Përmbledhje: Ky raport inxhinierik dokumenton zbatimin e parë të suksesshëm të pajisjes portative Balanset-1 për balancimin në terren të helikave të avionëve. Puna u krye në avionët Yak-52 (helikë me dy krahë) dhe Su-29 (helikë me tre krahë MTV-9-K-C/CL 260-27), të pajisur me motorë M-14P, në Maj–Korrik 2014. Gjetjet kryesore: vibrimi i helikës në Yak-52 u reduktua nga 10.2 në 4.2 mm/sek; në Su-29, nga 6.7 në 1.5 mm/sek (reduktim më shumë se 4×). Raporti paraqet gjithashtu një analizë të detajuar të spektrit të vibrimeve në regjime të shumta pune dhe identifikon burimet dominuese të vibrimeve, përfshirë harmonikat e boshtit të gjunjëzuar dhe rezonancat strukturore.

1. Parathënie

Dy vjet e gjysmë më parë, ndërmarrja jonë filloi prodhimin serik të pajisjes "Balanset-1", të projektuar për balancimin e mekanizmave rrotullues në kushinetat e tyre.

Deri më sot, janë prodhuar më shumë se 180 sete. Ato përdoren me efikasitet në industri të ndryshme, përfshirë prodhimin dhe funksionimin e ventilatorëve, fryesve, motorëve elektrikë, boshteve kryesore të makinerive, pompave, thërrmuesve, ndarësve, centrifugave, kardanëve dhe montimeve të boshtit të gjunjëzuar, si dhe mekanizmave të ngjashëm.

Kohët e fundit, Vibromera ka marrë një numër të madh kërkesash nga organizata dhe individë lidhur me mundësinë e përdorimit të pajisjeve tona për balancimin e helikave të avionëve dhe helikopterëve në kushte terreni.

Fatkeqësisht, specialistët tanë, pavarësisht viteve të gjata të përvojës në balancimin e makinerive të ndryshme, nuk ishin marrë kurrë më parë me këtë problem specifik. Për këtë arsye, këshillat dhe rekomandimet që mund t'u jepnim klientëve tanë ishin mjaft të përgjithshme dhe nuk u mundësonin gjithmonë zgjidhjen efektive të detyrës në fjalë.

Kjo situatë filloi të ndryshojë për mirë këtë pranverë, falë përfshirjes aktive të V.D. Chvokov, i cili organizoi dhe mori pjesë së bashku me ne në punën për balancimin e helikave të avionëve Yak-52 dhe Su-29, të cilët ai i pilotonte.

Avioni Yak-52 në fushën ajrore
Fig. 1.1. Yak-52 në aerodrom
Avioni Su-29 në zonën e parkimit
Fig. 1.2. Su-29 në zonën e parkimit

Gjatë kësaj pune, u fituan aftësi të caktuara dhe u zhvillua një teknologji për balancimin e helikave të avionëve në kushte terreni duke përdorur pajisjen "Balanset-1", përfshirë:

  • përcaktimin e vendndodhjeve dhe metodave për instalimin (montimin) e sensorëve të vibrimit dhe këndit të fazës në avion;
  • përcaktimin e frekuencave të rezonancës së disa elementeve strukturore të avionit (varja e motorit, krahët e helikës);
  • identifikimin e frekuencave të rrotullimit të motorit (regjimet e punës) që sigurojnë çekuilibrin minimal të mbetur të arritshëm gjatë balancimit;
  • përcaktimin e tolerancave për çekuilibrin e mbetur të helikës.

Përveç kësaj, u morën të dhëna interesante mbi nivelet e vibrimeve të avionëve të pajisur me motorë M-14P.

Më poshtë paraqiten materialet e raportit, të përpiluara nga rezultatet e kësaj pune. Përveç rezultateve të balancimit, ato paraqesin të dhëna nga vlerësimet e vibrimeve të avionëve Yak-52 dhe Su-29, të marra gjatë testeve në tokë dhe në fluturim. Këto të dhëna mund të jenë me interes si për pilotët e avionëve, ashtu edhe për specialistët e përfshirë në mirëmbajtjen e tyre.

2. Balancimi dhe vlerësimi i vibrimeve të Yak-52

2.1. Hyrje

Në Maj–Korrik 2014, u krye puna për vlerësimin e vibrimeve të avionit Yak-52, të pajisur me motorin aviativ M-14P, dhe balancimin e helikës së tij me dy krahë.

Balancimi u krye në një plan duke përdorur kompletin "Balanset-1", numri serik 149.

Skema e matjes tregohet në Fig. 2.1. Gjatë balancimit, sensori i vibrimit (akselerometri) 1 u instalua në kapakun e përparmë të kutisë së shpejtësisë së motorit, duke përdorur një mbajtëse magnetike të montuar mbi një kllapë të projektuar posaçërisht. Sensori laser i këndit të fazës 2 u instalua gjithashtu në kapakun e kutisë së shpejtësisë dhe u orientua drejt shenjës reflektuese të vendosur në njërin nga krahët e helikës.

Sinjalet analoge nga sensorët u transmetuan përmes kabllove tek njësia matëse e pajisjes "Balanset-1", ku u krye përpunimi paraprak digjital. Këto sinjale, në formë digjitale, hynin më pas në kompjuter, ku kryhej përpunimi me softuer dhe llogaritej masa dhe këndi i peshës korrigjuese të nevojshme për të kompensuar çekuilibrin e helikës.

Skema e matjes për balancimin e helikës së Yak-52
Fig. 2.1. Skema e matjes për balancimin e helikës së Yak-52.
Zk — rrota kryesore dhëmbëzore; Zs — satelitët; Zn — rrota dhëmbëzore fikse.

Gjatë këtij pune, duke marrë parasysh përvojën e fituar nga balancimi i helikave të Su-29 dhe Yak-52, u kryen një sërë studimesh shtesë:

  • përcaktimi i frekuencave natyrale të lëkundjeve të motorit dhe helikës së Yak-52;
  • matja e madhësisë së vibrimit dhe përbërjes spektrale në kabinën e pilotit të dytë gjatë fluturimit pas balancimit të helikës;
  • matja e vibrimit pas balancimit të helikës dhe pas rregullimit të forcës së shtrëngimit të amortizatorëve të motorit.

2.2. Frekuencat natyrale të lëkundjeve të motorit dhe helikës

Frekuencat natyrale të lëkundjeve të motorit, i montuar mbi amortizatorë në trupin e avionit, u përcaktuan duke përdorur analizuesin e spektrit AD-3527 të A&D (Japoni) përmes eksitimit me goditje.

Në spektrin e lëkundjeve natyrale të varjes së motorit të Yak-52 (Fig. 2.2), u identifikuan katër frekuenca kryesore: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz.

Spektri i frekuencave natyrore të varjes së motorit të Yak-52
Fig. 2.2. Spektri i frekuencave natyrale të varjes së motorit të Yak-52

Frekuencat 74 Hz, 94 Hz dhe 120 Hz ka të ngjarë të lidhen me karakteristikat e montimit (varjes) të motorit në trupin e avionit. Frekuenca 20 Hz shoqërohet më së shumti me lëkundjet natyrale të avionit mbi shasinë e tij të uljes.

Frekuencat natyrale të flatrave të helikës u përcaktuan gjithashtu duke përdorur metodën e eksitimit me goditje. U identifikuan katër frekuenca kryesore: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz dhe 134 Hz.

Të dhënat mbi frekuencat natyrale të lëkundjeve të varjes së motorit dhe flatrave të helikës kanë rëndësi kryesisht për zgjedhjen e frekuencës së rotacionit të helikës gjatë balancimit. Kushti kryesor në zgjedhjen e kësaj frekuence është sigurimi i një shmangieje maksimale nga frekuencat natyrale të lëkundjeve të elementeve strukturore të avionit, pasi në frekuencat rezonante saktësia dhe përsëritshmëria e matjeve të vibrimit mund të përkeqësohen ndjeshëm.

Përveç kësaj, njohja e frekuencave natyrale të komponentëve individualë mund të jetë e dobishme për identifikimin e shkaqeve të rritjeve të mprehta të vibrimit (fenomenet e rezonancës) në regjime të ndryshme të shpejtësisë së motorit, të cilat mund të shfaqen gjatë funksionimit të avionit.

2.3. Rezultatet e balancimit

Siç u theksua më sipër, balancimi i helikës u krye në një plan të vetëm, duke kompensuar kështu në mënyrë dinamike çekuilibrin e forcës të helikës.

Balancimi dinamik në dy plane (i cili do të kompensonte shtesë çekuilibrin e momentit) nuk ishte i realizueshëm, pasi projektimi i helikës në Yak-52 lejon vetëm një plan korrigjues.

Balancimi u krye në një frekuencë rotacioni prej 1150 rpm (60%), në të cilën u përftuan matjet më të qëndrueshme të vibrimit, si në amplitudë ashtu edhe në fazë, nga një xhiro në tjetrën.

U përdor skema klasike me "dy xhiro":

  1. Gjatë xhiros së parë, u përcaktuan amplituda dhe faza e vibrimit në frekuencën e rotacionit të helikës në gjendjen fillestare.
  2. Gjatë xhiros së dytë, u përcaktuan amplituda dhe faza e vibrimit pas instalimit të një mase prove prej 7 g në helikë.
  3. Bazuar në këto të dhëna, softueri llogariti: masën korrigjuese M = 19.5 g në kënd F = 32°.

Për shkak të veçorive të projektimit të helikës, të cilat nuk lejonin instalimin e peshës korrigjuese në këndin e kërkuar prej 32°, u instaluan dy pesha ekuivalente:

  • M1 = 14 g në kënd F1 = 0°
  • M2 = 8.3 g në kënd F2 = 60°

Rezultati: Pas instalimit të peshave korrigjuese, vibrimi në 1150 rpm u ul nga 10.2 mm/sec4.2 mm/sec. Çekuilibri aktual u ul nga 2340 g·mm në 963 g·mm.

2.4. Vibrimi në regjime të tjera pune

Rezultatet e kontrolleve të vibrimit në regjime të tjera pune të motorit gjatë testeve në tokë paraqiten në Tabelën 2.1. Siç mund të shihet, balancimi ndikoi pozitivisht në vibrimin e Yak-52 në të gjitha regjimet.

Tabela 2.1. Vibrimi i testit në tokë pas balancimit
#Fuqia, %RPMShpejtësia RMS e vibrimit, mm/sek
16011534.2
26512572.6
37013452.1
48215721.25

Për më tepër, gjatë testeve në tokë, u identifikua një tendencë e qartë e uljes së konsiderueshme të vibrimit me rritjen e frekuencës së rotacionit të helikës. Kjo mund të shpjegohet me një shmangie më të madhe të frekuencës së rotacionit të helikës nga frekuenca natyrale e lëkundjeve të avionit mbi shasi (supozohet 20 Hz), e cila ndodh në frekuenca më të larta rotacioni.

2.5. Vibrimi gjatë fluturimit para dhe pas rregullimit të amortizatorëve

Përveç testeve të vibrimit në tokë pas balancimit të helikës (seksioni 2.3), u kryen gjithashtu matje të vibrimit të Yak-52 gjatë fluturimit.

Vibrimi gjatë fluturimit u mat në kabinën e pilotit të dytë në drejtimin vertikal duke përdorur analizuesin portativ të spektrit AD-3527 të A&D (Japoni) në intervalin e frekuencave nga 5 deri në 200 (500) Hz. Matjet u morën në pesë regjime kryesore të shpejtësisë së motorit: 60%, 65%, 70%, 82% dhe 94% të frekuencës maksimale të rotacionit.

Rezultatet, të përftuara para rregullimit të amortizatorëve, paraqiten në Tabelën 2.2.

Tabela 2.2. Përbërësit e spektrit të vibrimit gjatë fluturimit (para rregullimit të amortizatorëve)
# Shpejtësia e helikës Përbërësit e spektrit të vibrimeve,
frekuenca (CPM) / amplituda (mm/sek)
VΣ,
mm/sec
%RPM Vp1 Vn Vc1 Vp2 Vc2 Vp4 Vc3 Vp5
1601155 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
2651244 1244
3.5
1680
1.2
1890
2.1
2488
1.2
3780
4.1
4976
0.4
5670
1.2
6.2
3701342 1342
2.8
1860
0.4
2040
3.2
2684
0.4
4080
2.9
5369
2.3
5.0
4821580 1580
4.7
2160
2.9
2400
1.1
3160
0.4
4800
12.5
13.7
5941830 1830
2.2
2484
3.4
2760
1.7
3660
2.8
5520
15.8
7320
3.7
17.1

Vp = harmonikat e helikës (e 1-rë, e 2-të, e 4-t, e 5-të)   Vn = kompresori/sensori i frekuencës   Vc1, Vc2, Vc3 = boshti i manivelës 1-rë, 2-të, 3-të   Vlera e sipërme = frekuenca (CPM), e poshtme = amplituda (mm/sek).

Spektri i dridhjeve në kabinën e Yak-52 në modalitetin 60%
Fig. 2.3. Spektri i vibrimit në regjimin 60%
Spektri i dridhjeve në kabinën e Yak-52 në modalitetin 94%
Fig. 2.4. Spektri i vibrimit në regjimin 94%

Siç shihet nga Tabela 2.2, komponentët kryesorë të vibrimit shfaqen në frekuencën e rrotullimit të helikës Vp1, frekuenca e boshtit të manivelës Vc1, transmisioni i kompresorit të ajrit (dhe/ose sensorit të frekuencës) Vn, dhe harmonikat e tyre më të larta.

Vibrimi total maksimal VΣ u gjet në regjimet 82% (1580 rpm) dhe 94% (1830 rpm). Komponenti dominues në këto regjime shfaqet në harmonikën e 2-të të frekuencës së rrotullimit të boshtit të manivelës Vc2, duke arritur 12.5 mm/sek në 4800 cikle/min dhe 15.8 mm/sek në 5520 cikle/min.

Mund të supozohet se ky komponent lidhet me grupin e pistonave (proceset e goditjes që ndodhin gjatë lëvizjes së dyfishtë të pistonave për një rrotullim të boshtit të manivelës). Rritja e ndjeshme në regjimet 82% (nominali i parë) dhe 94% (ngritja në fluturim) shkaktohet me shumë gjasa jo nga defekte të grupit të pistonave, por nga lëkundjet rezonante të motorit mbi amortizatorët e tij. Ky përfundim mbështetet nga matjet e frekuencës natyrore, të cilat zbuluan frekuenca të pezullimit të motorit prej 74 Hz (4440 cikle/min), 94 Hz (5640 cikle/min) dhe 120 Hz (7200 cikle/min). Dy prej tyre — 74 Hz dhe 94 Hz — janë afër frekuencave të harmonikës së 2-të të boshtit të manivelës në regjimet e punës nominali i parë dhe ngritje në fluturim.

Për shkak të vibrimeve të konsiderueshme të gjetura te Vc2, forca e shtrëngimit të amortizatorëve të motorit u kontrollua dhe u rregullua. Rezultatet krahasuese janë paraqitur në Tabelën 2.3.

Tabela 2.3. Vibrimi para dhe pas rregullimit të amortizatorëve
#% RPM
(para / pas)
Vp1 Vc2
ParaPasParaPas
1601155 / 1140 1155
4.4
1140
3.3
3510
3.0
3480
3.6
2651244 / 1260 1244
3.5
1260
3.5
3780
4.1
3840
4.3
3701342 / 1350 1342
2.8
1350
3.3
4080
2.9
4080
1.2
4821580 / 1590 1580
4.7
1590
4.2
4800
12.5
4830
16.7
5941830 / 1860 1830
2.2
1860
2.7
5520
15.8
5640
15.2

Vlera e sipërme = frekuenca (CPM), e poshtme = amplituda (mm/sek).

Siç shihet nga Tabela 2.3, rregullimi i amortizatorëve nuk solli ndryshime të ndjeshme në komponentët kryesorë të vibrimit të avionit.

Duhet theksuar gjithashtu se komponenti i çekuilibrit të helikës Vp1 në regjimet 82% dhe 94% është respektivisht 3–7 herë më i ulët se Vc2 në ato regjime. Në regjimet e tjera të fluturimit, Vp1 varion nga 2.8 deri në 4.4 mm/sek, dhe ndryshimet e tij midis regjimeve përcaktohen kryesisht jo nga cilësia e balancimit, por nga shkalla e shmangies nga frekuencat natyrore të elementeve strukturore të avionit.

2.6. Përfundime

2.6.1.

Balancimi i helikës së Yak-52 në një frekuencë rrotullimi prej 1150 rpm (60%) lejoi uljen e vibrimit në frekuencën e rrotullimit të helikës nga 10.2 mm/sek në 4.2 mm/sek. Duke pasur parasysh eksperiencën e grumbulluar gjatë balancimit të helikave të avionëve Yak-52 dhe Su-29 me anë të pajisjes "Balanset-1", ekziston mundësia reale për të arritur një ulje edhe më të madhe të nivelit të vibrimit — në veçanti, duke zgjedhur një frekuencë më të lartë rrotullimi të helikës gjatë balancimit, gjë që do të lejonte një shmangie më të madhe nga frekuenca natyrore e lëkundjeve të avionit prej 20 Hz (1200 cikle/min), të identifikuar gjatë matjeve.

2.6.2.

Siç tregojnë testet e vibrimit gjatë fluturimit (shih Tabelat 2.2 dhe 2.3), spektrat e vibrimit të avionit Yak-52 përmbajnë, përveç vibrimit në frekuencën e rrotullimit të helikës Vp1, disa komponentë të tjerë të rëndësishëm — të lidhur me boshtin e manivelës Vc1, Vc2, Vc3, grupin e pistonave të motorit, dhe transmisionin e kompresorit të ajrit (dhe/ose sensorit të frekuencës) Vn.

Në regjimet e shpejtësisë 60%, 65% dhe 70%, këta komponentë janë të krahasueshëm në madhësi me komponentin e çekuilibrit të helikës Vp1. Rrjedhimisht, edhe eliminimi i plotë i vibrimit të shkaktuar nga çekuilibri i helikës do të lejonte uljen e vibrimit total të avionit në këto regjime me jo më shumë se rreth 1.5 herë.

2.6.3.

Vibrimi total maksimal VΣ e avionit Yak-52 u gjet në regjimet e shpejtësisë 82% (1580 rpm të helikës) dhe 94% (1830 rpm të helikës). Komponenti dominues i këtij vibrimi shfaqet në harmonikën e 2-të të frekuencës së rrotullimit të boshtit të manivelës Vc2, në frekuencat përkatësisht 4800 cikle/min dhe 5520 cikle/min, ku arrin vlerat 12.5 mm/sek dhe 15.8 mm/sek.

Siç u tregua në seksionet 2.5 dhe 2.2, rritja e ndjeshme e këtij komponenti në regjimet e treguara shkaktohet me shumë gjasa jo nga defekte të grupit të pistonave, por nga lëkundjet rezonante të motorit mbi amortizatorët e tij. Rregullimi i forcës së shtrëngimit të amortizatorëve, i kryer gjatë testeve, nuk solli ndryshime të ndjeshme në nivelet e vibrimit.

Kjo situatë mund të konsiderohet, me sa duket, si një gabim projektimi (konstruktivny proschet) i zhvilluesve të avionit, i pranuar gjatë zgjedhjes së sistemit të montimit (pezullimit) të motorit në trupin e avionit.

2.6.4.

Të dhënat e marra gjatë procesit të balancimit të helikës dhe testet shtesë të vibrimit të kryera sugjerojnë se monitorimi periodik i vibrimit mund të jetë i dobishëm për vlerësimin diagnostikues të gjendjes teknike të motorit të avionit, duke përfshirë vlerësimin e gjendjes së grupit të pistonave, boshtit të manivelës, kushinetave të motorit dhe transmisionit të kompresorit të ajrit.

Një punë e tillë mund të kryhet, për shembull, duke përdorur pajisjen "Balanset-1" (aktualisht e prodhuar si Balanset-1A), në softuerin e së cilës është implementuar funksioni i analizës spektrale të vibrimit.


3. Balancimi i helikës MTV-9-K-C/CL 260-27 dhe kontrolli i vibrimit të Su-29

3.1. Hyrje

Më 15 qershor 2014, u krye puna e balancimit të helikës trepalëshe të tipit MTV-9-K-C/CL 260-27, të instaluar në motorin aviacionit M-14P të avionit akrobatik Su-29.

Sipas të dhënave të ofruara nga prodhuesi (MT-Propeller), helika e treguar ishte balancuar paraprakisht statikisht, siç dëshmohet nga prania, në planin 1 të helikës, e një peshe korrigjuese të instaluar në fabrikën e prodhimit.

Balancimi i helikës, e instaluar drejtpërdrejt në boshtin dalës të reduktorit të Su-29 (d.m.th. në vendin e instalimit të saj të përhershëm), u krye duke përdorur kompletin e balancimit të vibrimeve "Balanset-1", numri serik 149.

Skema e matjes (Fig. 3.1) ishte në përgjithësi e ngjashme me atë të përdorur për Yak-52. Sensori i vibrimit (akselerometri) 1 u instalua në kutinë e reduktorit të motorit duke përdorur një mbajtëse magnetike mbi një kllapë të projektuar posaçërisht. Sensori lazer i këndit të fazës 2 u montua gjithashtu në kutinë e reduktorit dhe u orientua drejt shenjës reflektuese të vendosur në një nga krahët e helikës. Sinjalet analoge nga sensorët u transmetuan përmes kabllove te njësia matëse e pajisjes "Balanset-1", ku u krye përpunimi paraprak dixhital. Më pas, sinjalet në formë dixhitale hynin në kompjuter, ku u krye përpunimi me software dhe u llogaritën masa dhe këndi i peshës korrigjuese të nevojshme për të kompensuar çekuilibrimin e helikës.

Skema e matjes për balancimin e helikës së Su-29
Fig. 3.1. Skema e matjes për balancimin e helikës së Su-29.
Zk — rrota kryesore dhëmbëzore; Zc — satelitët; Zn — rrota dhëmbëzore fikse.

Përpara këtij pune, dhe duke marrë parasysh përvojën nga balancimi i helikës së Yak-52, u kryen studime shtesë:

  • përcaktimi i frekuencave natyrore të lëkundjeve të motorit dhe helikës së Su-29;
  • kontrollimi i madhësisë dhe përbërjes spektrale të vibrimit fillestar në kabinën e pilotit të dytë përpara balancimit.

3.2. Frekuencat Natyrore të Lëkundjeve të Motorit dhe Helikës

Duke përdorur të njëjtën metodë të eksitimit me goditje me analizuesin AD-3527, u identifikuan gjashtë frekuenca kryesore në spektrin e varjes së motorit (Fig. 3.2): 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz.

Frekuencat natyrore të varjes së motorit të Su-29
Fig. 3.2. Spektri i frekuencave natyrore të varjes së motorit të Su-29

Frekuencat 66 Hz, 88 Hz dhe 120 Hz supozohet se lidhen drejtpërdrejt me veçoritë e sistemit të montimit (varjes) të motorit në trupin e avionit. Frekuencat 16 Hz dhe 22 Hz ka më shumë gjasa të lidhen me lëkundjet natyrore të avionit si tërësi mbi shasinë e tij. Sa i përket frekuencës 37 Hz, ajo ka të ngjarë të lidhet me frekuencën natyrore të lëkundjeve të krahut të helikës së avionit.

Ky supozim i fundit konfirmohet nga rezultatet e matjeve të frekuencave natyrore të lëkundjeve të krahëve të helikës (Fig. 3.3), në spektrin e të cilave u identifikuan tre frekuenca kryesore: 37 Hz, 100 Hz dhe 174 Hz.

Frekuencat natyrore të tehut të helikës së Su-29
Fig. 3.3. Spektri i frekuencave natyrore të krahëve të helikës së Su-29

Njohja e frekuencave natyrore të varjes së motorit dhe krahëve të helikës së Su-29 ka rëndësi të konsiderueshme praktike. Së pari, ajo mundëson zgjedhjen e argumentuar të frekuencës së rrotullimit të helikës për balancim, duke siguruar shmangien maksimale nga rezonancat strukturore të avionit. Së dyti, ajo siguron bazën e nevojshme për interpretimin dhe diagnostikimin e saktë të shkaqeve të vibrimit të vëzhguara në regjime të ndryshme pune të motorit, siç do të demonstrohet në seksionet vijuese të këtij raporti.

3.3. Vibrimi Fillestar i Kabinës Përpara Balancimit

Përpara kryerjes së procedurës së balancimit, u kryen matje të niveleve fillestare të vibrimit në kabinën e pilotit të dytë të Su-29. Ashtu si në rastin e Yak-52, vibrimi u mat në drejtim vertikal duke përdorur analizuesin portativ të spektrit AD-3527 të A&D (Japoni) në gamën e frekuencave nga 5 deri në 200 Hz. Matjet u kryen në katër regjime kryesore të shpejtësisë së motorit, që korrespondojnë me 60%, 65%, 70% dhe 82% të frekuencës maksimale të rrotullimit të helikës.

Rezultatet e këtyre matjeve janë paraqitur në Tabelën 3.1.

Tabela 3.1. Përbërësit e spektrit të vibrimit përpara balancimit (Su-29)
# Shpejtësia e helikës Përbërësit e spektrit të vibrimeve,
frekuenca (CPM) / amplituda (mm/sek)
VΣ,
mm/sec
%RPM Vp1 Vn Vc1 Vp3 Vc2 Vp4 Vc3 V?
1601150 1150
5.4
1560
2.6
1740
2.0
3450 3480
4.2
6120
2.8
8.0
2651240 1240
5.7
1700
2.4
1890
1.3
3720 3780
8.6
10.6
3701320 1320
2.8
1800
2.5
2010
0.9
3960 4020
10.8
11.5
4821580 1580
3.2
2160
1.5
2400
3.0
4740 4800
8.5
9.7

Vp = harmonikat e helikës (1-rë, 3-të, 4-t)   Vn = kompresori/sensori i frekuencës   Vc1, Vc2 = boshti gungor 1-rë, 2-të   V? = përbërës i paidentifikuar. Vlera e sipërme = frekuenca (CPM), vlera e poshtme = amplituda (mm/sec).

Përbërësit kryesorë të vibrimit shfaqen në frekuencën e rrotullimit të helikës Vp1, boshti gungor Vc1, transmisioni i kompresorit Vn, dhe harmonika e 2-të e boshtit gungor Vc2 (që në rastin e helikës me tre krahë mund të përkojë gjithashtu me frekuencën e kalimit të krahut Vp3).

Në spektrin e regjimit 60%, u gjet gjithashtu një përbërës i paidentifikuar në 6120 cikle/min, i shkaktuar mundësisht nga rezonanca në afërsisht 100 Hz — një nga frekuencat natyrore të krahut të helikës.

Vibrimi total maksimal (11.5 mm/sec) u gjet në regjimin 70%. Përbërësi dominues në këtë regjim është Vc2 në 4020 cikle/min, duke arritur 10.8 mm/sec. Kjo rritje e mprehtë në 70% ka të ngjarë të shkaktohet nga lëkundjet rezonante të varjes së motorit afër 67 Hz (4020 cikle/min).

Duhet gjithashtu theksuar se, përveç eksitimeve me goditje nga grupi i pistonave, vibrimi në këtë zonë frekuencash mund të ndikohet gjithashtu nga forcat aerodinamike në frekuencën e kalimit të krahut të helikës (Vp3). Në regjimet 65% dhe 82%, vërehet një rritje e dukshme e Vc2 (Vp3) gjithashtu vërehet, çka mund të shpjegohet po ashtu nga lëkundjet rezonante të përbërësve individualë të avionit.

Përbërësi i çekuilibrimit të helikës Vp1 varionte nga 2.4 deri në 5.7 mm/sec nëpër regjime përpara balancimit, përgjithësisht më i ulët se Vc2 në regjimet përkatëse. Variacioni i tij midis regjimeve përcaktohet jo vetëm nga cilësia e balancimit, por edhe nga shkalla e shmangies nga frekuencat natyrore të elementeve strukturore të avionit.

3.4. Rezultatet e balancimit

Balancimi i helikës u krye në një plan me një frekuencë rrotullimi prej 1350 rpm, duke përdorur dy cikle matjesh (metoda klasike e koeficientëve të ndikimit). Protokolli i plotë i balancimit jepet në Shtojca 1.

Procedura e balancimit përbëhej nga operacionet e mëposhtme:

  1. Gjatë ciklit të parë (gjendja fillestare), u përcaktuan amplituda dhe faza e vibrimit në frekuencën e rrotullimit të helikës.
  2. Gjatë ciklit të dytë, u përcaktuan amplituda dhe faza e vibrimit pas instalimit të një mase provë me peshë të njohur në helikë.
  3. Bazuar në këto rezultate matjesh, software-i llogariti masën dhe këndin e instalimit të peshës korrigjuese në planin 1, të nevojshme për kompensimin e çekuilibrimit të helikës.

Rezultati: Pas instalimit të peshës korrigjuese prej 40.9 g, vibrimi u ul nga 6.7 mm/sec1.5 mm/sec. Në regjimet e tjera të shpejtësisë, vibrimi i lidhur me çekuilibrimin e helikës mbeti brenda 1–2.5 mm/sec.

Verifikimi i cilësisë së balancimit në fluturim nuk u krye për shkak të dëmtimit aksidental të helikës gjatë një fluturimi stërvitor.

Devijim i konsiderueshëm nga balancimi i fabrikës. Duhet theksuar se rezultati i marrë gjatë balancimit në terren ndryshon ndjeshëm nga rezultati i balancimit të kryer në fabrikën prodhuese:

  • Vibrimi në frekuencën e rrotullimit të heliksit pas balancimit në terren në vendin e instalimit të përhershëm (në boshtin dalës të reduktorit të Su-29) u reduktua me më shumë se 4 herë krahasuar me gjendjen fillestare (d.m.th. krahasuar me gjendjen e balancuar në fabrikë);
  • Pesha korrigjuese e instaluar gjatë balancimit në terren u zhvendos me afërsisht 130° në raport me peshën korrigjuese të instaluar në fabrikën prodhuese (MT-Propeller).

Pesha korrigjuese e instaluar në fabrikën prodhuese nuk u hoq nga heliksi gjatë balancimit shtesë në terren.

Arsyet e mospërputhjes së treguar mund të jenë si më poshtë:

  • gabime të sistemit matës të stendës së balancimit në fabrikën prodhuese (kjo arsye duket të jetë më pak e mundshme);
  • gabime gjeometrike (pasaktësi) të sipërfaqeve montuese të boshtit kryesor (spindle) të makinës balancuese në fabrikën prodhuese, që shkaktojnë rrjedhje radiale (runout) të heliksit në bosht;
  • gabime gjeometrike (pasaktësi) të sipërfaqeve montuese të boshtit dalës të reduktorit në aeroplanin Su-29, që shkaktojnë rrjedhje radiale të heliksit kur instalohet në boshtin e reduktorit.

3.5. Përfundime

3.5.1.

Balancimi i heliksit të aeroplanit Su-29 në një plan, në frekuencën e rrotullimit 1350 rpm (70%), lejoi uljen e vibrimit në frekuencën e rrotullimit të heliksit nga 6.7 mm/sek në gjendjen fillestare në 1.5 mm/sek pas balancimit. Vibrimi i lidhur me çekuilibrin e heliksit në regjimet e tjera të shpejtësisë së motorit gjithashtu u ul ndjeshëm dhe mbeti brenda intervalit 1–2.5 mm/sek.

3.5.2.

Për të sqaruar arsyet e rezultateve të pakënaqshme të balancimit të heliksit në fabrikën prodhuese (MT-Propeller), është e nevojshme të kontrollohet rrjedhja radiale e heliksit në boshtin dalës të reduktorit të motorit të aeroplanit Su-29.


Shtojca 1: Protokolli i Balancimit

PROTOKOLLI I BALANCIMIT

Helika MTV-9-K-C/CL 260-27 e avionit akrobatik Su-29

1. Klienti: V.D. Chvokov

2. Vendi i instalimit: Boshti dalës i reduktorit të Su-29

3. Lloji i heliksit: MTV-9-K-C/CL 260-27

4. Metoda e balancimit: I montuar në terren (në kushinetat e veta), një plan

5. RPM-ja e balancimit: 1350

6. Pajisja e balancimit: "Balanset-1", nr. serial 149, Vibromera

7. Standardet e përdorura: ISO 1940-1 — Kërkesat e cilësisë së balancimit për rotorët e ngurtë.

8. Data: 15.06.2014

9. Përmbledhje e rezultateve të balancimit:

#MatjeVibrimi, mm/sekÇekuilibri, g·mm
1Para balancimit *6.76135
2Pas balancimit1.51350
Toleranca ISO 1940 për klasën G 6.31500

* Balancimi u krye me peshën korrigjuese të instaluar në fabrikë duke mbetur në heliks.

10. Konstatime:

10.1. Vibrimi rezidual (çekuilibri) pas balancimit të heliksit në boshtin dalës të reduktorit të Su-29 u reduktua me më shumë se 4 herë krahasuar me gjendjen fillestare.

10.2. Parametrat e peshës korrigjuese (masa, këndi) ndryshojnë ndjeshëm nga ato të instaluara nga prodhuesi (MT-Propeller). U instalua një peshë korrigjuese shtesë prej 40.9 g, e zhvendosur me 130° nga pesha e fabrikës. Pesha e fabrikës nuk u hoq.

Për të identifikuar shkakun konkret, është e nevojshme të:

  • kontrollohet sistemi matës dhe saktësia gjeometrike e montimit të boshtit kryesor në makinën balancuese të prodhuesit;
  • kontrollohet rrjedhja radiale e heliksit në boshtin dalës të reduktorit të Su-29.

Ekzekutues:

Specialist Kryesor, Vibromera
V.D. Feldman

Pyetjet e bëra shpesh

Çfarë është balancimi i helikës në terren dhe pse është i rëndësishëm?

Balancimi i heliksit në terren kryhet me heliksin e instaluar në aeroplan, duke punuar në shpejtësinë operacionale. Ndryshe nga balancimi statik i fabrikës (i kryer jashtë aeroplanit), ai merr parasysh kushtet reale të instalimit: tolerancat e reduktorit, gjeometrinë e montimit, dhe sistemin e plotë dinamik të aeroplanit. Në rastin tonë me Su-29, pesha korrigjuese e nevojshme në terren u zhvendos me 130° nga pesha e instaluar në fabrikë — duke demonstruar se balancimi i fabrikës vetëm mund të mos jetë i mjaftueshëm për rezultate optimale.

Çfarë pajisjesh nevojiten për balancimin e helikës së avionit?

Kompleti i balancimit Balanset-1A përfshin një sensor vibrimi (akselerometër), një sensor lazer të këndit të fazës (takometër), një njësi ndërfaqeje USB për përpunimin dixhital të sinjalit, dhe një kompjuter që përdor softuerin e balancimit. Sensorët montohen në karkasën e reduktorit të motorit duke përdorur një stendë magnetike dhe një kllapë. Një shenjë me shirit reflektues në një krah të heliksit shërben si referencë e fazës.

Si përzgjidhet RPM-ja e balancimit?

Frekuenca e rrotullimit për balancim duhet të sigurojë detuning-un maksimal nga frekuencat natyrore të elementeve strukturore të aeroplanit (varja e motorit, krahët e heliksit, aeroplani mbi shasinë e tij). Përveç kësaj, RPM-ja e zgjedhur duhet të japë matje të qëndrueshme të vibrimit në amplitudë dhe fazë nga një xhiro në tjetrën. Për Yak-52, u zgjodh 1150 rpm (60%); për Su-29, 1350 rpm (70%).

Cilat nivele vibrimi janë të pranueshme pas balancimit?

Sipas ISO 1940 për klasën G 6.3, çekuilibri rezidual nuk duhet të kalojë 1500 g·mm. Në praktikë, rezultatet e mira japin vibrim nën 2.5 mm/sek RMS në frekuencën e rrotullimit të heliksit. Në Su-29, balancimi arriti 1.5 mm/sek me çekuilibër rezidual 1350 g·mm — brenda tolerancës ISO.

A mund të eliminojë balancimi i helikës të gjitha vibrimet e avionit?

Jo. Spektri i vibrimit të një aeroplani me motor me piston përmban komponentë nga boshti gerdan (krank), grupi i pistonave, transmisioni i kompresorit të ajrit, dhe rezonancat strukturore. Analiza jonë e Yak-52 tregoi se edhe eliminimi i plotë i çekuilibrit të heliksit do ta ulte vibrimin total me jo më shumë se rreth 1.5 herë në shumicën e regjimeve operacionale. Në regjimet 82% dhe 94%, harmonika e 2-të e boshtit gerdan dominonte vibrimin total me një faktor prej 3–7 mbi komponentin e heliksit.

Sa shpesh duhet të balancohen helikat e avionëve?

Helikat duhet të balancohen gjatë inspektimeve të mëdha, pas riparimeve ose dëmtimeve, dhe sa herë që vërehet dridhje e tepërt. Avionët akrobatikë mund të kërkojnë balancim më të shpeshtë për shkak të ngarkesave më të larta të stresit. Monitorimi periodik i dridhjeve duke përdorur analizën spektrale (i disponueshëm në softuerin Balanset-1A) mund të shërbejë gjithashtu si mjet diagnostikimi për vlerësimin e gjendjes së motorit.

Cilat modele Balanset janë të disponueshme për balancimin e helikës?

Vibromera ofron disa modele të përshtatshme për balancimin e helikave dhe rotorëve: Balanset-1A (€1.975) është një sistem portativ me dy kanale i përdorur në këtë studim; Balanset-1A OEM (€1.735) është një version i gatshëm për integrim, i destinuar për punishte dhe organizata mirëmbajtjeje; Balanset-4 (€6.803) është një sistem me katër kanale për detyra komplekse balancimi me shumë plane. Të gjitha modelet përfshijnë aftësinë e analizës spektrale të dridhjeve dhe furnizohen me sensorë dridhjeje, takometer laser, pajisje montimi magnetike dhe softuer për PC.

A mund të kryejë Vibromera balancim helike në vend si shërbim?

Po. Përveç prodhimit dhe shitjes së pajisjeve të balancimit, Vibromera ofron shërbime balancimi në terren për makineri rrotulluese. Për organizatat që nuk kanë nevojë për pajisjet e tyre të balancimit, ose për detyra komplekse njëhershme, specialistët e Vibromera-s mund të kryejnë balancim dinamik në vend duke përdorur të njëjtën instrumentacion Balanset të përshkruar në këtë raport. Kërkesat për shërbim mund të dërgohen përmes faqes së kontaktit.