1. คำนำ

เมื่อสองปีครึ่งที่แล้ว บริษัทของเราได้เริ่มการผลิตอุปกรณ์ "Balanset-1" อย่างต่อเนื่อง ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลกลไกหมุนในตลับลูกปืนของมันเอง.

จนถึงปัจจุบัน มีการผลิตชุดอุปกรณ์ดังกล่าวไปแล้วกว่า 180 ชุด โดยนำไปใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงการผลิตและการทำงานของพัดลม เครื่องเป่าลม มอเตอร์ไฟฟ้า แกนหมุนเครื่องจักร ปั๊ม เครื่องบด เครื่องแยก เครื่องเหวี่ยง ชุดประกอบเพลาข้อเหวี่ยง และกลไกอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน.

เมื่อไม่นานมานี้ Vibromera ได้รับคำสอบถามจำนวนมากจากองค์กรและบุคคลทั่วไปเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการใช้อุปกรณ์ของเราเพื่อปรับสมดุลใบพัดเครื่องบินและเฮลิคอปเตอร์ในสภาพสนามจริง.

น่าเสียดายที่แม้ว่าผู้เชี่ยวชาญของเราจะมีประสบการณ์หลายปีในการปรับสมดุลเครื่องจักรต่างๆ แต่ก็ไม่เคยจัดการกับปัญหาเฉพาะนี้มาก่อน คำแนะนำที่เราให้แก่ลูกค้าจึงค่อนข้างทั่วไปและไม่ได้ช่วยให้พวกเขาสามารถแก้ไขปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพเสมอไป.

สถานการณ์เริ่มเปลี่ยนแปลงไปในทางที่ดีขึ้นในฤดูใบไม้ผลิปีนี้ ต้องขอบคุณการมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันของ วี.ดี. ชโวคอฟ ที่ได้จัดและเข้าร่วมกับเราในการทำงานเกี่ยวกับการปรับสมดุลใบพัดของเครื่องบิน Yak-52 และ Su-29 ซึ่งเขาเป็นนักบิน.

ในระหว่างการปฏิบัติงานนี้ ได้มีการเรียนรู้ทักษะบางอย่างและพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการปรับสมดุลใบพัดเครื่องบินในสภาพสนามจริงโดยใช้เครื่องมือ "Balanset-1" ซึ่งรวมถึง:

• การกำหนดตำแหน่งและวิธีการติดตั้ง (ยึด) เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนและมุมเฟสบนเครื่องบิน;
• การหาความถี่เรโซแนนซ์ของชิ้นส่วนโครงสร้างต่างๆ ของเครื่องบิน (ระบบกันสะเทือนเครื่องยนต์ ใบพัด);
• การระบุความถี่การหมุนของเครื่องยนต์ (โหมดการทำงาน) ที่ช่วยให้มั่นใจได้ว่าความไม่สมดุลที่เหลืออยู่ระหว่างการปรับสมดุลนั้นน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้;
• การกำหนดค่าความคลาดเคลื่อนสำหรับความไม่สมดุลที่เหลืออยู่ของใบพัด.

นอกจากนี้ยังได้รับข้อมูลที่น่าสนใจเกี่ยวกับระดับการสั่นสะเทือนของเครื่องบินที่ติดตั้งเครื่องยนต์ M-14P

ด้านล่างนี้คือรายงานที่รวบรวมจากผลการดำเนินงานนี้ นอกเหนือจากผลการปรับสมดุลแล้ว ยังมีข้อมูลจากการสำรวจการสั่นสะเทือนของเครื่องบิน Yak-52 และ Su-29 ที่ได้จากการทดสอบภาคพื้นดินและระหว่างการบิน ข้อมูลเหล่านี้อาจเป็นประโยชน์ต่อทั้งนักบินและผู้เชี่ยวชาญที่เกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาเครื่องบิน.

2. การสำรวจการทรงตัวและการสั่นสะเทือนของเครื่องบิน Yak-52

2.1. การแนะนำ

ในช่วงเดือนพฤษภาคม-กรกฎาคม 2557 ได้มีการดำเนินการสำรวจการสั่นสะเทือนของเครื่องบิน Yak-52 ซึ่งติดตั้งเครื่องยนต์ M-14P และการปรับสมดุลใบพัดสองใบของเครื่องบินลำนี้.

ทำการปรับสมดุลในระนาบเดียวโดยใช้ชุดอุปกรณ์ "Balanset-1" หมายเลขซีเรียล 149.

แผนผังการวัดแสดงในรูปที่ 2.1 ในระหว่างการปรับสมดุล เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือน (มาตรวัดความเร่ง) 1 ติดตั้งไว้ที่ฝาครอบด้านหน้าของเกียร์เครื่องยนต์โดยใช้ฐานยึดแม่เหล็กบนขายึดที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ เซ็นเซอร์วัดมุมเฟสเลเซอร์ 2 นอกจากนี้ยังติดตั้งไว้บนฝาครอบเกียร์และหันไปทางเครื่องหมายสะท้อนแสงที่ติดไว้บนใบพัดใบหนึ่งด้วย.

สัญญาณอนาล็อกจากเซ็นเซอร์ถูกส่งผ่านสายเคเบิลไปยังหน่วยวัดของอุปกรณ์ "Balanset-1" ซึ่งจะทำการประมวลผลดิจิทัลเบื้องต้น สัญญาณดิจิทัลเหล่านี้จะถูกส่งต่อไปยังคอมพิวเตอร์ ซึ่งซอฟต์แวร์จะทำการประมวลผลและคำนวณมวลและมุมของตุ้มน้ำหนักปรับแก้ที่จำเป็นเพื่อชดเชยความไม่สมดุลของใบพัด.

ในระหว่างการดำเนินงานนี้ โดยคำนึงถึงประสบการณ์ที่ได้รับจากการปรับสมดุลใบพัดของทั้งเครื่องบิน Su-29 และ Yak-52 ได้มีการศึกษาเพิ่มเติมอีกหลายประการ:

• การหาความถี่ธรรมชาติของการสั่นของเครื่องยนต์และใบพัดของเครื่องบิน Yak-52;
• การวัดขนาดการสั่นสะเทือนและองค์ประกอบสเปกตรัมในห้องนักบินที่สองระหว่างการบินหลังจากปรับสมดุลใบพัดแล้ว;
• วัดค่าการสั่นสะเทือนหลังจากปรับสมดุลใบพัดและหลังจากปรับแรงขันของโช้คอัพเครื่องยนต์แล้ว.

2.2. ความถี่ธรรมชาติของการสั่นของเครื่องยนต์และใบพัด

ความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือนของเครื่องยนต์ที่ติดตั้งบนโช้คอัพในตัวเครื่องเครื่องบิน ถูกกำหนดโดยใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม AD-3527 จาก A&D (ประเทศญี่ปุ่น) ผ่านการกระตุ้นด้วยแรงกระแทก.

จากการวิเคราะห์สเปกตรัมการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของระบบกันสะเทือนเครื่องยนต์ Yak-52 (รูปที่ 2.2) พบความถี่หลักสี่ความถี่ ได้แก่: 20 เฮิรตซ์, 74 เฮิรตซ์, 94 เฮิรตซ์, 120 เฮิรตซ์.

ความถี่ 74 เฮิรตซ์ 94 เฮิรตซ์ และ 120 เฮิรตซ์ น่าจะเกี่ยวข้องกับลักษณะการติดตั้ง (ระบบกันสะเทือน) ของเครื่องยนต์กับตัวเครื่องบิน ส่วนความถี่ 20 เฮิรตซ์ น่าจะเกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของเครื่องบินบนโครงล้อลงจอด.

นอกจากนี้ยังได้ทำการหาความถี่ธรรมชาติของใบพัดโดยใช้วิธีการกระตุ้นด้วยแรงกระแทก โดยพบความถี่หลักสี่ความถี่ดังนี้: 36 เฮิรตซ์, 80 เฮิรตซ์, 104 เฮิรตซ์ และ 134 เฮิรตซ์.

ข้อมูลเกี่ยวกับความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือนของระบบกันสะเทือนเครื่องยนต์และใบพัดมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเลือกความถี่การหมุนของใบพัดระหว่างการปรับสมดุล เงื่อนไขหลักในการเลือกความถี่นี้คือต้องแน่ใจว่าความถี่ดังกล่าวเบี่ยงเบนไปจากความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือนของชิ้นส่วนโครงสร้างของเครื่องบินให้มากที่สุด เนื่องจากที่ความถี่เรโซแนนซ์ ความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำของการวัดการสั่นสะเทือนอาจลดลงอย่างมาก.

นอกจากนี้ ความรู้เกี่ยวกับความถี่ธรรมชาติของส่วนประกอบแต่ละชิ้นยังเป็นประโยชน์ในการระบุสาเหตุของการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของแรงสั่นสะเทือน (ปรากฏการณ์เรโซแนนซ์) ในโหมดความเร็วเครื่องยนต์ต่างๆ ซึ่งอาจเกิดขึ้นระหว่างการใช้งานเครื่องบิน.

2.3. ผลลัพธ์ที่สมดุล

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น การปรับสมดุลใบพัดดำเนินการในระนาบเดียว ซึ่งเป็นการชดเชยความไม่สมดุลของแรงของใบพัดในเชิงพลศาสตร์.

การปรับสมดุลแบบไดนามิกในสองระนาบ (ซึ่งจะช่วยชดเชยความไม่สมดุลของโมเมนต์เพิ่มเติม) นั้นไม่สามารถทำได้ เนื่องจากดีไซน์ใบพัดของ Yak-52 อนุญาตให้มีระนาบแก้ไขเพียงระนาบเดียวเท่านั้น.

ทำการปรับสมดุลที่ความถี่การหมุน 1150 รอบต่อนาที (60%) ซึ่งให้ค่าการวัดการสั่นสะเทือนที่เสถียรที่สุด ทั้งในด้านแอมพลิจูดและเฟส ในการทดสอบแต่ละครั้ง.

มีการใช้รูปแบบ "สองรอบ" แบบคลาสสิก:

1. ในการทดลองครั้งแรก ได้มีการกำหนดแอมพลิจูดและเฟสของการสั่นสะเทือนที่ความถี่การหมุนของใบพัดในสถานะเริ่มต้น.
2. ในการทดลองครั้งที่สอง ได้ทำการวัดแอมพลิจูดและเฟสของการสั่นสะเทือนหลังจากติดตั้งมวลทดลองขนาด 7 กรัมบนใบพัด.
3. จากข้อมูลเหล่านี้ ซอฟต์แวร์ได้คำนวณค่า: มวลแก้ไข M = 19.5 กรัม ที่มุม F = 32°.

เนื่องจากลักษณะการออกแบบของใบพัดที่ไม่เอื้ออำนวยต่อการติดตั้งตุ้มถ่วงปรับมุมที่ 32° ตามที่ต้องการ จึงได้ติดตั้งตุ้มถ่วงสองชิ้นที่เทียบเท่ากัน:

• M1 = 14 กรัม ที่มุม F1 = 0°
• M2 = 8.3 กรัม ที่มุม F2 = 60°

2.4. การสั่นสะเทือนในโหมดการทำงานอื่นๆ

ผลการตรวจสอบการสั่นสะเทือนในโหมดการทำงานอื่นๆ ของเครื่องยนต์ระหว่างการทดสอบภาคพื้นดินแสดงอยู่ในตารางที่ 2.1 ดังที่เห็นได้ การปรับสมดุลส่งผลดีต่อการสั่นสะเทือนของ Yak-52 ในทุกโหมดการทำงาน.

นอกจากนี้ ในระหว่างการทดสอบภาคพื้นดิน พบแนวโน้มที่ชัดเจนว่าการสั่นสะเทือนลดลงอย่างมากเมื่อความถี่การหมุนของใบพัดเพิ่มขึ้น ซึ่งสามารถอธิบายได้จากการที่ความถี่การหมุนของใบพัดเบี่ยงเบนไปจากความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของเครื่องบินบนตัวเครื่อง (คาดว่า 20 เฮิรตซ์) มากขึ้น ซึ่งเกิดขึ้นที่ความถี่การหมุนที่สูงขึ้น.

2.5. การสั่นสะเทือนระหว่างบิน ก่อนและหลังการปรับโช้คอัพ

นอกเหนือจากการทดสอบการสั่นสะเทือนบนพื้นดินหลังจากการปรับสมดุลใบพัด (หัวข้อ 2.3) แล้ว ยังได้ทำการวัดการสั่นสะเทือนของเครื่องบิน Yak-52 ในระหว่างการบินด้วย.

การสั่นสะเทือนขณะบินถูกวัดในห้องนักบินที่สองในทิศทางแนวตั้งโดยใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแบบพกพา AD-3527 จาก A&D (ญี่ปุ่น) ในช่วงความถี่ตั้งแต่ 5 ถึง 200 (500) เฮิรตซ์ การวัดดำเนินการที่โหมดความเร็วเครื่องยนต์หลักห้าโหมด ได้แก่ 60%, 65%, 70%, 82% และ 94% ที่ความถี่การหมุนสูงสุด.

ผลลัพธ์ที่ได้ก่อนการปรับแต่งโช้คอัพแสดงอยู่ในตารางที่ 2.2.

จากตารางที่ 2.2 จะเห็นได้ว่าส่วนประกอบการสั่นสะเทือนหลักปรากฏที่ความถี่การหมุนของใบพัด V_{หน้า 1}, ความถี่ของเพลาข้อเหวี่ยง V_ซี1, คอมเพรสเซอร์อากาศ (และ/หรือเซ็นเซอร์ความถี่) ขับเคลื่อน V_n, และฮาร์โมนิกส์ที่สูงกว่าของพวกมัน.

การสั่นสะเทือนรวมสูงสุด V_Σ พบที่โหมด 82% (1580 รอบต่อนาที) และ 94% (1830 รอบต่อนาที) ส่วนประกอบที่เด่นที่สุดในโหมดเหล่านี้ปรากฏที่ฮาร์มอนิกที่ 2 ของความถี่การหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง V_ซี2, โดยสามารถทำความเร็วได้ถึง 12.5 มม./วินาที ที่ 4800 รอบ/นาที และ 15.8 มม./วินาที ที่ 5520 รอบ/นาที.

สามารถสันนิษฐานได้ว่าส่วนประกอบนี้เกี่ยวข้องกับกลุ่มลูกสูบ (กระบวนการกระทบที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่สองครั้งของลูกสูบต่อการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยงหนึ่งรอบ) การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในโหมด 82% (โหมดปกติแรก) และ 94% (โหมดออกตัว) นั้นไม่น่าจะเกิดจากความบกพร่องของกลุ่มลูกสูบ แต่เกิดจากการสั่นสะเทือนแบบเรโซแนนซ์ของเครื่องยนต์บนโช้คอัพ ข้อสรุปนี้ได้รับการสนับสนุนจากการวัดความถี่ธรรมชาติ ซึ่งเผยให้เห็นความถี่การสั่นสะเทือนของเครื่องยนต์ที่ 74 เฮิรตซ์ (4440 รอบ/นาที), 94 เฮิรตซ์ (5640 รอบ/นาที) และ 120 เฮิรตซ์ (7200 รอบ/นาที) สองค่านี้ — 74 เฮิรตซ์ และ 94 เฮิรตซ์ — ใกล้เคียงกับความถี่ฮาร์มอนิกที่ 2 ของเพลาข้อเหวี่ยงในโหมดการทำงานปกติแรกและโหมดออกตัว.

เนื่องจากพบการสั่นสะเทือนอย่างมีนัยสำคัญที่ V_ซี2, แรงขันของโช้คอัพเครื่องยนต์ได้รับการตรวจสอบและปรับตั้งแล้ว ผลการเปรียบเทียบแสดงอยู่ในตารางที่ 2.3.

จากตารางที่ 2.3 จะเห็นได้ว่าการปรับตัวดูดซับแรงสั่นสะเทือนไม่ได้ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในส่วนประกอบหลักของการสั่นสะเทือนของเครื่องบิน.

นอกจากนี้ควรสังเกตว่าส่วนประกอบความไม่สมดุลของใบพัด V_{หน้า 1} ในโหมด 82% และ 94% ค่าจะต่ำกว่า V ประมาณ 3–7 เท่า ตามลำดับ_ซี2 ในโหมดเหล่านั้น ในโหมดการบินอื่นๆ V_{หน้า 1} ความเร็วในการสั่นจะอยู่ในช่วง 2.8 ถึง 4.4 มม./วินาที และการเปลี่ยนแปลงระหว่างโหมดต่างๆ นั้นส่วนใหญ่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณภาพของการปรับสมดุล แต่ขึ้นอยู่กับระดับของการเบี่ยงเบนจากความถี่ธรรมชาติขององค์ประกอบโครงสร้างของเครื่องบิน.

2.6. บทสรุป

2.6.1.

การปรับสมดุลใบพัดของเครื่องบิน Yak-52 ที่ความถี่การหมุน 1150 รอบต่อนาที (60%) ช่วยลดการสั่นสะเทือนที่ความถี่การหมุนของใบพัดจาก 10.2 มม./วินาที เหลือ 4.2 มม./วินาที เมื่อพิจารณาจากประสบการณ์ที่สะสมมาจากการปรับสมดุลใบพัดของเครื่องบิน Yak-52 และ Su-29 โดยใช้เครื่องมือ "Balanset-1" แล้ว มีความเป็นไปได้สูงที่จะลดระดับการสั่นสะเทือนลงได้มากกว่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยการเลือกความถี่การหมุนของใบพัดที่สูงขึ้นในระหว่างการปรับสมดุล ซึ่งจะช่วยให้สามารถปรับความถี่ให้เบี่ยงเบนจากความถี่การสั่นตามธรรมชาติของเครื่องบินที่ 20 เฮิรตซ์ (1200 รอบ/นาที) ที่ระบุได้จากการวัดได้มากขึ้น.

2.6.2.

จากการทดสอบการสั่นสะเทือนระหว่างการบิน (ดูตารางที่ 2.2 และ 2.3) พบว่า สเปกตรัมการสั่นสะเทือนของเครื่องบิน Yak-52 นั้น นอกจากจะมีการสั่นสะเทือนที่ความถี่การหมุนของใบพัด V แล้ว ยังประกอบด้วยการสั่นสะเทือนที่ความถี่ดังกล่าวด้วย_{หน้า 1}, รวมถึงส่วนประกอบสำคัญอื่นๆ อีกหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับเพลาข้อเหวี่ยงรูปตัว V_ซี1, วี_ซี2, วี_ซี3, กลุ่มลูกสูบเครื่องยนต์ และตัวขับคอมเพรสเซอร์อากาศ (และ/หรือเซ็นเซอร์ความถี่) V_n.

ในโหมดความเร็ว 60%, 65% และ 70% ส่วนประกอบเหล่านี้มีขนาดใกล้เคียงกับส่วนประกอบความไม่สมดุลของใบพัด V_{หน้า 1}. ด้วยเหตุนี้ แม้จะกำจัดแรงสั่นสะเทือนที่เกิดจากความไม่สมดุลของใบพัดได้อย่างสมบูรณ์ ก็จะช่วยลดแรงสั่นสะเทือนโดยรวมของเครื่องบินในโหมดเหล่านี้ได้ไม่เกินประมาณ 1.5 เท่า.

2.6.3.

การสั่นสะเทือนรวมสูงสุด V_Σ พบการสั่นสะเทือนของเครื่องบิน Yak-52 ที่ความเร็วโหมด 82% (1580 รอบต่อนาทีของใบพัด) และ 94% (1830 รอบต่อนาทีของใบพัด) โดยส่วนประกอบหลักของการสั่นสะเทือนนี้ปรากฏที่ฮาร์มอนิกที่ 2 ของความถี่การหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง V_ซี2, ที่ความถี่ 4800 รอบ/นาที และ 5520 รอบ/นาที ตามลำดับ ซึ่งจะทำให้ได้ค่าความเร็ว 12.5 มม./วินาที และ 15.8 มม./วินาที.

ดังแสดงในหัวข้อ 2.5 และ 2.2 การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของส่วนประกอบนี้ในโหมดที่ระบุมีแนวโน้มที่จะเกิดจากการสั่นสะเทือนแบบเรโซแนนซ์ของเครื่องยนต์บนโช้คอัพมากกว่าความบกพร่องของชุดลูกสูบ การปรับแรงขันโช้คอัพที่ดำเนินการระหว่างการทดสอบไม่ได้ทำให้ระดับการสั่นสะเทือนเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ.

สถานการณ์นี้อาจถือได้ว่าเป็นความผิดพลาดในการออกแบบ (konstruktivny proschet) ของผู้พัฒนาเครื่องบิน ซึ่งยอมรับในระหว่างการคัดเลือกระบบยึด (แขวน) เครื่องยนต์ในตัวเครื่องบิน.

2.6.4.

ข้อมูลที่ได้รับระหว่างการปรับสมดุลใบพัดและการทดสอบการสั่นสะเทือนที่ดำเนินการเพิ่มเติม ชี้ให้เห็นว่าการตรวจสอบการสั่นสะเทือนเป็นระยะๆ สามารถเป็นประโยชน์สำหรับการประเมินสภาพทางเทคนิคของเครื่องยนต์อากาศยาน ซึ่งรวมถึงการประเมินสภาพของชุดลูกสูบ เพลาข้อเหวี่ยง แบริ่งเครื่องยนต์ และระบบขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์อากาศ.

ตัวอย่างเช่น สามารถดำเนินการดังกล่าวได้โดยใช้เครื่องมือ "Balanset-1" (ซึ่งปัจจุบันผลิตเป็นผลิตภัณฑ์...) บาลานเซ็ต-1A) ในซอฟต์แวร์ที่มีการใช้งานฟังก์ชันการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนเชิงสเปกตรัม.

3. การปรับสมดุลใบพัด MTV-9-KC/CL 260-27 และการสำรวจการสั่นสะเทือนของเครื่องบิน Su-29

3.1. การแนะนำ

เมื่อวันที่ 15 มิถุนายน 2557 ได้มีการดำเนินการปรับสมดุลใบพัดสามใบแบบ MTV-9-KC/CL 260-27 ซึ่งติดตั้งอยู่บนเครื่องยนต์ M-14P ของเครื่องบินผาดโผน Su-29.

จากข้อมูลที่ผู้ผลิต (MT-Propeller) ให้มา ใบพัดดังกล่าวได้รับการปรับสมดุลทางสถิตเบื้องต้นแล้ว ดังที่เห็นได้จากการมีน้ำหนักถ่วงแก้ไขติดตั้งอยู่ที่ใบพัดในระนาบที่ 1 ซึ่งติดตั้งมาจากโรงงาน.

การปรับสมดุลใบพัดที่ติดตั้งโดยตรงบนเพลาส่งกำลังของเกียร์ Su-29 (กล่าวคือ ในตำแหน่งที่ติดตั้งถาวร) ดำเนินการโดยใช้ชุดปรับสมดุลการสั่นสะเทือน "Balanset-1" หมายเลขซีเรียล 149.

แผนการวัด (รูปที่ 3.1) โดยทั่วไปคล้ายคลึงกับที่ใช้สำหรับ Yak-52 เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือน (มาตรวัดความเร่ง) 1 ติดตั้งบนตัวเรือนเกียร์เครื่องยนต์โดยใช้ฐานยึดแม่เหล็กบนขายึดที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ เซ็นเซอร์วัดมุมเฟสเลเซอร์ 2 เซ็นเซอร์ดังกล่าวถูกติดตั้งบนตัวเรือนเกียร์และหันไปทางเครื่องหมายสะท้อนแสงที่ติดไว้บนใบพัดใบหนึ่ง สัญญาณอนาล็อกจากเซ็นเซอร์ถูกส่งผ่านสายเคเบิลไปยังหน่วยวัดของอุปกรณ์ "Balanset-1" ซึ่งจะทำการประมวลผลดิจิทัลเบื้องต้น จากนั้น สัญญาณในรูปแบบดิจิทัลจะเข้าสู่คอมพิวเตอร์ ซึ่งจะทำการประมวลผลด้วยซอฟต์แวร์และคำนวณมวลและมุมของตุ้มน้ำหนักปรับแก้ที่จำเป็นในการชดเชยความไม่สมดุลของใบพัด.

ก่อนเริ่มงานนี้ และโดยคำนึงถึงประสบการณ์จากการปรับสมดุลใบพัดของเครื่องบิน Yak-52 ได้มีการศึกษาเพิ่มเติมดังนี้:

• การหาความถี่ธรรมชาติของการสั่นของเครื่องยนต์และใบพัดของเครื่องบิน Su-29;
• ตรวจสอบขนาดและองค์ประกอบสเปกตรัมของการสั่นสะเทือนพื้นฐานในห้องนักบินที่สองก่อนทำการปรับสมดุล.

3.2. ความถี่ธรรมชาติของการสั่นของเครื่องยนต์และใบพัด

เมื่อใช้ระเบียบวิธีการกระตุ้นแรงกระแทกแบบเดียวกันกับเครื่องวิเคราะห์ AD-3527 พบว่ามีความถี่หลัก 6 ความถี่ในสเปกตรัมการสั่นสะเทือนของเครื่องยนต์ (รูปที่ 3.2): 16 เฮิรตซ์, 22 เฮิรตซ์, 37 เฮิรตซ์, 66 เฮิรตซ์, 88 เฮิรตซ์, 120 เฮิรตซ์.

ความถี่ 66 เฮิรตซ์ 88 เฮิรตซ์ และ 120 เฮิรตซ์ สันนิษฐานว่าเกี่ยวข้องโดยตรงกับลักษณะเฉพาะของระบบยึดเครื่องยนต์ (ระบบกันสะเทือน) ในตัวเครื่อง ความถี่ 16 เฮิรตซ์ และ 22 เฮิรตซ์ น่าจะเกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของเครื่องบินโดยรวมบนโครงตัวถัง ส่วนความถี่ 37 เฮิรตซ์ น่าจะเกี่ยวข้องกับความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของใบพัดเครื่องบิน.

ข้อสันนิษฐานสุดท้ายนี้ได้รับการยืนยันจากผลการวัดความถี่ธรรมชาติของการสั่นของใบพัด (รูปที่ 3.3) ซึ่งในสเปกตรัมนั้นได้ระบุความถี่หลักไว้สามความถี่: 37 เฮิรตซ์, 100 เฮิรตซ์ และ 174 เฮิรตซ์.

ความรู้เกี่ยวกับความถี่ธรรมชาติของระบบกันสะเทือนเครื่องยนต์และใบพัดของเครื่องบิน Su-29 มีความสำคัญอย่างยิ่งในทางปฏิบัติ ประการแรก ช่วยให้สามารถเลือกความถี่การหมุนของใบพัดเพื่อการปรับสมดุลได้อย่างเหมาะสม เพื่อให้มั่นใจได้ว่าการสั่นสะเทือนจะไม่รบกวนการสั่นสะเทือนของโครงสร้างเครื่องบินมากที่สุด ประการที่สอง เป็นพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการตีความและการวินิจฉัยสาเหตุของการสั่นสะเทือนที่สังเกตได้ในโหมดการทำงานต่างๆ ของเครื่องยนต์อย่างถูกต้อง ดังที่จะแสดงให้เห็นในส่วนต่อไปของรายงานนี้.

3.3. ระดับการสั่นสะเทือนของห้องโดยสารก่อนการปรับสมดุล

ก่อนดำเนินการปรับสมดุล ได้มีการวัดระดับการสั่นสะเทือนพื้นฐานในห้องนักบินที่สองของเครื่องบิน Su-29 เช่นเดียวกับกรณีของเครื่องบิน Yak-52 การสั่นสะเทือนถูกวัดในทิศทางแนวตั้งโดยใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแบบพกพา AD-3527 จาก A&D (ญี่ปุ่น) ในช่วงความถี่ 5 ถึง 200 เฮิรตซ์ การวัดดำเนินการที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์หลักสี่โหมด ซึ่งสอดคล้องกับความถี่การหมุนสูงสุดของใบพัดที่ 60%, 65%, 70% และ 82%.

ผลการวัดเหล่านี้แสดงอยู่ในตารางที่ 3.1.

ส่วนประกอบการสั่นสะเทือนหลักปรากฏที่ความถี่การหมุนของใบพัด V_{หน้า 1}, เพลาข้อเหวี่ยง V_ซี1, คอมเพรสเซอร์ไดรฟ์ V_n, และฮาร์มอนิก V ของเพลาข้อเหวี่ยงที่ 2_ซี2 (ซึ่งในกรณีใบพัดสามใบ อาจตรงกับความถี่การผ่านของใบพัด V ด้วยเช่นกัน)_{หน้า 3}).

ในสเปกตรัมโหมด 60% ยังพบส่วนประกอบที่ไม่สามารถระบุได้ที่ 6120 รอบ/นาที ซึ่งอาจเกิดจากการสั่นพ้องที่ประมาณ 100 เฮิรตซ์ ซึ่งเป็นหนึ่งในความถี่ธรรมชาติของใบพัด.

พบว่าค่าการสั่นสะเทือนรวมสูงสุด (11.5 มม./วินาที) อยู่ที่โหมด 70% โดยองค์ประกอบหลักในโหมดนี้คือ V_ซี2 ที่ 4020 รอบ/นาที ความเร็วเพิ่มขึ้นถึง 10.8 มม./วินาที การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่ 70% นี้ น่าจะเกิดจากการสั่นสะเทือนแบบเรโซแนนซ์ของระบบกันสะเทือนของเครื่องยนต์ที่ความถี่ใกล้ 67 เฮิรตซ์ (4020 รอบ/นาที).

นอกจากนี้ ควรสังเกตว่า นอกเหนือจากการกระตุ้นจากการกระแทกของกลุ่มลูกสูบแล้ว การสั่นสะเทือนในช่วงความถี่นี้ยังอาจได้รับอิทธิพลจากแรงทางอากาศพลศาสตร์ที่ความถี่การผ่านของใบพัด (V)_{หน้า 3}ในโหมด 65% และ 82% พบว่าค่า V เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด_ซี2 (วี_{หน้า 3}นอกจากนี้ยังพบส่วนประกอบอีกส่วนหนึ่ง ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยการสั่นพ้องของชิ้นส่วนเครื่องบินแต่ละชิ้นเช่นกัน.

ส่วนประกอบความไม่สมดุลของใบพัด V_{หน้า 1} มีค่าตั้งแต่ 2.4 ถึง 5.7 มม./วินาที ในแต่ละโหมดก่อนการปรับสมดุล โดยทั่วไปแล้วจะต่ำกว่า V_ซี2 ในโหมดที่สอดคล้องกัน การเปลี่ยนแปลงระหว่างโหมดต่างๆ นั้น ไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณภาพของการปรับสมดุลเพียงอย่างเดียว แต่ยังขึ้นอยู่กับระดับการเบี่ยงเบนจากความถี่ธรรมชาติขององค์ประกอบโครงสร้างของเครื่องบินด้วย.

3.4. ผลลัพธ์ที่สมดุล

การปรับสมดุลใบพัดทำในระนาบเดียวที่ความถี่การหมุน 1350 รอบต่อนาที โดยใช้การวัดสองครั้ง (วิธีสัมประสิทธิ์อิทธิพลแบบคลาสสิก) โปรโตคอลการปรับสมดุลทั้งหมดมีอยู่ใน ภาคผนวก 1.

ขั้นตอนการปรับสมดุลประกอบด้วยการดำเนินการดังต่อไปนี้:

1. ในการทดลองครั้งแรก (สถานะเริ่มต้น) ได้ทำการวัดค่าแอมพลิจูดและเฟสของการสั่นสะเทือนที่ความถี่การหมุนของใบพัด.
2. ในการทดลองครั้งที่สอง ได้ทำการวัดแอมพลิจูดและเฟสของการสั่นสะเทือนหลังจากติดตั้งมวลทดลองที่มีน้ำหนักที่ทราบแล้วลงบนใบพัด.
3. จากผลการวัดเหล่านี้ ซอฟต์แวร์ได้คำนวณมวลและมุมการติดตั้งของตุ้มถ่วงปรับสมดุลในระนาบที่ 1 ซึ่งจำเป็นสำหรับการชดเชยความไม่สมดุลของใบพัด.

การตรวจสอบคุณภาพการทรงตัวขณะบินไม่ได้ดำเนินการ เนื่องจากใบพัดได้รับความเสียหายโดยอุบัติเหตุระหว่างการฝึกบิน.

สาเหตุของความคลาดเคลื่อนที่ระบุไว้อาจเป็นดังต่อไปนี้:

• ข้อผิดพลาดของระบบวัดของแท่นปรับสมดุลที่โรงงานผลิต (สาเหตุนี้ดูเหมือนจะเป็นไปได้น้อยที่สุด);
• ข้อผิดพลาดทางเรขาคณิต (ความไม่แม่นยำ) ของพื้นผิวการติดตั้งของแกนหมุนของเครื่องปรับสมดุลที่โรงงานผลิต ทำให้ใบพัดเบี่ยงเบนในแนวรัศมีบนแกนหมุน;
• ข้อผิดพลาดทางเรขาคณิต (ความไม่แม่นยำ) ของพื้นผิวการติดตั้งของเพลาส่งกำลังของเกียร์ในเครื่องบิน Su-29 ทำให้ใบพัดเบี่ยงเบนในแนวรัศมีเมื่อติดตั้งบนเพลาเกียร์.

3.5. สรุปผลการวิจัย

3.5.1.

การปรับสมดุลใบพัดของเครื่องบิน Su-29 ในระนาบเดียวที่ความถี่การหมุนของใบพัด 1350 รอบต่อนาที (70%) ช่วยลดการสั่นสะเทือนที่ความถี่การหมุนของใบพัดจาก 6.7 มม./วินาที ในสภาพเริ่มต้น เหลือ 1.5 มม./วินาที หลังจากการปรับสมดุล การสั่นสะเทือนที่เกี่ยวข้องกับการไม่สมดุลของใบพัดในโหมดความเร็วอื่นๆ ของเครื่องยนต์ก็ลดลงอย่างมีนัยสำคัญและคงอยู่ในช่วง 1–2.5 มม./วินาที.

3.5.2.

เพื่อชี้แจงสาเหตุที่การปรับสมดุลใบพัดที่โรงงานผลิต (MT-Propeller) ไม่ได้ผลเป็นที่น่าพอใจ จำเป็นต้องตรวจสอบการเบี่ยงเบนในแนวรัศมีของใบพัดบนเพลาส่งกำลังของเกียร์เครื่องยนต์ของเครื่องบิน Su-29.

ภาคผนวก 1: โปรโตคอลการปรับสมดุล