Uçağın pervanesinin saha ortamında dengelenmesi üzerine. Bölüm 1

1. V.D. Feldman

OU Vibromera Baş Teknisyeni

Uçağın pervanesinin saha ortamında dengelenmesi üzerine

 "Pervane uçağın sürücüsüdür,

ve bunu dengelemek için sadece bir vurucu olabilir"

1. İçinde önsöz yerine

İki buçuk yıl önce şirketimiz, rotor mekanizmalarını kendi yataklarında dengelemek için tasarlanan Balanset-1'in seri üretimine başladı.

Bugüne kadar, fanların, egzozların, elektrik motorlarının, iş millerinin, pompaların, kırıcıların, ayırıcıların, santrifüjlerin, tahrik millerinin ve krank millerinin ve diğer mekanizmaların üretimi ve çalıştırılması dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerde etkin bir şekilde kullanılan 180'den fazla set üretilmiştir.

Son zamanlarda şirketimiz, saha ortamında uçak ve helikopterlerin pervanelerinin dengelenmesi için ekipmanlarımızın kullanılması olasılığı ile ilgili kuruluşlardan ve kişilerden çok sayıda talep aldı.

Ne yazık ki, çok çeşitli makineleri dengeleme konusunda büyük deneyime sahip uzmanlarımız bu sorunla hiç karşılaşmadı. Bu nedenle, Müşterilerimize verebileceğimiz tavsiye ve öneriler genel nitelikteydi ve her zaman sorunu etkili bir şekilde çözmelerini sağlamıyordu.

Bu bahar, pilotu olduğu YAK-52 ve SU-29'un pervanelerini dengeleme çalışmalarını bizimle birlikte organize eden ve bu çalışmalarda en aktif rolü üstlenen V. D. Chvokov'un aktif duruşu sayesinde durum iyiye doğru değişmeye başladı.

Şekil 1.1. Havaalanındaki Yak-52

Şekil 1.2. Park alanında SU-29

Bu süreçte, Balanset-1'i kullanarak saha ortamında uçak pervanelerini dengeleme konusunda belirli bir beceri ve teknoloji öğrendik:

• Titreşim sensörlerinin ve faz açısının tesis üzerindeki kurulum (montaj) yerlerinin ve yöntemlerinin belirlenmesi;
• Uçağın bir dizi yapısal elemanının (motor süspansiyonu, pervane kanadı) rezonans frekanslarının belirlenmesi;
• Motorun dönme hızlarını (çalışma modları) belirleyerek dengeleme sürecinde minimum artık dengesizlik sağlar;
• pervanenin kalan dengesizliği için toleransların belirlenmesi, vb.

Buna ek olarak, M-14P motorlarıyla donatılmış uçakların titreşim seviyelerine ilişkin ilginç veriler elde ettik.

Bu çalışmaların sonuçlarına dayanarak aşağıda raporlama materyalleri önerilmektedir.

Dengeleme sonuçlarının yanı sıra, YAK-52 ve SU-29'un yerdeki ve uçuştaki testleri sırasında elde edilen titreşim sörveylerinin verilerini de içerir.

Bu veriler hem uçak pilotları hem de bakım uzmanları için ilgi çekici olabilir.

2. YAK-52 akrobasi uçağının pervane dengeleme ve titreşim testi sonuçları

2.1. Giriş

Mayıs-Temmuz 2014'te, M-14P uçak motoru ile donatılmış YAK-52'nin titreşim testini ve iki kanatlı pervanesinin balansını gerçekleştirdik.

Balanslama, Balanset-1, tesis No. 149 balanslama seti kullanılarak aynı düzlemde gerçekleştirilmiştir.

Dengelemede kullanılan ölçüm şeması Şekil 2.1'de gösterilmektedir.

Dengeleme işlemi sırasında titreşim sensörü (ivmeölçer) 1 özel bir braket üzerindeki bir mıknatıs kullanılarak motor dişlisinin ön kapağına monte edilmiştir.

Faz açısının lazer sensörü 2 ayrıca dişli kapağına monte edilmiş ve pervane kanatlarından birine uygulanan yansıtıcı bir etiket tarafından yönlendirilmiştir.

Sensörlerden gelen analog sinyaller kablolar aracılığıyla Balanset-1'in ölçüm ünitesine iletilmiş ve burada ön dijital işleme tabi tutulmuştur.

Ayrıca, dijital formdaki bu sinyaller bilgisayara aktarılmış, bilgisayar da bunları işleyerek pervanedeki dengesizliği telafi etmek için gereken düzeltici ağırlığın kütlesini ve montaj açısını hesaplamıştır.

Şekil 2.1. YAK-52'nin pervanesini dengelemek için ölçüm şeması.

Zk - ana dişli çarkı;

Zс - dişli uydular;

Zn - sabit dişli çark.

Bu çalışma sırasında, SU-29 ve YAK-52 pervanelerinin dengelenmesindeki deneyimi dikkate alarak, aşağıdakiler de dahil olmak üzere bir dizi ek çalışma gerçekleştirdik:

• YAK-52'nin motor ve pervanesinin salınımlarının doğal frekanslarının belirlenmesi;
• Pervanenin dengelenmesinden sonra uçuş sırasında yardımcı pilotun kokpitindeki titreşimin değerinin ve spektral bileşiminin incelenmesi;
• Pervanenin dengelenmesi ve motor damperinin sıkma kuvvetinin ayarlanmasından sonra uçuş sırasında yardımcı pilotun kokpitindeki titreşimin değerinin ve spektral bileşiminin incelenmesi.

2.2. Motor ve pervanenin doğal frekanslarına ilişkin çalışmaların sonuçları.

Uçağın gövdesindeki damperlere monte edilen motorun doğal frekansları, motor salınımlarının şok uyarımı ile AD-3527, f. A @ D, (Japonya) spektrum analizörü kullanılarak belirlenmiştir.

YAK-52'nin motor süspansiyonunun doğal salınımlarının spektrumunda 20 Hz, 74Hz, 94 Hz, 120 Hz olmak üzere 4 ana frekans belirledik ve bunların bir örneği Şekil 2.2'de gösterilmektedir.

Şekil 2.2. YAK-52'nin motor süspansiyonunun salınımlarının doğal frekanslarının spektrumu

74Hz, 94Hz, 120Hz frekansları muhtemelen motorun uçağın gövdesine montaj (süspansiyon) özellikleriyle ilişkilidir.

20Hz'lik frekans büyük olasılıkla uçağın şasi üzerindeki salınımlarıyla ilişkilidir.

Pervane kanatlarının doğal salınım frekansları da şok uyarım yöntemiyle belirlenmiştir.

Bu durumda, dört ana frekansı ortaya çıkardık: 36Hz, 80Hz, 104Hz ve 134Hz.

YAK-52'nin pervane ve motorunun doğal salınım frekanslarına ilişkin veriler, dengelemede kullanılan pervane dönüş frekansının seçilmesinde birincil derecede önemli olabilir. Bu frekansın seçilmesindeki ana koşul, uçağın yapısal elemanlarının salınımlarının doğal frekanslarından mümkün olan maksimum sapmayı sağlamaktır.

Ayrıca, uçağın münferit bileşenlerinin ve parçalarının salınımlarının doğal frekanslarının bilinmesi, çeşitli motor hızlarında titreşim spektrumunun belirli bileşenlerinin keskin bir şekilde artmasının (rezonans durumunda) nedenlerini belirlemek için yararlı olabilir.

2.3. Dengeleme sonuçları.

Yukarıda belirttiğimiz gibi, pervane aynı düzlemde dengelenmiş, bunun sonucunda pervanenin dinamikteki güç dengesizliği için telafi sağlanmıştır.

YAK-52'ye monte edilen pervanenin tasarımı sadece bir düzeltme düzlemi oluşturmayı mümkün kıldığından, pervanenin moment dengesizliğini telafi etmeyi sağlayan (kuvvete ek olarak) iki düzlemde dinamik dengeleme mümkün olmamıştır.

Pervane, 1.150 rpm'ye (60%) eşit bir dönüş frekansında dengelenmiştir; bu frekansta, başlangıçtan başlangıca genlik ve fazda titreşim ölçümünün en kararlı sonuçlarını elde etmek mümkün olmuştur.

Pervane, klasik "iki başlangıç" şemasına göre dengelenmiştir.

İlk çalıştırma sırasında, başlangıç durumundaki pervane dönüş frekansında titreşimin genliğini ve fazını belirledik.

İkinci çalıştırma sırasında, kanıt kütlesini 7g'ye eşit olarak sabitledikten sonra pervane dönüş frekansındaki titreşimin genliğini ve fazını belirledik.

Bu verileri dikkate alarak, programatik bir şekilde M = 19.5g kütlesini ve F = 32 düzeltme ağırlığının kurulum açısını hesapladık.

Düzeltme ağırlığının gerekli açıda yerleştirilmesine izin vermeyen pervanenin tasarım özellikleri dikkate alınarak, pervaneye aşağıdakiler de dahil olmak üzere iki eşdeğer ağırlık sabitlenir:

• F1 = 0º açısı üzerinde M1 ağırlığı = 14g;
• F1 = 60º açı üzerinde M1 ağırlığı = 8.3g.

Yukarıdaki düzeltici ağırlıklar pervaneye yerleştirildikten sonra, 1.150 rpm dönüş hızında ölçülen ve pervane dengesizliği ile ilişkili titreşim, ilk durumda 10,2 mm/s'den dengeleme sonrasında 4,2 mm/s'ye düşmüştür.

Aynı zamanda pervanenin gerçek dengesizliği 2.340 g*mm'den 963 g*mm'ye düşmüştür.

2.4. Farklı pervane hızlarında balanslamanın YAK-52'nin yerdeki titreşim seviyesi üzerindeki etkisinin test edilmesi

Tablo 2.1, YAK-52'nin yerdeki testler sırasında elde edilen diğer motor çalışma koşullarında gerçekleştirilen titreşim testinin sonuçlarını göstermektedir.

Tabloda görüldüğü gibi, balanslama YAK-52'nin tüm çalışma modlarında titreşim üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir.

Tablo 2.1

Ayrıca, yerdeki testler sırasında, pervanesinin dönüş hızı artan bir uçağın titreşimini önemli ölçüde azaltma eğilimi ortaya çıkmıştır.

Bu olgu, pervanenin dönüş hızının, pervanenin dönüş hızının artmasıyla ortaya çıkan, uçağın şasi üzerindeki doğal salınım frekansından (muhtemelen 20Hz) daha büyük ölçüde sapmasıyla açıklanabilir.

2.5. Damperlerin sıkma kuvveti ayarlanmadan önce ve ayarlandıktan sonra YAK-52'nin ana uçuş modlarında havadaki titreşiminin incelenmesi

Yerde pervaneyi dengeledikten sonra yapılan titreşim testlerine ek olarak (bkz. Bölüm 2.3) YAK-52'nin uçuş sırasındaki titreşiminin ölçümlerini yaptık.

Uçuş sırasındaki titreşim yardımcı pilotun kokpitinde ölçülmüştür dikey yönde taşınabilir titreşim spektrum analizörü AD-3527 f. A@D (Japonya) kullanılarak 5 ila 200 (500)Hz frekans aralığında ölçülmüştür.

Ölçümler, sırasıyla maksimum dönüş hızının 60%, 65%, 70% ve 82%'sine eşit olan beş ana motor hızında gerçekleştirilmiştir.

Damperleri ayarlamadan önce yapılan ölçümlerin sonuçları Tablo 2.2'de gösterilmektedir.

Tablo 2.2

Örnek olarak, Şekil 2.3 ve 2.4, 60% ve 94% modlarında YAK-52'nin kokpitindeki titreşimi ölçerken elde edilen ve Tablo 2.2'yi doldururken kullanılan spektrumların grafiklerini göstermektedir.

Şekil 2.3. 60%'de YAK-52'nin kokpitindeki titreşim spektrumu.

Şekil 2.4. 94%'de YAK-52'nin kokpitindeki titreşim spektrumu.

Tablo 2.2'de görüldüğü gibi, yardımcı pilotun kokpitinde ölçülen titreşimin ana bileşenleri pervane dönüş hızları Vv1 (sarı ile vurgulanmıştır), motor krank mili Vk1 (mavi ile vurgulanmıştır) ve hava kompresörü tahrik dişlisi (ve/veya frekans sensörü) Vn'de (yeşil ile vurgulanmıştır) ve bunların daha yüksek harmonikleri Vv2, Vv4, Vv5 ve Vk2, Vk3'te görülmektedir.

Maksimum toplam titreşim Vå  82% (pervanenin 1.580 rpm) ve 94% (1.830 rpm) hızlarında tespit edilmiştir.

Bu titreşimin ana bileşeni kendini 2. katta gösterir.^nd Motor krank mili hızı Vk2'nin harmoniği ve buna bağlı olarak 4800 devir/dakika frekansta 12,5 mm/s ve 5.520 devir/dakika frekansta 15,8 mm/s değerlerine ulaşır.

Bu bileşenin motor piston bloğunun çalışmasıyla ilişkili olduğu varsayılabilir (krank milinin bir devri sırasında pistonlar iki kez yeniden konumlandırıldığında şok süreçleri).

82% (ilk nominal) ve 94% (kalkış) modlarında bu bileşendeki keskin artış, büyük olasılıkla piston grubu kusurlarından değil, damper üzerinde uçak gövdesine sabitlenmiş motordaki rezonans salınımlarından kaynaklanmaktadır.

Bu sonuç, spektrumunda 74Hz (4.440 devir/dakika), 94Hz (5640 devir/dakika) ve 120Hz (7.200 devir/dakika) bulunan motor süspansiyonunun doğal salınım frekanslarının deneysel doğrulamasının yukarıdaki sonuçları ile doğrulanmaktadır.

Bu doğal frekanslardan 74 ve 94 Hz'e eşit olan ikisi, 2^nd Motor çalışmasının ilk nominal ve kalkış değerlerinde yer alan krank mili dönüş hızının harmoniği.

Titreşim testleri sırasında 2. katta önemli titreşimler tespit etmemiz nedeniyle^nd Motorun ilk nominal ve kalkış değerlerinde krank milinin harmoniği, motor süspansiyon damperlerinin sıkma kuvvetini kontrol etmek ve ayarlamak için çaba sarf edilmiştir.

Tablo 2.3, pervane dönüş hızı için damperlerin ayarlanmasından önce ve sonra elde edilen karşılaştırmalı test sonuçlarını göstermektedir (Vv1) ve 2^nd krank mili dönüş frekansının harmoniği (Vk2).

Tablo 2.3

Tablo 2.3'ten de görebileceğimiz gibi, damperlerin ayarlanması uçak titreşiminin ana bileşenlerinin değerlerinde önemli değişikliklere yol açmamıştır.

Yukarıdakiler dikkate alındığında, YAK-52'nin ilk nominal ve kalkış modlarındaki titreşim bileşeninde gözle görülür bir artışı (bize göre) uçak tasarımcılarının uçak gövdesinde bir motor montaj sistemi (süspansiyon) seçerken yaptıkları yapıcı bir yanlış hesaplama olarak değerlendirmek mümkündür.

Bu bağlamda, sırasıyla 82% ve 94% (bkz. Tablo 1.2 ve 1.3) modlarında tespit edilen pervane dengesizliği Vv1 ile ilişkili spektral bileşenin genliğinin, bu modlardaki Vk2 genliklerinden 3-7 kat daha düşük olduğunu belirtmeliyiz.

Diğer uçuş modlarında, Vv1 bileşeni 2,8-4,4 mm/s aralığındadır.

Ayrıca, Tablo 2.2 ve 2.3'te gösterildiği gibi, bir moddan diğerine geçiş sırasında değişiklikler esas olarak dengeleme kalitesi tarafından değil, pervane dönüş hızının uçağın belirli yapısal elemanlarının salınımlarının doğal frekanslarından sapma derecesi tarafından belirlenir.

2.6. Çalışma sonuçlarına ilişkin sonuçlar

2.6.1. YAK-52 pervanesinin 1150 rpm (60%) dönüş frekansında gerçekleştirilen balans ayarı, pervane titreşiminin 10,2 mm/s'den 4,2 mm/s'ye düşürülmesini mümkün kılmıştır.

YAK-52 ve SU-29 pervanelerinin Balanset-1 kullanılarak dengelenmesi sürecinde kazanılan belirli deneyimleri dikkate alarak, YAK-52 pervanesinin titreşim seviyesini daha da azaltma olasılığı olduğunu varsayabiliriz.

Bu etki, özellikle dengeleme sırasında pervanenin farklı (daha yüksek) bir dönüş frekansı seçilerek elde edilebilir, bu da test sırasında tespit edilen 20 Hz'lik (1.200 devir/dakika) doğal hava taşıtı salınım frekansından daha fazla ayrılmayı sağlar.

2.6.2. YAK-52'nin uçuş sırasındaki titreşim testlerinin sonuçlarının gösterdiği gibi, titreşim spektrumları (yukarıda paragraf 2.6.1'de bahsedilen ve pervane dönüş frekansında ortaya çıkan bileşenin yanı sıra), krank milinin, motorun piston grubunun ve ayrıca hava kompresörünün tahrik dişlisinin (ve/veya frekans sensörünün) çalışmasıyla ilgili bir dizi başka bileşene sahiptir.

60%, 65% ve 70% modlarındaki yukarıdaki titreşimlerin değerleri, pervane dengesizliği ile ilişkili olan titreşimin değeri ile orantılıdır.

Bu titreşimlerin analizi, pervanenin dengesizliğinden kaynaklanan titreşimin tamamen ortadan kaldırılmasının bile uçağın bu modlardaki toplam titreşimini 1,5 kattan fazla azaltmayacağını göstermektedir.

2.6.3. Maksimum toplam titreşim Vå YAK-52'nin yüksek hız modlarında tespit edilmiştir: 82% (pervanenin 1.580 rpm'si) ve 94% (pervanenin 1.830 rpm'si).

Bu titreşimin ana bileşeni kendini 2. katta gösterir.^nd Motor krank mili dönüş frekansı Vk2'nin harmoniği (4.800 devir/dakika veya 5.520 devir/dakika frekanslarında), sırasıyla 12,5 mm/s ve 15,8 mm/s değerlerine ulaşır.

Bu bileşenin motor piston grubunun çalışmasıyla ilgili olduğu varsayılabilir (krank milinin bir devri sırasında pistonlar iki kez yeniden konumlandırıldığında ortaya çıkan şok süreçleri).

82% (ilk nominal) ve 94% (kalkış) modlarında bu bileşendeki keskin artış, büyük olasılıkla piston grubundaki kusurlardan değil, uçak gövdesinde sönümleyiciler üzerine sabitlenmiş motordaki rezonans salınımlarından kaynaklanmaktadır.

Testler sırasında damperlerin ayarlanması titreşimde önemli değişikliklere yol açmamıştır.

Bu durum, uçak tasarımcılarının motorun uçak gövdesine montaj sistemini (süspansiyon) seçerken yaptıkları yapıcı bir yanlış hesaplama olarak düşünülebilir.

2.6.4. Dengeleme ve ek titreşim testleri sırasında elde edilen veriler (bkz. Bölüm 2.5'teki uçuş testlerinin sonuçları), periyodik titreşim izlemenin bir uçak motorunun teknik durumunun tanısal değerlendirmesi için yararlı olabileceği sonucuna varmamızı sağlar.

Bu prosedür, örneğin, yazılımı spektral titreşim analizi işlevini yerine getiren Balanset-1 kullanılarak gerçekleştirilebilir.