O uravnoteženju propelerja zrakoplova na terenu. 2. del

1. D. Feldman

Glavni tehnik podjetja OU Vibromera

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

O uravnoteženju propelerja zrakoplova na terenu

 "Propeler je gonilo letala,

in ga lahko uravnovesi le strelec."

3. Rezultati uravnoteženja propelerja MTV-9-K-C/CL 260-27 in testiranja vibracij akrobatskega letala SU-29

3.1. Uvod

15. junija 2014 smo uravnotežili trilistni propeler MTV-9-K-C/CL 260-27 motorja M-14P akrobatskega letala SU-29.

Po navedbah proizvajalca je bil navedeni propeler predhodno statično uravnotežen, kar dokazuje propeler v ravnini 1 korekcijske mase, določene v proizvodnem obratu.

Propeler, neposredno nameščen na SU-29, je bil uravnotežen z vibracijsko uravnotežilno napravo Balanset-1, št. obrata 149.

Merilna shema, ki se uporablja pri uravnoteženju, je prikazana na sliki 3.1.

Med postopkom uravnoteženja senzor vibracij (merilnik pospeška) 1 je bil z magnetom na posebnem nosilcu pritrjen na ohišje menjalnika motorja.

Laserski senzor za fazni kot 2 je bil prav tako nameščen na ohišje menjalnika, vodila pa ga je odsevna nalepka, pritrjena na eno od lopatic propelerja.

Analogni signali iz senzorjev so se po kablih prenesli v merilno enoto naprave Balanset-1, v kateri je bila opravljena njihova predhodna digitalna obdelava.

Ti signali so se v digitalni obliki prenesli v računalnik, ki jih je obdelal ter izračunal maso in kot namestitve korekcijske uteži, potrebne za izravnavo neravnovesja na propelerju.

Slika 3.1 Merilna shema za uravnoteženje propelerja SU-29

Zk - glavno zobniško kolo s 75 zobmi;

Zс - zobniški sateliti v številu 6 kosov z 18 zobmi;

Zn - fiksno zobniško kolo z 39 zobmi.

Pri tem delu smo ob upoštevanju izkušenj pri uravnoteženju propelerjev YAK-52 izvedli številne dodatne študije, med drugim:

• določitev lastnih frekvenc nihanja motorja in propelerja SU-29;
• preverjanje vrednosti in spektralne sestave začetnih vibracij v pilotski kabini kopilota pred uravnoteženjem;

3.2. Rezultati študij lastnih frekvenc motorja in propelerja.

Lastne frekvence motorja, nameščenega na blažilnikih v trupu letala, so bile določene s spektralnim analizatorjem AD-3527, f. A @ D, (Japonska), z udarnim vzbujanjem nihanja motorja.

Določili smo šest glavnih frekvenc, in sicer: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz (glej sliko 3.2.) v spektru lastnih nihanj vzmetenja motorja.

Slika 3.2 Spekter lastnih frekvenc nihanja vzmetenja motorja SU-29

Frekvence 66 Hz, 88 Hz in 120 Hz so verjetno neposredno povezane z elementi pritrditve (vzmetenja) motorja na trup letala.

Frekvenci 16 Hz in 22 Hz sta najverjetneje povezani z naravnimi nihanji zrakoplova na podvozju.

Frekvenca 37 Hz je verjetno povezana z lastno frekvenco nihanja lopatice propelerja letala.

Slednjo predpostavko potrjujejo rezultati preverjanja lastnih frekvenc nihanja propelerja, prav tako pridobljeni z metodo udarnega vzbujanja.

V spektru lastnih nihanj lopatice propelerja (glej sliko 3.3) smo zaznali tri glavne frekvence, in sicer: 37 Hz, 100 Hz in 174 Hz.

Slika 3.3 Spekter lastnih frekvenc nihanja lopatic propelerja SU-29

Podatki o lastnih frekvencah nihanja lopatice propelerja in motorja SU-29 so lahko pomembni predvsem pri izbiri hitrosti vrtenja propelerja, ki se uporablja pri uravnoteženju. Glavni pogoj za izbiro te frekvence je, da se zagotovi njen največji možni odmik od lastnih frekvenc nihanja konstrukcijskih elementov letala.

Poleg tega je poznavanje lastnih frekvenc nihanja posameznih sestavnih delov in delov zrakoplova lahko koristno za ugotavljanje razlogov za močno povečanje (v primeru resonance) nekaterih sestavnih delov spektra vibracij pri različnih hitrostih motorja.

3.3. Preverjanje vibracij v pilotski kabini kopilota letala SU-29 na tleh pred uravnoteženjem

Začetne vibracije letala SU-29, zaznane pred uravnoteženjem propelerja, smo izmerili v pilotski kabini kopilota. v navpični smeri s prenosnim analizatorjem vibracijskega spektra AD-3527 f.A@D (Japonska) v frekvenčnem območju od 5 do 200 Hz.

Meritve so bile opravljene pri štirih vrtilnih frekvencah glavnega motorja, ki so bile enake 60%, 65%, 70% in 82% njegove največje hitrosti.

Rezultati so prikazani v preglednici 3.1.

Kot je razvidno iz preglednice 2.1, se glavne komponente vibracij kažejo pri vrtilnih hitrostih propelerja Vv1, ročične gredi motorja Vk1 in pogonskega mehanizma zračnega kompresorja (in/ali frekvenčnega senzorja) Vn ter pri 2^nd harmonske ročične gredi Vk2 in morda 3^rd (lopatico) propelerja Vv3, ki je po frekvenci blizu drugi harmonski ročične gredi.

Preglednica 3.1

Poleg tega smo v spektru vibracij v načinu hitrosti 60% odkrili komponento, ki ni bila identificirana z izračunanim spektrom pri frekvenci 6 120 ciklov/min, kar je lahko posledica resonance enega od strukturnih elementov zrakoplova pri frekvenci približno 100 Hz. Takšen element je lahko na primer propeler z eno od lastnih frekvenc 100 Hz.

Največje skupne vibracije letala Vå, ki so dosegle 11,5 mm/s, so bile ugotovljene v načinu hitrosti 70%.

Glavna komponenta celotne vibracije v tem načinu se pokaže pri 2^nd harmonična (4.020 ciklov/min) vrtilne frekvence ročične gredi motorja Vk2 in je enaka 10,8 mm/s.

Domnevamo lahko, da je ta komponenta povezana z delovanjem batne skupine motorja (udarni procesi, ko se bati med enim obratom ročične gredi dvakrat premaknejo).

Močno povečanje te komponente v načinu 70% je verjetno posledica resonančnega nihanja enega od strukturnih elementov zrakoplova (vzmetenje motorja v trupu zrakoplova) pri frekvenci 67 Hz (4 020 ciklov/min).

Opozoriti je treba, da poleg udarnih vzbujanj, povezanih z delovanjem batne skupine, na vrednost vibracij pri dani frekvenci lahko vpliva tudi aerodinamična sila, ki se kaže pri frekvenci lopatic propelerja (Vv3).

Pri hitrih načinih 65% in 82% opazimo tudi opazno povečanje komponente Vk2 (Vv3), kar je mogoče razložiti z resonančnimi nihanji posameznih sestavnih delov zrakoplova.

Amplituda spektralne komponente, povezane z neravnovesjem propelerja Vv1, ki so jih razkrili glavni načini hitrosti pred uravnoteženjem, so se gibali od 2,4 do 5,7 mm/s, kar je na splošno nižje od vrednosti Vk2 v ustreznih načinih.

Poleg tega, kot je razvidno iz preglednice 3.1, njene spremembe med prehodom iz enega načina v drugega niso odvisne le od kakovosti uravnoteženja, temveč tudi od stopnje odklona frekvence vrtenja propelerja od lastnih frekvenc nihanja konstrukcijskih elementov letala.

3.4. Rezultati uravnoteženja.

Propeler je bil uravnotežen v isti ravnini pri frekvenci vrtenja. Zaradi tega uravnoteženja je zagotovljena kompenzacija neravnovesja moči propelerja v dinamiki.

Protokol za uravnoteženje je naveden spodaj v Dodatek 1.

Izravnava je bila izvedena pri frekvenci vrtenja propelerja 1 350 vrtljajev na minuto in je omogočala izvedbo dveh meritev.

Med prvim zagonom smo določili amplitudo in fazo vibracij pri frekvenci vrtenja propelerja v začetnem stanju.

Med drugim zagonom smo določili amplitudo in fazo vibracij pri frekvenci vrtenja propelerja, potem ko smo na propeler pritrdili preskusno utež določene mase.

Na podlagi rezultatov teh meritev sta bila določena masa in kot namestitve korekcijske uteži v ravnini 1.

Po določitvi izračunane vrednosti korekcijske uteži 40,9 g na propelerju so se vibracije v tem načinu hitrosti zmanjšale s 6,7 mm/s v začetnem stanju na 1,5 mm/s po uravnoteženju.

Raven vibracij, povezanih z neuravnoteženostjo propelerja v drugih načinih visoke hitrosti, se je prav tako zmanjšala in je bila po uravnoteženju v razponu od 1 do 2,5 mm/s.

Zaradi poškodbe propelerja v sili med enim od vadbenih letov nismo preverjali vpliva kakovosti uravnoteženja na raven vibracij zrakoplova med letom.

Opozoriti je treba, da se rezultat, pridobljen pri izvajanju navedenega uravnoteženja, bistveno razlikuje od rezultata uravnoteženja v proizvodnem obratu.

Zlasti:

• vibracije se pri frekvenci vrtenja propelerja zmanjšajo za več kot 4-krat, potem ko je uravnotežen na stalnem mestu vgradnje (na izhodni gredi zobnika SU-29);
• korekcijska utež, nameščena med postopkom uravnoteženja, je glede na utež, nastavljeno v proizvodnem obratu, premaknjena za približno 130º.

Razlogi za to so lahko naslednji:

• napake merilnega sistema balansirnega stojala proizvajalca (kar je malo verjetno);
• geometrijske napake sedežev vretena v stroju za uravnoteženje propelerja, ki povzročajo radialni hod propelerja, ko je ta nameščen na vreteno;
• geometrijskih napak na spojnih ležiščih gredi letalskega menjalnika, ki povzročijo radialni uklon propelerja, ko je nameščen na gred menjalnika.

3.5. Sklepi o rezultatih dela

3.5.1. Z uravnoteženjem propelerja letala SU-29, ki je bilo izvedeno v isti ravnini pri hitrosti 1350 vrt/min (70%), je bilo mogoče zmanjšati vibracije propelerja s 6,7 mm/s na 1,5 mm/s.

Tudi raven vibracij, povezanih z neuravnoteženostjo propelerja v drugih načinih visoke hitrosti, se je znatno zmanjšala in je znašala od 1 do 2,5 mm/s.

3.5.2. Za razjasnitev možnih razlogov za nezadovoljive rezultate uravnoteženja v proizvodnem obratu je treba na pogonski gredi letalskega motorja preveriti njegov radialni tek.

Priloga 1

PROTOKOL ZA URAVNOTEŽENJE

za propelerje MTV-9-K-C/CL 260-27 akrobatskih letal SU-29

1. Stranka: D. Chvokov
2. Mesto namestitve propelerja: pogonska gred menjalnika SU-29
3. Vrsta propelerja: MTV-9-K-C/CL 260-27
4. Metoda uravnoteženja: sestavljena na mestu delovanja (v lastnih ležajih), v isti ravnini
5. Hitrost propelerja med uravnoteženjem, vrtljaji na minuto: 1.350
6. Model, številka obrata in proizvajalec naprave za uravnoteženje: 149, OU Vibromer
7. Regulativni dokumenti, ki se uporabljajo pri izravnavi:

7.1. GOST ISO 1940-1-2007 Vibracije. Zahteve za kakovost uravnoteženja togih rotorjev. 1. del. Določanje dovoljenega neravnovesja.

7.2. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Datum uravnoteženja: junij 2014
9. Zbirna preglednica rezultatov izravnave:

*) Opomba: Izravnava je bila izvedena ob upoštevanju korekcijske teže propelerja, ki jo je določil proizvajalec.

10. Zaključek:

10.1. Raven vibracij (preostalo neravnovesje) se po uravnoteženju propelerja, nameščenega na pogonsko gred zobnika SU-29 (glej oddelek 9.2), zmanjša za več kot 4-krat v primerjavi z začetno ravnjo (glej oddelek 9.1).

10.2. Parametri korekcijske uteži (masa, kot namestitve), ki se uporabljajo za doseganje rezultata iz točke 10.1, se bistveno razlikujejo od parametrov korekcijske uteži, nastavljenih v proizvodnem obratu (MT-propeler).

Med uravnoteženjem propelerja smo pod kotom 130º namestili dodatno korekcijsko utež 40,9 g, ki je bila pomaknjena glede na utež, nastavljeno v proizvodnem obratu.

(Utež v proizvodnem obratu ni bil odstranjen iz propelerja med dodatnim uravnoteženjem).

Razlogi za to so lahko naslednji:

• napake merilnega sistema izravnalnega stojala v proizvodnem obratu;
• geometrijske napake sedežev vretena na balansirnem stroju v proizvodnem obratu, ki povzročijo radialni uklon propelerja, ko je ta nameščen na vreteno;
• geometrijskih napak na spojnih ležiščih pogonske gredi letalskega podvozja, ki povzročajo radialni uklon propelerja, ko je nameščen na gred podvozja.

Da bi ugotovili poseben razlog za povečano neuravnoteženost propelerja pri njegovi namestitvi na pogonsko gred prestavnega mehanizma letala Su-29, je treba:

• preveriti merilni sistem in geometrijsko natančnost sedežev vretena balansirnega stroja, ki se uporablja pri balansiranju propelerja MTV-9-K-C/CL 260-27 v proizvodnem obratu;
• za preverjanje radialnega uklona propelerja, nameščenega na pogonski gredi zobnika SU-29.

Izvršitelj:

Glavni tehnik podjetja OU Vibromera

V. D. Feldman