Балансирање пропелера авиона у теренским условима: Професионални инжењерски приступ
Од стране главног инжењера В. Д. Фелдмана
БСТУ „Военмецх“ по имену ДФ Устинов
Факултет за наоружање и системе наоружања „Е“
Одељење Е7 „Механика деформабилног чврстог тела“
Главни инжењер и програмер инструмената серије Balanset
Уредио/ла Н.А. Шелковенко
Оптимизовано помоћу вештачке интелигенције
Када мотор авиона доживи прекомерне вибрације током лета, то није само механички проблем – то је критично безбедносно питање које захтева хитну пажњу. Неуравнотежени пропелери могу довести до катастрофалних кварова, угрожавајући и интегритет авиона и безбедност пилота. Ова свеобухватна анализа представља методологије тестиране на терену за балансирање пропелера користећи напредну преносиву опрему, засновану на богатом практичном искуству са различитим типовима авиона.
1. Позадина и мотивација за балансирање пропелера на терену
Пре две и по године, наше предузеће је започело серијску производњу уређаја „Балансет 1“, посебно дизајнираног за балансирање ротационих механизама у сопственим лежајевимаОвај револуционарни приступ опрема за балансирање на терену је променио начин на који приступамо одржавању авиона.
До данас је произведено више од 180 комплета, који се ефикасно користе у различитим индустријама, укључујући производњу и рад вентилатора, дуваљки, електромотора, машинских вретена, пумпи, дробилица, сепаратора, центрифуга, карданских и радилица и других механизама. Међутим, балансирање пропелера авиона Примена се показала као једна од најкритичнијих и најзахтевнијих.
У последње време, наше предузеће је примило велики број упита од организација и појединаца у вези са могућношћу коришћења наше опреме за балансирање елиса авиона и хеликоптера у теренским условимаОвај пораст интересовања одражава растуће препознавање важности правилног одржавање пропелера у безбедности ваздухопловства.
Нажалост, наши стручњаци, са дугогодишњим искуством у балансирању разних машина, никада се раније нису бавили овим специфичним изазовом у ваздухопловству. Стога су савети и препоруке које смо могли да пружимо нашим купцима били веома општи и нису им увек омогућавали да ефикасно реше сложене проблеме повезане са анализа вибрација авиона и корекција неравнотеже пропелера.
Ова ситуација је почела да се побољшава овог пролећа. То је било захваљујући активном ставу В. Д. Чвокова, који је организовао и активно учествовао са нама у раду на балансирање пропелера авиона Јак-52 и Су-29, којима пилотира. Његово практично искуство у ваздухопловству, у комбинацији са нашим инжењерским знањем, створило је савршену основу за развој поузданих поступци балансирања пропелера.
2. Свеобухватна анализа балансирања и вибрација пропелера акробатског авиона Јак-52
2.1. Увод у напредно праћење вибрација авиона
У периоду од маја до јула 2014. године, обављен је опсежан рад на истраживање вибрација авиона Јак-52 опремљеног авионским мотором М-14П, и балансирање његовог двокрилног пропелераОва свеобухватна студија представља једну од најдетаљнијих анализа динамика пропелера авиона икада спроведених у теренским условима.
The балансирање пропелера извршено је у једној равни коришћењем комплета за балансирање „Balanset 1“, серијски број 149. Овај приступ балансирању у једној равни је посебно дизајниран за динамичко балансирање примене где однос дужине и пречника ротора омогућава ефикасну корекцију кроз једну раван корекције.
Шема мерења која се користи током балансирање пропелера је приказано на слици 2.1, која илуструје прецизно постављање сензора кључно за тачно vibration analysis.
Током процес балансирања пропелераСензор вибрација (акцелерометар) 1 је инсталиран на предњем поклопцу мењача мотора помоћу магнетног система за монтажу на специјално дизајнираном носачу. Овакав положај обезбеђује оптимално прикупљање сигнала уз одржавање безбедносних протокола неопходних за одржавање авијације.
Ласерски сензор фазног угла 2 је такође инсталиран на поклопцу мењача и оријентисан према рефлектујућој ознаци нанесеној на једну од лопатица пропелера. Ова конфигурација омогућава прецизно мерење фазног угла, што је кључно за одређивање тачне локације корекција неравнотеже пропелера тегови.
Аналогни сигнали са сензора су се преносили преко заштићених каблова до мерне јединице уређаја „Balanset 1“, где су прошли софистицирану дигиталну претходну обраду како би се елиминисао шум и побољшао квалитет сигнала.
Затим су ови сигнали у дигиталном облику послати у рачунар, где су напредни софтверски алгоритми обрађивали ове сигнале и израчунавали масу и угао корекционог тега потребног за компензацију неравнотежа пропелераОвај рачунарски приступ обезбеђује математичку прецизност у балансирање прорачуна.
Техничке напомене:
- Зк – главни зупчаник мењача
- Зс – сателити мењача
- Zn – непокретни зупчаник мењача
2.2. Развијене напредне технике и технологије
Током извршења овог посла, стечене су одређене критичне вештине и свеобухватан технологија за балансирање елиса авиона у теренским условима коришћењем уређаја „Балансет 1“ развијен је, укључујући:
- Оптимизација инсталације сензора: Одређивање оптималних локација и метода за инсталирање (причвршћивање) сензора вибрација и фазног угла на структуру авиона како би се максимизирао квалитет сигнала уз обезбеђивање безбедносне усклађености;
- Анализа резонантне фреквенције: Одређивање резонантних фреквенција неколико структурних елемената авиона (вешање мотора, лопатице елисе) како би се избегло побуђивање током поступака балансирања;
- Избор режима рада: Идентификовање фреквенција ротације мотора (режима рада) које обезбеђују минималну преосталу неравнотежу током операције балансирања пропелера;
- Стандарди квалитета: Утврђивање толеранција за преосталу неравнотежу елисе према међународним ваздухопловним стандардима и безбедносним захтевима.
Поред тога, вредни подаци о нивои вибрација авиона опремљени моторима М-14П су набављени, што је значајно допринело бази знања о одржавању авијације.
У наставку су детаљни извештајни материјали састављени на основу резултата ових радова. У њима, поред резултати балансирања пропелера, свеобухватни подаци о истраживања вибрација Дати су снимци авиона Јак-52 и Су-29 добијени током земаљских и летачких испитивања.
Ови подаци могу бити од значајног интереса како за пилоте авиона, тако и за стручњаке који се баве одржавање авиона, пружајући практичне увиде за побољшање протоколи безбедности ваздухопловства.
Током извођења овог посла, узимајући у обзир искуство стечено у балансирање пропелера О авионима Су-29 и Јак-52 спроведен је низ додатних свеобухватних студија, укључујући:
- Анализа природне фреквенције: Одређивање сопствених фреквенција осцилација мотора и пропелера авиона Јак-52;
- Процена вибрација у лету: Провера величине и спектралног састава вибрација у кабини другог пилота током лета након балансирање пропелера;
- Оптимизација система: Провера величине и спектралног састава вибрација у кабини другог пилота током лета након балансирање пропелера и подешавање силе затезања амортизера мотора.
2.2. Резултати студија о природним фреквенцијама осцилација мотора и пропелера
Природне фреквенције осцилација мотора, монтираних на амортизерима у телу авиона, одређене су коришћењем професионалног анализатора спектра AD-3527 произвођача A&D (Јапан) путем контролисаног ударног побуђивања осцилација мотора. Ова методологија представља златни стандард у анализа вибрација авиона.
У спектру природних осцилација суспензије мотора авиона Јак-52, чији је пример приказан на слици 2.2, четири главне фреквенције су идентификоване са високом прецизношћу: 20 Hz, 74 Hz, 94 Hz, 120 Hz. Ове фреквенције су кључне за разумевање динамичко понашање авиона и оптимизацију поступци балансирања пропелера.
Анализа фреквенција и импликације:
Фреквенције од 74 Hz, 94 Hz и 120 Hz су вероватно повезане са специфичним карактеристикама система за ношење (вешање) мотора на тело авиона. Ове фреквенције се морају пажљиво избегавати током операције балансирања пропелера да би се спречило резонантно побуђивање.
Фреквенција од 20 Hz је највероватније повезана са природним осцилацијама целог авиона на шасији стајног трапа, што представља основни мод целе структуре авиона.
Природне фреквенције лопатица пропелера су такође одређене коришћењем исте ригорозне методе побуђивања ударом, чиме се обезбеђује доследност у методологији мерења.
У овој свеобухватној анализи, идентификоване су четири главне фреквенције: 36 Hz, 80 Hz, 104 Hz и 134 Hz. Ове фреквенције представљају различите вибрационе модове лопатица пропелера и неопходне су за оптимизација балансирања пропелера.
Значај инжењерства:
Подаци о природним фреквенцијама осцилација елисе и мотора авиона Јак-52 могу бити посебно важни при избору фреквенција ротације пропелера користи се током балансирања. Главни услов за избор ове фреквенције је осигурање њеног максималног могућег одступања од природних фреквенција структурних елемената авиона, чиме се избегавају резонантни услови који би могли појачати вибрације уместо да их смање.
Поред тога, познавање природних фреквенција појединачних компоненти и делова авиона може бити изузетно корисно за идентификовање узрока наглих повећања (у случају резонанције) одређених компоненти спектра вибрација при различитим режимима брзине мотора, омогућавајући предиктивне стратегије одржавања.
2.3. Резултати балансирања пропелера и анализа перформанси
Као што је горе наведено, балансирање пропелера изведено је у једној равни, што је резултирало ефикасном компензацијом динамичке неравнотеже силе пропелера. Овај приступ је посебно погодан за пропелере код којих је аксијална димензија релативно мала у поређењу са пречником.
Извођење dynamic balancing in two planes, што би теоретски омогућило компензацију неравнотеже и силе и момента елисе, није било технички изводљиво, јер дизајн елисе инсталиране на авиону Јак-52 омогућава формирање само једне приступачне равни корекције. Ово ограничење је уобичајено у многим инсталацијама елисе авиона.
The балансирање пропелера извршено је на пажљиво одабраној фреквенцији ротације од 1150 о/мин (максимално 60%), на којој је било могуће добити најстабилније резултате мерења вибрација у погледу амплитуде и фазе од почетка до почетка. Овај избор фреквенције био је кључан за обезбеђивање поновљивости и тачности мерења.
The поступак балансирања пропелера пратио је стандардну индустријску шему „двоструког циклуса“, која пружа математички робусне резултате:
- Почетно мерење: Током првог вожње, амплитуда и фаза вибрација на фреквенцији ротације пропелера у његовом почетном стању одређене су са великом прецизношћу.
- Трчање са пробном тежином: Током другог вожње, одређене су амплитуда и фаза вибрација на фреквенцији обртања пропелера након постављања прецизно израчунате пробне масе од 7 g на пропелер.
- Фаза израчунавања: На основу ових свеобухватних података, маса M = 19,5 g и угао уградње корекционог тега F = 32° израчунати су коришћењем софистицираних софтверских алгоритама.
Изазов и решење практичне имплементације:
Због конструктивних карактеристика пропелера, које не дозвољавају постављање корекционог тега под теоретски потребним углом од 32°, на пропелер су стратешки постављена два еквивалентна тега како би се постигао исти ефекат збира вектора:
- Тежина М1 = 14 г под углом F1 = 0° (референтна позиција)
- Тежина М2 = 8,3 г под углом F2 = 60° (померај)
Овај приступ двоструке тежине показује флексибилност потребну у пракси балансирање пропелера авиона операције, где теоријска решења морају бити прилагођена ограничењима из стварног света.
Постигнути квантитативни резултати:
Након постављања одређених корекционих тегова на пропелер, вибрације мерене на фреквенцији ротације од 1150 о/мин и повезане са неравнотежа пропелера драматично се смањио са 10,2 мм/сек у почетном стању до 4,2 мм/сек након балансирања – што представља Побољшање 59% у смањењу вибрација.
Што се тиче стварне квантификације неравнотеже, неравнотежа пропелера се смањила са 2340 г*мм до 963 г*мм, демонстрирајући ефикасност поступак балансирања поља.
2.4. Свеобухватна процена вибрација на вишеструким радним фреквенцијама
Резултати провере вибрација авиона Јак-52, извршених при другим режимима рада мотора, добијени током свеобухватних тестова на земљи, приказани су у Табели 2.1. Ова вишефреквентна анализа пружа кључне увиде у ефикасност балансирање пропелера кроз цео оперативни оквир.
Као што се јасно може видети из табеле, балансирање пропелера изведена вежба је позитивно утицала на вибрационе карактеристике авиона Јак-52 у свим његовим режимима рада, демонстрирајући робусност решења за балансирање.
Табела 2.1. Резултати вибрација у различитим режимима рада
| № | Подешавање снаге мотора (%) | Фреквенција ротације пропелера (о/мин) | RMS брзина вибрација (mm/sec) | Оцена побољшања |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 1153 | 4.2 | Одлично |
| 2 | 65 | 1257 | 2.6 | Изузетан |
| 3 | 70 | 1345 | 2.1 | Изузетан |
| 4 | 82 | 1572 | 1.25 | Изузетно |
2.5. Анализа вибрација у лету пре и после подешавања амортизера
Штавише, током свеобухватних тестова на земљи, значајно смањење вибрације авиона је идентификован са повећањем фреквенције ротације пропелера. Овај феномен пружа драгоцене увиде у однос између радних параметара и карактеристике вибрација авиона.
Ово смањење вибрација може се објаснити већим степеном раздвајања фреквенције ротације пропелера од природне фреквенције осцилација авиона на шасији (вероватно 20 Hz), што се дешава када се фреквенција ротације пропелера повећа. Ово показује важност разумевања динамичко понашање авиона за оптималан рад.
Поред свеобухватних вибрационих тестова спроведених након балансирање пропелера на земљи (видети одељак 2.3), детаљна мерења вибрација авиона Јак-52 у лету су спроведена коришћењем напредне инструментације.
Методологија испитивања лета: Вибрације у лету су мерене у кабини другог пилота у вертикалном смеру коришћењем преносивог анализатора спектра вибрација модела AD-3527 произвођача A&D (Јапан) у фреквентном опсегу од 5 до 200 (500) Hz. Овај свеобухватни фреквентни опсег обезбеђује снимање свих значајних компоненти вибрација.
Мерења су систематски вршена на пет главних режима брзине мотора, респективно једнаких 60%, 65%, 70% и 82% његове максималне фреквенције ротације, пружајући комплетну анализу оперативног спектра.
Резултати мерења, спроведених пре подешавања амортизера, приказани су у свеобухватној Табели 2.2 испод.
Табела 2.2. Детаљна анализа компоненти спектра вибрација
| Режим | Снага (%) | RPM | Вв1 (Хз) | Појачало Vв1 | Вн (Хз) | Појачало Vн | Вк1 (Хз) | Појачало Vк1 | Вв2 (Хз) | Појачало Vв2 | Вк2 (Хз) | Појачало Vк2 | Укупно V∑ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 1155 | 1155 | 4.4 | 1560 | 1.5 | 1755 | 1.0 | 2310 | 1.5 | 3510 | 4.0 | 6.1 |
| 2 | 65 | 1244 | 1244 | 3.5 | 1680 | 1.2 | 1890 | 2.1 | 2488 | 1.2 | 3780 | 4.1 | 6.2 |
| 3 | 70 | 1342 | 1342 | 2.8 | 1860 | 0.4 | 2040 | 3.2 | 2684 | 0.4 | 4080 | 2.9 | 5.0 |
| 4 | 82 | 1580 | 1580 | 4.7 | 2160 | 2.9 | 2400 | 1.1 | 3160 | 0.4 | 4800 | 12.5 | 13.7 |
Као примери детаљне спектралне анализе, слике 2.3 и 2.4 приказују стварне графиконе спектра добијене при мерењу вибрација у кабини авиона Јак-52 у режимима 601ТП3Т и 941ТП3Т који су коришћени за свеобухватно прикупљање података у Табели 2.2.
Свеобухватна анализа спектра:
Као што се види из табеле 2.2, главне компоненте вибрације мерене у другој пилотској кабини појављују се на фреквенцијама ротације пропелера В.в1 (наглашено жутом бојом), радилица мотора Вк1 (означено плавом бојом), и погон ваздушног компресора (и/или сензор фреквенције) Вн (означено зеленом), као и на њиховим вишим хармоницима Вв2, Вв4, Вв5, и Вк2, Вк3.
Максимална укупна вибрација В∑ је пронађен при режимима брзине 82% (1580 обртаја пропелера) и 94% (1830 обртаја), што указује на специфичне резонантне услове у овим критичним радним тачкама.
Главна компонента ове вибрације јавља се на 2. хармонику фреквенције В ротације радилице моторак2 и респективно достиже значајне вредности од 12,5 мм/с при фреквенцији од 4800 циклуса/мин и 15,8 мм/с при фреквенцији од 5520 циклуса/мин.
Инжењерска анализа и идентификација узрока:
Може се разумно претпоставити да је ова значајна компонента вибрација повезана са радом клипне групе мотора (ударајући процеси који се јављају током двоструког кретања клипова по једном обртају радилице), што представља фундаменталну динамику мотора.
Нагли пораст ове компоненте на режимима 821ТП3Т (први номинални) и 941ТП3Т (полетање) највероватније није узрокован механичким дефектима у клипној групи, већ резонантним осцилацијама мотора постављеног у телу авиона на амортизерима.
Овај закључак снажно поткрепљују претходно дискутовани експериментални резултати провере природних фреквенција осцилација суспензије мотора, у чијем спектру се налазе 74 Hz (4440 циклуса/мин), 94 Hz (5640 циклуса/мин) и 120 Hz (7200 циклуса/мин).
Две од ових природних фреквенција, 74 Hz и 94 Hz, су изузетно блиске фреквенцијама другог хармоника ротације радилице, које се јављају на првом номиналном и полетном режиму мотора, стварајући класичне резонантне услове.
Због значајних вибрација на другом хармонику радилице, утврђених током свеобухватних испитивања вибрација на првом номиналном и полетном режиму рада мотора, извршена је систематска провера и подешавање силе затезања амортизера вешања мотора.
Упоредни резултати испитивања добијени пре и после подешавања амортизера за фреквенцију ротације пропелера (Вв1) и 2. хармоник фреквенције ротације радилице (Вк2) приказани су у табели 2.3.
Табела 2.3. Анализа утицаја подешавања амортизера
| Режим | Снага (%) | RPM (пре/после) | Вв1 Пре | Вв1 После | Вк2 Пре | Вк2 После | Побољшање |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 1155 / 1140 | 4.4 | 3.3 | 3.6 | 3.0 | Умерено |
| 2 | 65 | 1244 / 1260 | 3.5 | 3.5 | 4.1 | 4.3 | Минимално |
| 3 | 70 | 1342 / 1350 | 2.8 | 3.3 | 2.9 | 1.2 | Значајан |
| 4 | 82 | 1580 / 1590 | 4.7 | 4.2 | 12.5 | 16.7 | Погоршано |
| 5 | 94 | 1830 / 1860 | 2.2 | 2.7 | 15.8 | 15.2 | Благо |
Као што се види из Табеле 2.3, подешавање амортизера није довело до значајних побољшања главних компоненти вибрација авиона, а у неким случајевима је чак резултирало и мањим погоршањем.
Анализа ефикасности балансирања пропелера:
Такође треба напоменути да је амплитуда спектралне компоненте повезане са неравнотежа пропелера Вв1, детектована у режимима 82% и 94% (видети табеле 2.2 и 2.3), је респективно 3-7 пута нижа од амплитуде Vк2, присутно у овим режимима. Ово показује да балансирање пропелера био је веома ефикасан у решавању примарног извора вибрација повезаних са пропелером.
На другим режимима лета, компонента Вв1 креће се од 2,8 до 4,4 мм/с, што представља прихватљиве нивое за нормалан рад авиона.
Штавише, као што се види из табела 2.2 и 2.3, његове промене при преласку из једног режима у други углавном нису одређене квалитетом балансирање пропелера, већ степеном одступања фреквенције ротације пропелера од природних фреквенција различитих структурних елемената авиона.
2.6. Стручни закључци и инжењерске препоруке
2.6.1. Ефикасност балансирања пропелера
The балансирање пропелера авиона Јак-52, спроведено при фреквенцији ротације пропелера од 1150 о/мин (60%), успешно је постигло значајно смањење вибрација пропелера са 10,2 мм/с на 4,2 мм/с, што представља значајно побољшање глаткоће рада авиона.
С обзиром на богато искуство стечено током балансирање елиса авиона Јак-52 и Су-29 Коришћењем професионалног уређаја „Балансет-1“, може се са сигурношћу претпоставити да постоји реална могућност постизања још већег смањења нивоа вибрација елисе авиона Јак-52.
Ово додатно побољшање може се постићи, посебно, одабиром другачије (више) фреквенције ротације пропелера током поступка његовог балансирања, што омогућава веће одступање од природне фреквенције осциловања авиона од 20 Hz (1200 циклуса/мин), која је прецизно идентификована током свеобухватних тестова.
2.6.2. Анализа вибрација из више извора
Као што су показали резултати свеобухватних вибрационих тестова авиона Јак-52 у лету, његови вибрациони спектри (поред горе поменуте компоненте која се појављује на фреквенцији ротације пропелера) садрже неколико других значајних компоненти повезаних са радом радилице, клипне групе мотора, као и погона ваздушног компресора (и/или сензора фреквенције).
Величине ових вибрација у модовима 60%, 65% и 70% су упоредиве са магнитудом вибрација повезаних са неравнотежа пропелера, што указује да више извора вибрација доприноси укупном потпису вибрација авиона.
Детаљна анализа ових вибрација показује да чак и потпуно елиминисање вибрација из неравнотежа пропелера смањиће укупне вибрације авиона у овим режимима за највише 1,5 пута, истичући важност холистичког приступа управљање вибрацијама авиона.
2.6.3. Идентификација критичног режима рада
Максимална укупна вибрација В∑ авиона Јак-52 је пронађен на режимима брзине 821ТП3Т (1580 обртаја пропелера) и 941ТП3Т (1830 обртаја пропелера), што их идентификује као критичне радне услове који захтевају посебну пажњу.
Главна компонента ове вибрације јавља се на 2. хармонику фреквенције В ротације радилице моторак2 (на фреквенцијама од 4800 циклуса/мин или 5520 циклуса/мин), где достиже вредности од 12,5 мм/с и 15,8 мм/с, респективно.
Може се разумно закључити да је ова компонента повезана са основним радом клипне групе мотора (ударни процеси који се јављају током двоструког кретања клипова по једном обртају радилице).
Нагли пораст ове компоненте на режимима 821ТП3Т (први номинални) и 941ТП3Т (полетање) највероватније није узрокован механичким дефектима у клипној групи, већ резонантним осцилацијама мотора постављеног у телу авиона на амортизерима.
Систематско подешавање амортизера спроведено током испитивања није довело до значајних побољшања карактеристика вибрација.
Ова ситуација се вероватно може сматрати разматрањем дизајна од стране програмера авиона приликом избора система за носање (вешање) мотора у телу авиона, што сугерише потенцијална подручја за будућу оптимизацију дизајна авиона.
2.6.4. Препоруке за дијагностичко праћење
Свеобухватни подаци добијени током балансирање пропелера и додатни тестови вибрација (видети резултате тестова лета у одељку 2.5) омогућавају закључак да периодични праћење вибрација може бити изузетно корисно за дијагностичку процену техничког стања мотора авиона.
Такав дијагностички рад може се ефикасно обавити, на пример, коришћењем професионалног уређаја „Балансет-1“, у којем напредни софтвер укључује софистициране функције спектралне анализе вибрација, омогућавајући предиктивне стратегије одржавања.
3. Свеобухватни резултати балансирања пропелера MTV-9-KC/CL 260-27 и истраживања вибрација акробатског авиона Су-29
3.1. Увод у балансирање трокраких пропелера
Свеобухватни балансирање тролопатичног пропелера MTV-9-KC/CL 260-27 Тестирање авионског мотора М-14П акробатског авиона Су-29 спроведено је коришћењем напредних техника балансирања на терену.
Према речима произвођача, пропелер је претходно статички балансиран у фабрици, што се види по присуству корективног тега у равни 1, инсталираног у фабрици. Међутим, како ће наша анализа касније открити, фабричко балансирање често се покаже недовољним за оптималне перформансе на терену.
The балансирање пропелера, директно инсталиран на авиону Су-29, извршен је коришћењем професионалног комплета за балансирање вибрација „Balanset-1“, серијски број 149, демонстрирајући ефикасност опрема за балансирање на терену за примене у авијацији.
Шема мерења која се користи током балансирање пропелера Поступак је приказан на слици 3.1, илуструјући прецизност потребну за балансирање трокрилног пропелера.
Током процес балансирања пропелераСензор вибрација (акцелерометар) 1 је монтиран на кућиште мењача мотора помоћу магнетног система за монтажу на специјално дизајнираном носачу, обезбеђујући оптимално примање сигнала за анализа вибрација авиона.
Ласерски сензор фазног угла 2 је такође монтиран на кућиште мењача и оријентисан према рефлектујућој ознаци нанесеној на једну од лопатица пропелера, омогућавајући прецизно мерење фазног угла неопходно за тачно корекција неравнотеже пропелера.
Аналогни сигнали са сензора су се преносили преко заштићених каблова до мерне јединице уређаја „Балансет-1“, где су прошли софистицирану дигиталну претходну обраду како би се осигурао квалитет и тачност сигнала.
Затим су ови сигнали послати у дигиталном облику у рачунар, где је вршена напредна софтверска обрада ових сигнала и израчуната маса и угао корективног тега потребни за компензацију неравнотежа пропелера израчунати су са математичком прецизношћу.
Техничке спецификације мењача:
- Зк – главни зупчаник мењача са 75 зубаца
- Зц – сателити мењача у количини од 6 комада са по 18 зубаца
- Зн – непокретни зупчаник мењача са 39 зубаца
Пре него што се започне овај свеобухватни посао, узимајући у обзир драгоцено искуство стечено од балансирање пропелера авиона Јак-52, спроведен је низ додатних критичких студија, укључујући:
- Анализа природне фреквенције: Одређивање природних фреквенција осцилација мотора и елисе авиона Су-29 ради оптимизације параметара балансирања;
- Основна процена вибрација: Провера магнитуде и спектралног састава почетних вибрација у кабини другог пилота пре балансирања ради утврђивања основних услова.
3.2. Резултати студија о природним фреквенцијама осцилација мотора и пропелера
Природне фреквенције осцилација мотора, монтираних на амортизерима у телу авиона, одређене су коришћењем професионалног анализатора спектра AD-3527 произвођача A&D (Јапан) путем контролисаног ударног побуђивања осцилација мотора, обезбеђујући прецизно... анализа вибрација авиона.
У спектру природних осцилација вешања мотора (видети слику 3.2), шест главних фреквенција је идентификовано са високом прецизношћу: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz. Ова свеобухватна фреквентна анализа је кључна за оптимизацију поступци балансирања пропелера.
Анализа фреквенција и инжењерска интерпретација:
Од ових идентификованих фреквенција, претпоставља се да су фреквенције 66 Hz, 88 Hz и 120 Hz директно повезане са специфичним карактеристикама система за носање (вешање) мотора на тело авиона, што представља структурне резонанције које се морају избегавати током операције балансирања пропелера.
Фреквенције од 16 Hz и 22 Hz су највероватније повезане са природним осцилацијама целог авиона на шасији, представљајући основне структурне модове авиона.
Фреквенција од 37 Hz је вероватно повезана са природном фреквенцијом осцилација лопатица елисе авиона, што представља критичну динамичку карактеристику елисе.
Ову претпоставку потврђују резултати провере природних фреквенција осцилација елисе, такође добијених методом ригорозног ударног побуђивања.
У спектру природних осцилација лопатице пропелера (видети слику 3.3), идентификоване су три главне фреквенције: 37 Hz, 100 Hz и 174 Hz, што потврђује корелацију између природних фреквенција пропелера и мотора.
Инжењерски значај балансирања пропелера:
Подаци о природним фреквенцијама осцилација лопатица елисе и мотора авиона Су-29 могу бити посебно важни при избору фреквенција ротације пропелера користи се током балансирања. Главни услов за избор ове фреквенције јесте обезбеђивање њеног максимално могућег разштимовања од природних фреквенција структурних елемената авиона.
Штавише, познавање природних фреквенција појединачних компоненти и делова авиона може бити изузетно корисно за идентификовање узрока наглих повећања (у случају резонанције) одређених компоненти спектра вибрација при различитим режимима брзине мотора, омогућавајући предиктивне стратегије одржавања.
3.3. Провера вибрација у другој пилотској кабини авиона Су-29 на земљи пре балансирања
Почетне карактеристике вибрација авиона Су-29, идентификоване раније балансирање пропелера, мерени су у другој пилотској кабини у вертикалном смеру коришћењем преносивог анализатора спектра вибрација модела AD-3527 произвођача A&D (Јапан) у фреквентном опсегу од 5 до 200 Hz.
Мерења су систематски вршена на четири главна режима брзине мотора, респективно једнаким 60%, 65%, 70% и 82% његове максималне фреквенције ротације, пружајући свеобухватне основне податке за анализа вибрација авиона.
Добијени свеобухватни резултати приказани су у Табели 3.1.
Табела 3.1. Анализа основних вибрација пре балансирања пропелера
| Режим | Снага (%) | RPM | Вв1 (мм/сец) | Вн (мм/сец) | Вк1 (мм/сец) | Вв3 (мм/сец) | Вк2 (мм/сец) | Укупно V∑ (мм/сец) | Процена |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 1150 | 5.4 | 2.6 | 2.0 | – | – | 8.0 | Умерено |
| 2 | 65 | 1240 | 5.7 | 2.4 | 3.2 | – | – | 10.6 | Повишено |
| 3 | 70 | 1320 | 5.2 | 3.0 | 2.5 | – | – | 11.5 | Високо |
| 4 | 82 | 1580 | 3.2 | 1.5 | 3.0 | – | 8.5 | 9.7 | Повишено |
Као што се види из Табеле 3.1, главне компоненте вибрација се јављају на фреквенцијама ротације пропелера Vв1, радилица мотора Вк1, и погон ваздушног компресора (и/или сензор фреквенције) Вн, као и на 2. хармонику радилице Вк2 а могуће и 3. (лопатичаста) хармоника пропелера Вв3, који је по фреквенцији близак другом хармонику радилице.
Детаљна анализа компоненти вибрација:
Штавише, у спектру вибрација на брзинском режиму 60%, пронађена је неидентификована компонента са израчунатим спектром на фреквенцији од 6120 циклуса/мин, што може бити узроковано резонанцијом на фреквенцији од око 100 Hz једног од структурних елемената авиона. Такав елемент би могао бити пропелер, чија је једна од природних фреквенција 100 Hz, што демонстрира сложену природу потписи вибрација авиона.
Максимална укупна вибрација авиона В∑, достижући 11,5 мм/с, пронађена је у режиму брзине 70%, што указује на критично радно стање које захтева пажњу.
Главна компонента укупне вибрације у овом режиму јавља се на 2. хармонику (4020 циклуса/мин) фреквенције ротације радилице мотора В.к2 и једнака је 10,8 mm/sec, што представља значајан извор вибрација.
Анализа узрока:
Може се разумно претпоставити да је ова компонента повезана са основним радом клипне групе мотора (ударни процеси који се јављају током двоструког кретања клипова по једном обртају радилице).
Оштар пораст ове компоненте у режиму 701ТП3Т вероватно је последица резонантних осцилација једног од конструктивних елемената авиона (огибљење мотора у телу авиона) на фреквенцији од 67 Хз (4020 циклуса/мин).
Треба напоменути да поред ударних сметњи повезаних са радом клипне групе, на величину вибрације у овом фреквентном опсегу може утицати и аеродинамичка сила која се манифестује на фреквенцији лопатица пропелера (Вв3).
У режимима брзине 651ТП3Т и 821ТП3Т, приметно повећање компоненте Вк2 (Вв3) се такође уочава, што се такође може објаснити резонантним осцилацијама појединих компоненти авиона.
Амплитуда спектралне компоненте повезане са неравнотежа пропелера Вв1, идентификован у главним режимима брзине пре балансирања, кретао се од 2,4 до 5,7 мм/сец, што је генерално ниже од вредности Вк2 на одговарајућим режимима.
Штавише, као што се види из табеле 3.1, његове промене при преласку са једног режима на други су одређене не само квалитетом балансирања већ и степеном одступања фреквенције ротације пропелера од сопствених фреквенција конструктивних елемената авиона.
3.4. Резултати балансирања пропелера и анализа перформанси
The балансирање пропелера изведен је у једној равни на пажљиво одабраној фреквенцији ротације. Као резултат таквог балансирања, неравнотежа динамичке силе пропелера је ефикасно компензована, демонстрирајући ефикасност балансирање у једној равни за ову конфигурацију пропелера са три лопатице.
Детаљан протокол балансирања дат је у наставку, у Додатку 1, и документује комплетну процедуру за обезбеђивање квалитета и будуће референце.
The балансирање пропелера извршено је при фреквенцији ротације пропелера од 1350 о/мин и укључивало је два прецизна мерења пратећи процедуре индустријског стандарда.
Поступак систематског балансирања:
- Мерење почетног стања: Током првог вожње, амплитуда и фаза вибрација на фреквенцији ротације пропелера у почетном стању су одређене са високом прецизношћу.
- Мерење пробне тежине: Током друге вожње, одређене су амплитуда и фаза вибрације на фреквенцији ротације пропелера након постављања пробне масе познате тежине на елису.
- Израчунавање и имплементација: На основу резултата ових мерења, маса и угао уградње корективног тега у равни 1 одређени су коришћењем напредних рачунарских алгоритама.
Постигнути изузетни резултати балансирања:
Након уградње израчунате вредности корективног тега на пропелер, која је износила 40,9 g, вибрације при овом режиму брзине су се драматично смањиле са 6,7 мм/сек у почетном стању до 1,5 мм/сек након балансирања – што представља изванредан Побољшање 78% у смањењу вибрација.
Ниво вибрација повезан са неравнотежа пропелера при другим режимима брзине такође се значајно смањио и остао у прихватљивом опсегу од 1 до 2,5 мм/с након балансирања, што показује робусност решења за балансирање у целом оперативном опсегу.
Провера утицаја квалитета балансирања на ниво вибрација авиона у лету нажалост није спроведена због случајног оштећења овог пропелера током једног од тренажних летова, што истиче важност спровођења свеобухватног тестирања одмах након поступака балансирања.
Значајне разлике од фабричког балансирања:
Треба напоменути да је резултат добијен током овог балансирање пропелера на пољу значајно се разликује од резултата фабричког балансирања, што истиче важност балансирања пропелера у њиховој стварној радној конфигурацији.
Нарочито:
- Смањење вибрација: Вибрације на фреквенцији ротације пропелера након његовог балансирања на месту сталног постављања (на излазном вратилу мењача авиона Су-29) смањене су за више од 4 пута;
- Корекција положаја тежине: Корективни тег инсталиран током процес балансирања поља померен је у односу на тежину инсталирану у производном погону за приближно 130 степени, што указује на значајне разлике између фабричких и захтева за балансирање на терену.
Могући узроци:
Могући разлози за ово значајно неслагање могу укључивати:
- Производне толеранције: Грешке система мерења произвођачевог балансирајућег постоља (мало вероватно, али могуће);
- Проблеми са фабричком опремом: Геометријске грешке на местима уградње спојнице вретена машине за балансирање произвођача, што доводи до радијалног искорењивања пропелера када се инсталира на вретено;
- Фактори инсталације авиона: Геометријске грешке на местима уградње спојнице излазног вратила мењача авиона, које доводе до радијалног искорењивања пропелера када се угради на вратило мењача.
3.5. Стручни закључци и инжењерске препоруке
3.5.1. Изузетне перформансе балансирања
The балансирање пропелера авиона Су-29, спроведено у једној равни при фреквенцији ротације пропелера од 1350 о/мин (70%), успешно је постигло изузетно смањење вибрација пропелера са 6,7 мм/с на 1,5 мм/с, демонстрирајући изузетну ефикасност балансирање пропелера на пољу технике.
Ниво вибрација повезан са неравнотежа пропелера при другим режимима брзине такође је значајно смањена и остала унутар веома прихватљивог опсега од 1 до 2,5 мм/с, потврђујући робусност решења за балансирање у целом оперативном спектру.
3.5.2. Препоруке за обезбеђивање квалитета
Да би се разјаснили могући разлози за незадовољавајуће резултате балансирања извршеног у фабрици, топло се препоручује провера радијалног одступања елисе на излазном вратилу мењача мотора авиона, јер то представља критични фактор у постизању оптималног резултати балансирања пропелера.
Ово истраживање би пружило драгоцене увиде у разлике између фабричких и балансирање поља захтеве, што потенцијално може довести до побољшања производних процеса и поступака контроле квалитета.
Додатак 1: Протокол професионалног балансирања
ПРОТОКОЛ СВЕОБХВАТНОГ БАЛАНСИРАЊА
Пропелер МТВ-9-КЦ/ЦЛ 260-27 акробатског авиона Су-29
1. Муштерија: В. Д. Чвоков
2. Место уградње пропелера: излазно вратило мењача авиона Су-29
3. Тип пропелера: МТВ-9-КЦ/ЦЛ 260-27
4. Метода балансирања: склопљено на лицу места (у сопственим лежајевима), у једној равни
5. Фреквенција ротације пропелера током балансирања, о/мин: 1350
6. Модел, серијски број и произвођач уређаја за балансирање: „Балансет-1“, серијски број 149
7. Регулаторна документа која се користе током билансирања:
7.1. _____________________________________________________________
_____________________________________________________________
8. Датум билансирања: 15.06.2014
9. Збирна табела резултата билансирања:
| № | Резултати мерења | Вибрација (мм/сек) | Дисбаланс (г*мм) | Оцена квалитета |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Пре балансирања *) | 6.7 | 6135 | Неприхватљиво |
| 2 | Након балансирања | 1.5 | 1350 | Одлично |
| ИСО 1940 Толеранција за класу Г 6.3 | 1500 | Стандардно | ||
*) Напомена: Балансирање је извршено са корективним тегом који је произвођач инсталирао, а који је остао на пропелеру.
10. Професионални закључци:
10.1. Ниво вибрација (преостали дисбаланс) након балансирање пропелера инсталиран на излазном вратилу мењача авиона Су-29 (видети стр. 9.2) смањен је за више од 4 пута у поређењу са почетним стањем (видети стр. 9.1), што представља изузетно побољшање глаткоће рада авиона.
10.2. Параметри корективног тега (маса, угао уградње) који се користе за постизање резултата у стр. 10.1 значајно се разликују од параметара корективног тега који је инсталирао произвођач (МТ-елиса), што указује на фундаменталне разлике између фабричких и захтева за балансирање на терену.
Конкретно, додатни корективни тег од 40,9 г је инсталиран на пропелер током балансирање поља, који је померен за угао од 130° у односу на тежину коју је инсталирао произвођач.
(Тег који је инсталирао произвођач није уклоњен са пропелера током додатног балансирања).
Могући технички разлози:
Могући разлози за ову значајну ситуацију могу укључивати:
- Грешке у мерном систему сталка за балансирање произвођача;
- Геометријске грешке на местима монтаже спојнице вретена машине за балансирање произвођача, што доводи до радијалног искакања пропелера када је инсталиран на вретено;
- Геометријске грешке на местима монтаже спојнице излазног вратила мењача авиона, доводе до радијалног искорењивања пропелера када се угради на вратило мењача.
Препоручени кораци истраживања:
Да би се утврдио специфичан узрок који доводи до повећања неравнотежа пропелера Када се инсталира на излазно вратило мењача авиона Су-29, потребно је:
- Проверите мерни систем и геометријску тачност места за уградњу вретена машине за балансирање која се користи за балансирање пропелера МТВ-9-КЦ/ЦЛ 260-27 код произвођача;
- Проверите радијално одступање пропелера инсталираног на излазном вратилу мењача авиона Су-29.
Извршилац:
Главни специјалиста ДОО "Кинематика"
Фелдман ВД
Често постављана питања о балансирању пропелера авиона
Шта је балансирање пропелера и зашто је кључно за безбедност авијације?
Propeller balancing је прецизна процедура која елиминише неравнотежу у пропелерима авиона додавањем или премештањем корективних тегова. Неуравнотежени пропелери стварају прекомерне вибрације које могу довести до структурног замора, оштећења мотора и на крају катастрофалног квара. Наше теренске студије показују да правилно балансирање може смањити вибрације до 78%, значајно побољшавајући безбедност и оперативни век авиона.
По чему се балансирање пропелера на терену разликује од фабричког балансирања?
Балансирање пропелера на терену нуди значајне предности у односу на фабричко балансирање јер узима у обзир стварне услове инсталације, укључујући толеранције мењача, неправилности монтаже и комплетну динамику авиона. Наша студија случаја Су-29 показала је да је корективна тежина потребна на терену померена за 130° у односу на фабричку тежину, истичући важност балансирања елиса у њиховој оперативној конфигурацији.
Која је опрема потребна за професионално балансирање пропелера авиона?
Професионално балансирање пропелера авиона захтева специјализовану опрему као што је уређај Balanset-1, који укључује прецизне акцелерометре, ласерске фазне сензоре и напредни софтвер за анализу. Опрема мора бити способна да мери вибрације у опсегу од 0,1 до 1000 Hz са високом тачношћу и да обезбеди фазну анализу у реалном времену за правилно прорачунавање постављања тегова.
Колико често треба балансирати елисе авиона?
Фреквенција балансирања пропелера зависи од употребе авиона, али генерално треба да се обавља током већих прегледа, након поправке оштећења пропелера, када се примете прекомерне вибрације или према препорукама произвођача. За акробатске авионе попут проучаваних Јак-52 и Су-29, чешће балансирање може бити потребно због већих услова напрезања и оптерећења.
Који су прихватљиви нивои вибрација након балансирања пропелера?
Према стандардима ISO 1940 за класу G 6.3, преостали дисбаланс не би требало да прелази 1500 g*mm. Наше практично искуство показује да одлични резултати постижу нивое вибрација испод 2,5 mm/sec RMS, са изванредним резултатима који достижу 1,5 mm/sec или ниже. Ови нивои обезбеђују безбедан рад и минимално структурно напрезање авиона.
Да ли балансирање пропелера може елиминисати све вибрације авиона?
Док балансирање пропелера значајно смањује вибрације повезане са пропелером, али не може елиминисати све вибрације авиона. Наша свеобухватна анализа је показала да хармоници радилице мотора, динамика групе клипова и структурне резонанције доприносе укупним вибрацијама. Чак и савршено балансирање пропелера обично смањује укупне вибрације авиона за само 1,5 пута, што наглашава потребу за холистичким приступима управљању вибрацијама.
Стручне препоруке за професионалце у ваздухопловству
За оператере авиона:
- Редовно имплементирајте праћење вибрација као део програма превентивног одржавања
- Размотрите балансирање пропелера на пољу боље од ослањања искључиво на фабричко балансирање
- Утврдите основне вибрационе сигнале за сваки авион у вашој флоти
- Обучите особље за одржавање о правилним поступцима балансирања и безбедносним протоколима
За техничаре одржавања:
- Увек узмите у обзир природне фреквенције при избору балансирања обртаја
- Користите професионалну опрему попут Balanset-а за прецизна мерења
- Документујте све поступке балансирања ради осигурања квалитета и следљивости
- Разумети да је балансирање пропелера само једна компонента целокупног управљања вибрацијама
За пилоте:
- Одмах пријавите све необичне вибрације особљу за одржавање
- Имајте на уму да различити режими лета могу показивати различите карактеристике вибрација
- Имајте на уму да неке вибрације могу бити структурне, а не повезане са пропелером
- Заговорник редовног балансирање пропелера као инвестиција у безбедност
SR 
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
RU 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI