Om balansering av flygplanets propeller i fältmiljö. Del 2

1. D. Feldman

Chefstekniker för OU Vibromera

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

Vid balansering av flygplanets propeller i fältmiljö

 "Propellern är flygplanets förare,

och för att balansera det kan bara en striver"

3. Resultaten av balansering av propellern MTV-9-K-C/CL 260-27 och vibrationsprovning av konstflygplanet SU-29

3.1. Inledning

Den 15 juni 2014 balanserade vi den trebladiga propellern MTV-9-K-C/CL 260-27 till M-14P-motorn i konstflygplanet SU-29.

Enligt tillverkaren var den specificerade propellern förbalanserad, vilket framgår av propellern i plan 1 av den korrigeringsvikt som ställts in vid tillverkningsfabriken.

Propellern som är direktmonterad på SU-29 balanserades med vibrationsbalanseringsaggregatet Balanset-1, fabrik nr 149.

Det mätsystem som används vid balanseringen visas i figur 3.1.

Under balanseringsprocessen används vibrationssensorn (accelerometern) 1 monterades på motorns växelhus med en magnet på ett speciellt fäste.

Lasersensor för fasvinkeln 2 var också monterad på växelhuset och styrdes av en reflekterande etikett som fästs på ett av propellerbladen.

De analoga signalerna från sensorerna överfördes via kablar till mätenheten i Balanset-1, där den preliminära digitala bearbetningen utfördes.

Vidare överfördes dessa signaler i digital form till datorn, som bearbetade dem och beräknade massan och installationsvinkeln för den korrigeringsvikt som krävs för att kompensera för obalansen på propellern.

Fig. 3.1 Mätschema för balansering av propellern på SU-29

Zk - huvudväxelhjul med 75 kuggar;

Zс - satelliter med 6 stycken kugghjul med 18 tänder;

Zn - fast kugghjul med 39 tänder.

Under detta arbete, med hänsyn till erfarenheterna av balansering av propellrar på YAK-52, utförde vi ett antal ytterligare studier, inklusive:

• bestämning av naturliga svängningsfrekvenser för motorn och propellern i SU-29;
• Undersökning av värdet och den spektrala sammansättningen av den initiala vibrationen i andrepilotens cockpit före balansering;

3.2. Resultat av studier av motorns och propellerns egenfrekvenser.

Egenfrekvenserna för den motor som är monterad på dämparna i flygplanskroppen bestämdes med hjälp av spektrumanalysatorn AD-3527, f. A @ D, (Japan), genom stötexcitering av motorns svängningar.

Vi fastställde sex huvudfrekvenser, nämligen: 16 Hz, 22 Hz, 37 Hz, 66 Hz, 88 Hz, 120 Hz (se figur 3.2.) i spektrumet av naturliga svängningar hos motorupphängningen.

Fig. 3.2 Spektrum av de naturliga svängningsfrekvenserna för motorupphängningen på SU-29

Frekvenser på 66 Hz, 88 Hz och 120 Hz är sannolikt direkt relaterade till motorns monteringsdetaljer (upphängning) på flygplanskroppen.

Frekvenser på 16Hz och 22Hz är troligen förknippade med flygplanets naturliga svängningar på chassit.

Frekvensen 37Hz är förmodligen relaterad till den naturliga svängningsfrekvensen för flygplanets propellerblad.

Det senare antagandet bekräftas av resultaten från kontrollen av propellerns naturliga svängningsfrekvenser, som också erhållits med stötexciteringsmetoden.

I spektrumet för propellerbladets naturliga svängningar (se fig. 3.3) upptäckte vi tre huvudfrekvenser, nämligen: 37Hz, 100Hz och 174Hz.

Fig. 3.3 Spektrum av naturliga svängningsfrekvenser för propellerbladen på SU-29

Uppgifterna om de naturliga svängningsfrekvenserna för propellerbladet och motorn i SU-29 kan vara mycket viktiga när man väljer rotationshastighet för den propeller som används vid balansering. Det viktigaste villkoret för att välja denna frekvens är att säkerställa dess största möjliga avvikelse från de naturliga svängningsfrekvenserna för flygplanets strukturella element.

Dessutom kan kunskap om de naturliga svängningsfrekvenserna för enskilda komponenter och delar av luftfartyget vara användbar för att identifiera orsakerna till en kraftig ökning (i fallet med resonans) av vissa komponenter i vibrationsspektrumet vid olika motorvarvtal.

3.3. Vibrationskontroll i cockpit för andrepiloten på SU-29 på marken före balansering

Vi mätte den initiala vibrationen hos SU-29, som upptäcktes innan propellern balanserade, i andrepilotens cockpit i vertikal riktning med hjälp av en bärbar vibrationsspektrumanalysator AD-3527 f.A@D (Japan) inom frekvensområdet 5-200 Hz.

Mätningarna utfördes vid fyra huvudmotorvarvtal som motsvarade 60%, 65%, 70% och 82% av dess maximala varvtal.

Resultaten visas i tabell 3.1.

Som vi kan se i tabell 2.1 uppträder de huvudsakliga vibrationskomponenterna vid rotationshastigheterna för propellern Vv1, motorns vevaxel Vk1 och luftkompressorns drivväxel (och/eller frekvensgivare) Vn, samt vid 2^nd harmoniska av vevaxeln Vk2 och eventuellt 3^rd (blad)propellerns harmoniska Vv3, vars frekvens ligger nära vevaxelns andra harmoniska.

Tabell 3.1

I vibrationsspektrumet i 60%-hastighetsläget avslöjade vi dessutom en komponent som inte identifierades med det beräknade spektrumet vid en frekvens på 6 120 cykler/min, vilket kan orsakas av en resonans vid en frekvens på cirka 100 Hz hos ett av flygplanets strukturella element. Ett sådant element kan till exempel vara en propeller, med en av de naturliga frekvenserna på 100 Hz.

Den maximala totala vibrationen för flygplanet Vå, som nådde 11,5 mm/sek, uppmättes i hastighetsläget 70%.

Huvudkomponenten av den totala vibrationen i detta läge manifesterar sig vid 2^nd harmoniska (4 020 cykler/min) av motorns vevaxelrotationshastighet Vk2 och är lika med 10,8 mm/s.

Det kan antas att denna komponent är förknippad med driften av motorns kolvgrupp (chockprocesser när kolvarna flyttas två gånger under ett varv på vevaxeln).

Den kraftiga ökningen av denna komponent i 70%-läget beror förmodligen på resonanssvängningarna hos ett av flygplanets strukturelement (motorupphängning i flygplanskroppen) vid en frekvens på 67 Hz (4 020 cykler/min).

Det bör noteras att förutom de stötar som är förknippade med driften av kolvgruppen, kan vibrationsvärdet i den givna frekvensen påverkas av den aerodynamiska kraften, som manifesterar sig vid propellerns bladfrekvens (Vv3).

I höghastighetslägena 65% och 82% observerar vi också en märkbar ökning av komponenten Vk2 (Vv3), vilket kan förklaras av resonanssvängningarna hos enskilda komponenter i flygplanet.

Amplituden hos den spektrala komponent som associeras med obalansen hos propellern Vv1, enligt de huvudsakliga hastighetssätten före balansering, varierade mellan 2,4 och 5,7 mm/s, vilket i allmänhet är lägre än värdet för Vk2 i motsvarande lägen.

Dessutom, som vi kan se i tabell 3.1, bestäms dess förändringar under övergången från ett läge till ett annat inte bara av balanseringens kvalitet, utan också av graden av avstämning av propellerns rotationsfrekvens från de naturliga svängningsfrekvenserna för flygplanets strukturella element.

3.4. Balansering av resultat.

Propellern balanseras i samma plan vid rotationsfrekvensen. Som ett resultat av denna balansering ges kompensation för propellerns effektobalans i dynamiken.

Balanseringsprotokollet anges nedan i Bilaga 1.

Balanseringen utfördes vid en propellerrotationsfrekvens på 1.350 rpm och möjliggjorde genomförandet av två mätstarter.

Under den första uppstarten bestämde vi amplituden och fasen för vibrationen vid propellerns rotationsfrekvens i det ursprungliga tillståndet.

Under den andra starten bestämde vi amplituden och fasen för vibrationen vid propellerns rotationsfrekvens efter att ha fäst en provvikt med den angivna massan på propellern.

Enligt resultaten av dessa mätningar bestämdes massan och installationsvinkeln för korrigeringsvikten i plan 1.

Efter att det beräknade värdet för korrigeringsvikten på 40,9 g hade fastställts på propellern, minskade vibrationerna i detta hastighetsläge från 6,7 mm/s i utgångsläget till 1,5 mm/s efter balanseringen.

Vibrationsnivån i samband med obalans av propellern i andra höghastighetslägen minskade också och låg efter balansering inom intervallet 1 till 2,5 mm/s.

Vi genomförde ingen undersökning av balanseringskvalitetens inverkan på flygplanets vibrationsnivå under flygning på grund av den akuta skadan på propellern under en av träningsflygningarna.

Det bör noteras att det resultat som erhålls vid utförandet av den specificerade balanseringen skiljer sig avsevärt från resultatet av balanseringen i tillverkningsanläggningen.

I synnerhet:

• vibrationerna reduceras med mer än 4 gånger vid propellerns rotationsfrekvens efter att den har balanserats på en permanent installationsplats (på utgångsaxeln på SU-29:s växel);
• korrigeringsvikten, som placeras i balanseringsprocessen, är förskjuten med ca 130º i förhållande till den vikt som ställts in vid tillverkningsanläggningen.

Möjliga orsaker till denna situation kan vara:

• fel på mätsystemet i tillverkarens balanseringsställning (vilket är osannolikt);
• geometriska fel i spindelns kopplingsfästen på propellerbalanseringsmaskinen, vilket resulterar i radiell rundgång hos propellern när den monteras på spindeln;
• geometriska fel i kopplingssätena på flygplanets kugghjulsaxel, vilket resulterar i en radiell rundgång hos propellern när den monteras på kugghjulsaxeln.

3.5. Slutsatser om resultaten av arbetet

3.5.1. Balansering av propellern på SU-29, utförd i samma plan med ett propellervarvtal på 1350 rpm (70%), gjorde det möjligt att minska propellervibrationen från 6,7 mm/s till 1,5 mm/s.

Vibrationsnivån i samband med obalans i propellern i andra höghastighetsmodus minskade också avsevärt och varierade från 1 till 2,5 mm/s.

3.5.2. För att klargöra de möjliga orsakerna till otillfredsställande balanseringsresultat vid tillverkningsanläggningen, är det nödvändigt att kontrollera dess radiella avrullning på drivaxeln till flygplanets motorväxel.

Bilaga 1

BALANSERINGSPROTOKOLL

för propellrar MTV-9-K-C/CL 260-27 till SU-29 konstflygplan

1. Kund: V. D. Chvokov
2. Propellerns installationsplats: drivaxeln till växeln på SU-29
3. Typ av propeller: MTV-9-K-C/CL 260-27
4. Balanseringsmetod: monterad på driftplatsen (i egna lager), i samma plan
5. Propellerhastighet under balansering, varv/min: 1 350
6. Modell, fabriksnummer och tillverkare av balanseringsanordningen: Balancet-1, anläggningsnummer 149, OU Vibromer
7. Styrande dokument som används vid balansering:

7.1. GOST ISO 1940-1-2007 Vibration. Kvalitetskrav för balansering av styva rotorer. Del 1. Bestämning av tillåten obalans.

7.2. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

8. Datum för balansering: 15 juni 2014
9. Sammanfattande tabell över balanseringsresultaten:

*) Anmärkning: Balanseringen utfördes med bibehållande av den korrigeringsvikt för propellern som fastställts av tillverkaren.

10. Slutsats:

10.1. Vibrationsnivån (kvarvarande obalans) efter balansering av propellern installerad på drivaxeln till växeln på SU-29 (se avsnitt 9.2) reduceras med mer än 4 gånger jämfört med den ursprungliga (se avsnitt 9.1).

10.2. Parametrarna för den korrigeringsvikt (massa, installationsvinkel) som används för att uppnå resultatet i punkt 10.1 skiljer sig avsevärt från parametrarna för den korrigeringsvikt som ställts in vid tillverkningsanläggningen (MT-propeller).

När vi balanserade propellern placerade vi en extra korrigeringsvikt på 40,9 g, som försköts i en vinkel på 130º i förhållande till den vikt som ställts in i tillverkningsanläggningen.

(Den vikt som placeras vid tillverkningsanläggningen inte avlägsnades från propellern under den extra balanseringen).

Möjliga orsaker till denna situation kan vara:

• fel i mätsystemet för balanseringsstället i tillverkningsanläggningen;
• Geometriska fel i spindelns kopplingsfästen på balanseringsmaskinen i tillverkningsanläggningen, vilket resulterar i radiell rundgång hos propellern när den monteras på spindeln;
• Geometriska fel i kopplingssätena på drivaxeln till flygplanets växel, vilket resulterar i radiell utrullning av propellern när den installeras på växelaxeln.

För att identifiera den specifika orsaken som leder till den ökade obalansen hos propellern när den installeras på drivaxeln på Su-29, är det nödvändigt:

• Att kontrollera mätsystemet och den geometriska noggrannheten hos spindelsätena på den balanseringsmaskin som används vid balansering av propeller MTV-9-K-C/CL 260-27 vid tillverkningsanläggningen;
• att kontrollera det radiella utfallet på propellern som är installerad på drivaxeln till växeln på SU-29.

Utförare:

Chefstekniker för OU Vibromera

V. D. Feldman