyváženie vrtule lietadla SU-29, vykonané v tej istej rovine pri otáčkach vrtule 1350 ot/min (70%), umožnilo znížiť vibrácie vrtule zo 6,7 mm/s na 1,5 mm/s.

Úroveň vibrácií spojených s nevyváženosťou vrtule v ostatných režimoch vysokých rýchlostí sa tiež výrazne znížila a pohybovala sa od 1 do 2,5 mm/s.

3.5.2. Na objasnenie možných príčin neuspokojivých výsledkov vyvažovania vo výrobnom závode je potrebné skontrolovať jeho radiálne hádzanie na hnacom hriadeli prevodovky motora lietadla.

Príloha 1

VYVAŽOVACÍ PROTOKOL

pre vrtule MTV-9-K-C/CL 260-27 akrobatického lietadla SU-29

1. Zákazník: D. Chvokov
2. Miesto inštalácie vrtule: hnací hriadeľ prevodovky SU-29
3. Typ vrtule: MTV-9-K-C/CL 260-27
4. Metóda vyvažovania: montáž na mieste prevádzky (vo vlastných ložiskách), v rovnakej rovine
5. Otáčky vrtule počas vyvažovania, ot/min: 1 350
6. Model, číslo zariadenia a výrobca vyvažovacieho zariadenia: 149, OU Vibromer
7. Regulačné dokumenty používané pri bilancovaní:

7.1. GOST ISO 1940-1-2007 Vibrácie. Požiadavky na kvalitu vyvažovania pevných rotorov. Časť 1. Určenie prípustnej nevyváženosti.

7.2. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Dátum vyváženia: jún 2014
9. Súhrnná tabuľka výsledkov bilancovania:

*) Poznámka: Vyváženie sa vykonalo pri dodržaní korekčnej hmotnosti vrtule stanovenej výrobcom.

10. Záver:

10.1. Úroveň vibrácií (zostatková nevyváženosť) po vyvážení vrtule nainštalovanej na hnacom hriadeli prevodovky SU-29 (pozri časť 9.2) sa v porovnaní s pôvodnou úrovňou (pozri časť 9.1) zníži viac ako 4-násobne.

10.2. Parametre korekčného závažia (hmotnosť, uhol inštalácie) použité na dosiahnutie výsledku podľa bodu 10.1 sa výrazne líšia od parametrov korekčného závažia nastaveného vo výrobnom závode (MT-vrtuľa).

Konkrétne sme pri vyvažovaní vrtule umiestnili dodatočné korekčné závažie s hmotnosťou 40,9 g, ktoré bolo posunuté oproti závažiu nastavenému vo výrobnom závode pod uhlom 130º.

(Hmotnosť umiestnená vo výrobnom závode nebol odstránený z vrtule počas dodatočného vyvažovania).

Možné príčiny tejto situácie môžu byť:

• chyby meracieho systému vyvažovacieho stojana výrobného závodu;
• geometrické chyby spojovacích sediel vretena vyvažovacieho stroja výrobného závodu, ktoré majú za následok radiálne hádzanie vrtule pri jej montáži na vreteno;
• geometrické chyby spojovacích miest hnacieho hriadeľa prevodovky lietadla, ktoré majú za následok radiálne hádzanie vrtule pri jej montáži na hriadeľ prevodovky.

Na zistenie konkrétneho dôvodu, ktorý vedie k zvýšenej nevyváženosti vrtule pri jej inštalácii na hnací hriadeľ prevodovky Su-29, je potrebné:

• skontrolovať merací systém a geometrickú presnosť uloženia vretena vyvažovacej súpravy používanej pri vyvažovaní vrtule MTV-9-K-C/CL 260-27 vo výrobnom závode;
• skontrolovať radiálne hádzanie vrtule namontovanej na hnacom hriadeli prevodovky SU-29.

Vykonávateľ:

Hlavný technik OU Vibromera

V. D. Feldman