Короткий зміст: У цьому інженерному звіті задокументовано перше успішне застосування портативного пристрою «Балансет-1» для польового балансування повітряних гвинтів літаків. Роботи проводилися на літаках Як-52 (дволопатевий гвинт) та Су-29 (трилопатевий гвинт MTV-9-KC/CL 260-27), оснащених двигунами М-14П, у травні–липні 2014 року. Основні результати: вібрація гвинта на Як-52 зменшилася з 10,2 до 4,2 мм/с; на Су-29 — з 6,7 до 1,5 мм/с (зменшення більш ніж у 4 рази). У звіті також представлено детальний аналіз спектру вібрацій у кількох режимах роботи та визначено домінуючі джерела вібрацій, включаючи гармоніки колінчастого вала та структурні резонанси.

1. Передмова

Два з половиною роки тому наше підприємство розпочало серійне виробництво пристрою "Балансет-1", призначеного для балансування обертових механізмів у власних підшипниках.

На сьогоднішній день виготовлено понад 180 комплектів. Вони ефективно використовуються в різних галузях промисловості, включаючи виробництво та експлуатацію вентиляторів, повітродувок, електродвигунів, верстатних шпинделів, насосів, дробарок, сепараторів, центрифуг, карданних та колінчастих вузлів та подібних механізмів.

Останнім часом компанія «Вібромера» отримала велику кількість запитів від організацій та приватних осіб щодо можливості використання нашого обладнання для балансування гвинтів літаків та вертольотів у польових умовах.

На жаль, наші спеціалісти, незважаючи на багаторічний досвід балансування різних машин, ніколи раніше не стикалися з цією конкретною проблемою. Тому поради та рекомендації, які ми могли надати нашим клієнтам, були досить загальними і не завжди дозволяли їм ефективно вирішити поставлене завдання.

Ця ситуація почала змінюватися на краще цієї весни, завдяки активній участі В.Д. Чвокова, який організував та брав участь разом з нами в роботах з балансування гвинтів літаків Як-52 та Су-29, які він пілотує.

Літак Як-52 на аеродромі
Рис. 1.1. Як-52 на аеродромі
Літак Су-29 на парковці
Рис. 1.2. Су-29 на парковці

Під час цієї роботи були набуті певні навички та розроблена технологія балансування повітряних гвинтів літаків у польових умовах за допомогою приладу "Балансет-1", що включає:

  • визначення місць та способів встановлення (монтування) датчиків вібрації та фазового кута на літальному апараті;
  • визначення резонансних частот кількох конструктивних елементів літака (підвіска двигуна, лопаті гвинта);
  • визначення частот обертання двигуна (режимів роботи), що забезпечують мінімально досяжний залишковий дисбаланс під час балансування;
  • встановлення допусків на залишковий дисбаланс гвинта.

Крім того, були отримані цікаві дані про рівні вібрації літаків, оснащених двигунами М-14П.

Нижче наведено матеріали звіту, складені за результатами цієї роботи. Окрім результатів балансування, у них представлені дані вібраційних досліджень літаків Як-52 та Су-29, отримані під час наземних та льотних випробувань. Ці дані можуть бути цікавими як для пілотів літаків, так і для фахівців, що займаються їх обслуговуванням.

2. Балансування та вібраційне обстеження Як-52

2.1. Вступ

У травні–липні 2014 року проводилися роботи з вібраційного обстеження літака Як-52, оснащеного авіаційним двигуном М-14П, та балансування його дволопатевого гвинта.

Балансування виконувалося в одній площині за допомогою комплекту "Balanset-1", серійний номер 149.

Схема вимірювання показана на рис. 2.1. Під час балансування датчик вібрації (акселерометр) 1 був встановлений на передній кришці коробки передач двигуна за допомогою магнітного кріплення на спеціально розробленому кронштейні. Лазерний датчик фазового кута 2 також був встановлений на кришці редуктора та орієнтований у напрямку світловідбиваючої мітки, нанесеної на одну з лопатей гвинта.

Аналогові сигнали від датчиків передавались кабелями до вимірювального блоку приладу "Балансет-1", де проводилася попередня цифрова обробка. Ці сигнали в цифровому вигляді потім надходили до комп'ютера, де проводилася програмна обробка та розраховувалися маса та кут нахилу коригувального вантажу, необхідні для компенсації дисбалансу гвинта.

Схема вимірювань для балансування гвинта Як-52
Рис. 2.1. Схема вимірювань для балансування гвинта Як-52.
Zk — головне зубчасте колесо; Zs — супутники; Zn — нерухоме зубчасте колесо.

Балансувальні пристрої

Під час цієї роботи, враховуючи досвід, отриманий з балансування гвинтів як Су-29, так і Як-52, було проведено ряд додаткових досліджень:

  • визначення власних частот коливань двигуна та гвинта Як-52;
  • вимірювання величини та спектрального складу вібрації в кабіні другого пілота під час польоту після балансування гвинта;
  • вимірювання вібрації після балансування гвинта та після регулювання сили затягування амортизаторів двигуна.

2.2. Власні частоти коливань двигуна та гвинта

Власні частоти коливань двигуна, встановленого на амортизаторах у корпусі літака, визначалися за допомогою спектроаналізатора AD-3527 компанії A&D (Японія) методом ударного збудження.

У спектрі власних коливань підвіски двигуна Як-52 (рис. 2.2) було визначено чотири основні частоти: 20 Гц, 74 Гц, 94 Гц, 120 Гц.

Спектр власних частот підвіски двигуна Як-52
Рис. 2.2. Спектр власних частот підвіски двигуна Як-52

Частоти 74 Гц, 94 Гц та 120 Гц, ймовірно, пов'язані з характеристиками кріплення двигуна (підвіски) до корпусу літака. Частота 20 Гц, найімовірніше, пов'язана з власними коливаннями літака на шасі його шасі.

Власні частоти лопатей гвинта також визначалися за допомогою методу ударного збудження. Було визначено чотири основні частоти: 36 Гц, 80 Гц, 104 Гц та 134 Гц.

Дані про власні частоти коливань підвіски двигуна та лопатей гвинта мають значення насамперед для вибору частоти обертання гвинта під час балансування. Головною умовою вибору цієї частоти є забезпечення максимальної розладки від власних частот коливань конструктивних елементів літака, оскільки на резонансних частотах точність та повторюваність вимірювань вібрації можуть бути значно порушені.

Крім того, знання власних частот окремих компонентів може бути корисним для виявлення причин різкого зростання вібрації (резонансних явищ) на різних режимах обертів двигуна, які можуть виникати під час експлуатації літака.

2.3. Результати балансування

Як зазначалося вище, балансування гвинта виконувалося в одній площині, тим самим динамічно компенсуючи дисбаланс сил гвинта.

Динамічне балансування у двох площинах (що додатково компенсувало б дисбаланс моментів) було неможливим, оскільки конструкція гвинта на Як-52 допускає лише одну площину корекції.

Балансування проводилося при частоті обертання 1150 об/хв (60%), при якій від запуску до запуску отримувалися найстабільніші вимірювання вібрації, як за амплітудою, так і за фазою.

Використовувалася класична схема "двох проходів":

  1. Під час першого запуску визначалися амплітуда та фаза коливань на частоті обертання гвинта у початковому стані.
  2. Під час другого запуску визначалися амплітуда та фаза коливань після встановлення на гвинт пробної маси 7 г.
  3. На основі цих даних програмне забезпечення розрахувало: корекційну масу М = 19,5 г під кутом F = 32°.

Через конструктивні особливості гвинта, які не дозволяли встановити коригувальний вантаж під необхідним кутом 32°, було встановлено два еквівалентні вантажі:

  • M1 = 14 г під кутом F1 = 0°
  • M2 = 8,3 г під кутом F2 = 60°

Результат: Після встановлення коригувальних вантажів вібрація при 1150 об/хв зменшилася з 10,2 мм/сек до 4,2 мм/сек. Фактичний дисбаланс зменшився з 2340 г·мм до 963 г·мм.

2.4. Вібрація в інших режимах роботи

Результати вібраційних перевірок на інших режимах роботи двигуна під час наземних випробувань представлені в таблиці 2.1. Як видно, балансування позитивно вплинуло на вібрацію Як-52 на всіх режимах.

Таблиця 2.1. Вібрація наземного випробування після балансування
#Живлення, %Обороти на хвилинуСередньоквадратичне значення швидкості вібрації, мм/с
16011534.2
26512572.6
37013452.1
48215721.25

Більше того, під час наземних випробувань було виявлено чітку тенденцію до суттєвого зниження вібрації зі збільшенням частоти обертання гвинта. Це можна пояснити більшою розстрочкою частоти обертання гвинта від власної частоти коливань літака на шасі (ймовірно 20 Гц), що відбувається при вищих частотах обертання.

2.5. Вібрація під час польоту до та після регулювання амортизатора

Окрім наземних вібраційних випробувань після балансування гвинта (розділ 2.3), також проводилися вимірювання вібрації Як-52 у польоті.

Вібрацію в польоті вимірювали в кабіні другого пілота у вертикальному напрямку за допомогою портативного аналізатора спектру AD-3527 компанії A&D (Японія) в діапазоні частот від 5 до 200 (500) Гц. Вимірювання проводилися на п'яти основних режимах обертання двигуна: 60%, 65%, 70%, 82% та 94% максимальної частоти обертання.

Результати, отримані до регулювання амортизаторів, представлені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2. Компоненти спектру вібрацій у польоті (до налаштування амортизатора)
# Швидкість гвинта Компоненти спектру вібрації,
частота (CPM) / амплітуда (мм/с)		 VΣ,
мм/сек
%Обороти на хвилину Vp1 Vn Vс1 Vp2 Vс2 Vp4 Vс3 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 = гармоніки гвинта (1-ша, 2-га, 4-та, 5-та)   Vn = компресор/датчик частоти   Vс1, Vс2, Vс3 = колінчастий вал 1-й, 2-й, 3-й Верхнє значення = частота (CPM), нижнє = амплітуда (мм/с).

Спектр вібрацій у кабіні Як-52 у режимі 601ТП3Т
Рис. 2.3. Спектр коливань у режимі 60%
Спектр вібрацій у кабіні Як-52 у режимі 941ТП3Т
Рис. 2.4. Спектр коливань у режимі 94%

Як видно з таблиці 2.2, основні компоненти вібрації з'являються на частоті обертання гвинта Vp1, частота колінчастого вала Vс1, привід повітряного компресора (та/або датчика частоти) Vn, та їх вищі гармоніки.

Максимальна загальна вібрація VΣ було виявлено на режимах 82% (1580 об/хв) та 94% (1830 об/хв). Домінантна складова на цих режимах з'являється на другій гармоніці частоти обертання колінчастого вала Vс2, досягаючи 12,5 мм/с при 4800 циклах/хв та 15,8 мм/с при 5520 циклах/хв.

Можна припустити, що цей компонент пов'язаний з поршневою групою (ударні процеси, що відбуваються під час подвійного руху поршнів за один оберт колінчастого вала). Різке збільшення на режимах 82% (перший номінальний) та 94% (злітний) найімовірніше викликане не дефектами поршневої групи, а резонансними коливаннями двигуна на його амортизаторах. Цей висновок підтверджується вимірюваннями власної частоти, які виявили частоти підвіски двигуна 74 Гц (4440 циклів/хв), 94 Гц (5640 циклів/хв) та 120 Гц (7200 циклів/хв). Дві з них — 74 Гц та 94 Гц — близькі до частот другої гармоніки колінчастого вала на першому номінальному та злітному режимах роботи.

Через значні коливання, виявлені у Vс2, було перевірено та відрегульовано силу затягування амортизаторів двигуна. Порівняльні результати представлені в таблиці 2.3.

Таблиця 2.3. Вібрація до та після регулювання амортизатора
#% Обороти на хвилину
(до / після)		 Vp1 Vс2
РанішеПісляРанішеПісля
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

Верхнє значення = частота (CPM), нижнє = амплітуда (мм/с).

Як видно з таблиці 2.3, регулювання амортизатора не призвело до суттєвих змін основних складових вібрації літака.

Слід також зазначити, що компонент дисбалансу гвинта Vp1 у режимах 82% та 94% відповідно в 3–7 разів нижча за Vс2 на цих режимах. На інших режимах польоту Vp1 коливається від 2,8 до 4,4 мм/с, а її зміни між режимами визначаються переважно не якістю балансування, а ступенем розлаштування від власних частот конструктивних елементів літака.

2.6. Висновки

2.6.1.

Балансування гвинта літака Як-52 на частоті обертання 1150 об/хв (601ТП3Т) дозволило зменшити вібрацію на частоті обертання гвинта з 10,2 мм/с до 4,2 мм/с. З урахуванням досвіду, накопиченого під час балансування гвинтів як літаків Як-52, так і Су-29 за допомогою приладу "Балансет-1", існує реальна можливість досягнення ще більшого зниження рівня вібрації — зокрема, шляхом вибору вищої частоти обертання гвинта під час балансування, що дозволило б більшою мірою відлаштувати його від власної частоти коливань літака на 20 Гц (1200 циклів/хв), виявленої під час вимірювань.

2.6.2.

Як показують льотні вібраційні випробування (див. таблиці 2.2 та 2.3), спектри вібрацій літака Як-52 містять, окрім вібрації на частоті обертання гвинта Vp1, кілька інших важливих компонентів — пов'язаних з колінчастим валом Vс1, Vс2, Vс3, поршнева група двигуна та повітряний компресор (та/або датчик частоти) приводять у дію Vn.

На режимах швидкості 60%, 65% та 70% ці компоненти порівнянні за величиною з компонентом дисбалансу гвинта V.p1. Отже, навіть повне усунення вібрації, спричиненої дисбалансом гвинта, дозволить зменшити загальну вібрацію літака на цих режимах не більше ніж приблизно в 1,5 раза.

2.6.3.

Максимальна загальна вібрація VΣ літака Як-52 було виявлено на режимах швидкості 821ТП3Т (1580 об/хв гвинта) та 941ТП3Т (1830 об/хв гвинта). Домінуюча складова цієї вібрації з'являється на 2-й гармоніці частоти обертання колінчастого вала Vс2, на частотах 4800 циклів/хв та 5520 циклів/хв відповідно, при яких вона досягає значень 12,5 мм/с та 15,8 мм/с.

Як показано в розділах 2.5 та 2.2, різке збільшення цієї складової на зазначених режимах, найімовірніше, викликане не дефектами поршневої групи, а резонансними коливаннями двигуна на його амортизаторах. Регулювання сили затягування амортизатора, виконане під час випробувань, не призвело до суттєвих змін рівнів вібрації.

Цю ситуацію, ймовірно, можна вважати помилкою в проектуванні (конструктивний просчет) розробників літаків, допущені під час вибору системи кріплення (підвіски) двигуна в корпусі літака.

2.6.4.

Дані, отримані під час балансування гвинта та додатково проведені вібраційні випробування, свідчать про те, що періодичний вібраційний моніторинг може бути корисним для діагностичної оцінки технічного стану авіаційного двигуна, включаючи оцінку стану поршневої групи, колінчастого вала, підшипників двигуна та приводу повітряного компресора.

Такі роботи можна виконати, наприклад, за допомогою приладу "Балансет-1" (який зараз випускається як Balanset-1A), у програмному забезпеченні якого реалізована функція спектрального вібраційного аналізу.

3. Балансування гвинта MTV-9-KC/CL 260-27 та вібраційне обстеження літака Су-29

3.1. Вступ

15 червня 2014 року було проведено роботи з балансування трилопатевого гвинта типу МТВ-9-КС/КЛ 260-27, встановленого на авіаційному двигуні М-14П пілотажного літака Су-29.

Згідно з даними, наданими виробником (MT-Propeller), зазначений гвинт був попередньо статично збалансований, про що свідчить наявність на гвинті в площині 1 коригувального вантажу, встановленого на заводі-виробнику.

Балансування гвинта, встановленого безпосередньо на вихідному валу редуктора Су-29 (тобто в місці його постійного встановлення), здійснювалося за допомогою комплекту для вібробалансування "Balanset-1", серійний номер 149.

Схема вимірювання (рис. 3.1) була загалом подібною до тієї, що використовувалася для Як-52. Датчик вібрації (акселерометр) 1 був встановлений на корпусі коробки передач двигуна за допомогою магнітного кріплення на спеціально розробленому кронштейні. Лазерний датчик фазового кута 2 також був встановлений на корпусі редуктора та орієнтований у напрямку відбивної мітки, нанесеної на одну з лопатей гвинта. Аналогові сигнали від датчиків передавались кабелями до вимірювального блоку приладу "Балансет-1", де проводилася попередня цифрова обробка. Після цього сигнали в цифровому вигляді надходили до комп'ютера, де проводилася програмна обробка та розраховувалися маса та кут коригувального вантажу, необхідні для компенсації дисбалансу гвинта.

Схема вимірювань для балансування гвинта Су-29
Рис. 3.1. Схема вимірювань для балансування гвинта Су-29.
Zk — головне зубчасте колесо; Zc — супутники; Zn — нерухоме зубчасте колесо.

Перед цією роботою, враховуючи досвід балансування гвинта Як-52, були проведені додаткові дослідження:

  • визначення власних частот коливань двигуна та гвинта Су-29;
  • перевірка величини та спектрального складу базової вібрації в кабіні другого пілота перед балансуванням.

3.2. Власні частоти коливань двигуна та гвинта

Використовуючи той самий метод ударного збудження з аналізатором AD-3527, у спектрі підвіски двигуна було визначено шість основних частот (рис. 3.2): 16 Гц, 22 Гц, 37 Гц, 66 Гц, 88 Гц, 120 Гц.

Власні частоти підвіски двигуна Су-29
Рис. 3.2. Спектр власних частот підвіски двигуна Су-29

Частоти 66 Гц, 88 Гц та 120 Гц, ймовірно, безпосередньо пов'язані з особливостями системи кріплення (підвіски) двигуна в корпусі літака. Частоти 16 Гц та 22 Гц, найімовірніше, пов'язані з власними коливаннями літака в цілому на його шасі. Що стосується частоти 37 Гц, то вона, ймовірно, пов'язана з власною частотою коливань лопаті гвинта літака.

Це останнє припущення підтверджується результатами вимірювань власних частот коливань лопатей гвинта (рис. 3.3), у спектрі яких було визначено три основні частоти: 37 Гц, 100 Гц та 174 Гц.

Власні частоти лопатей гвинта Су-29
Рис. 3.3. Спектр власних частот лопатей гвинта Су-29

Знання власних частот підвіски двигуна та лопатей гвинта Су-29 має суттєве практичне значення. По-перше, це дозволяє обґрунтовано вибрати частоту обертання гвинта для балансування, забезпечуючи максимальне відлаштування від структурних резонансів літака. По-друге, це забезпечує необхідну основу для правильної інтерпретації та діагностики причин вібрації, що спостерігаються на різних режимах роботи двигуна, що буде продемонстровано в наступних розділах цього звіту.

3.3. Базова вібрація кабіни перед балансуванням

Перед проведенням процедури балансування було проведено вимірювання базових рівнів вібрації у другій кабіні пілота Су-29. Як і у випадку з Як-52, вібрація вимірювалася у вертикальному напрямку за допомогою портативного аналізатора спектру AD-3527 компанії A&D (Японія) в діапазоні частот від 5 до 200 Гц. Вимірювання проводилися на чотирьох основних режимах обертання двигуна, що відповідають максимальній частоті обертання гвинта 60%, 65%, 70% та 82%.

Результати цих вимірювань представлені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1. Складові спектру вібрацій до балансування (Су-29)
# Швидкість гвинта Компоненти спектру вібрації,
частота (CPM) / амплітуда (мм/с)		 VΣ,
мм/сек
%Обороти на хвилину Vp1 Vn Vс1 Vp3 Vс2 Vp4 Vс3 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 = гармоніки гвинта (1-ша, 3-тя, 4-та)   Vn = компресор/датчик частоти   Vс1, Vс2 = колінчастий вал 1-й, 2-й V? = неідентифікований компонент. Верхнє значення = частота (CPM), нижнє = амплітуда (мм/с).

Основні компоненти вібрації з'являються на частоті обертання гвинта Vp1, колінчастий вал Vс1, привід компресора Vn, і 2-га гармоніка колінчастого вала Vс2 (що у випадку трилопатевого гвинта також може збігатися з частотою проходу лопатей Vp3).

У спектрі режиму 60% також було виявлено неідентифікований компонент на частоті 6120 циклів/хв, можливо, спричинений резонансом приблизно на 100 Гц — одній з власних частот лопаті гвинта.

Максимальна загальна вібрація (11,5 мм/с) була виявлена в режимі 70%. Домінуючим компонентом у цьому режимі є V.с2 при 4020 циклів/хв, досягаючи 10,8 мм/с. Це різке збільшення при 70%, ймовірно, зумовлене резонансними коливаннями підвіски двигуна поблизу 67 Гц (4020 циклів/хв).

Слід також зазначити, що, окрім ударних збуджень від поршневої групи, на вібрацію в цій частотній області можуть також впливати аеродинамічні сили на частоті проходження лопатей гвинта (Vp3). У режимах 65% та 82% спостерігається помітне збільшення Vс2 (Vp3) компонента, яку також можна пояснити резонансними коливаннями окремих компонентів літака.

Компонент дисбалансу гвинта Vp1 коливалася від 2,4 до 5,7 мм/с у різних режимах до балансування, зазвичай нижче, ніж Vс2 на відповідних модах. Його зміна між модами визначається не лише якістю балансування, але й ступенем розлаштування від власних частот конструктивних елементів літака.

3.4. Результати балансування

Балансування гвинта виконувалося в одній площині при частоті обертання 1350 об/хв, використовуючи два вимірювальні прогони (класичний метод коефіцієнтів впливу). Повний протокол балансування наведено в Додаток 1.

Процедура балансування складалася з таких операцій:

  1. Під час першого запуску (початковий стан) визначалися амплітуда та фаза коливань на частоті обертання гвинта.
  2. Під час другого запуску визначалися амплітуда та фаза коливань після встановлення на гвинт пробної маси відомої ваги.
  3. На основі цих результатів вимірювань програмне забезпечення розрахувало масу та кут встановлення коригувальної ваги в площині 1, необхідні для компенсації дисбалансу гвинта.

Результат: Після встановлення коригувальної ваги 40,9 г, вібрація зменшилася з 6,7 мм/сек до 1,5 мм/сек. На інших режимах швидкості вібрація, пов'язана з дисбалансом гвинта, залишалася в межах 1–2,5 мм/сек.

Перевірка якості балансування в польоті не проводилася через випадкове пошкодження гвинта під час навчального польоту.

Значне відхилення від заводського балансування. Слід зазначити, що результат, отриманий під час польового балансування, суттєво відрізняється від результату балансування, виконаного на заводі-виробнику:

  • Вібрація на частоті обертання гвинта після польового балансування в місці постійної установки (на вихідному валу редуктора Су-29) зменшилася більш ніж у 4 рази порівняно з початковим станом (тобто порівняно із заводським балансуванням);
  • Коригувальна гиря, встановлена під час польового балансування, була зміщена приблизно на 130° відносно коригувальної ваги, встановленої на заводі-виробнику (MT-Propeller).

Коригувальна вага, встановлена на заводі-виробнику, була не видалено від гвинта під час додаткового балансування поля.

Причини зазначеної невідповідності можуть бути наступними:

  • похибки вимірювальної системи балансувального стенду на заводі-виробнику (ця причина видається найменш ймовірною);
  • геометричні похибки (неточності) посадкових поверхонь шпинделя балансувального верстата на заводі-виробнику, що викликають радіальне биття гвинта на шпинделі;
  • геометричні похибки (неточності) посадкових поверхонь вихідного вала редуктора на літаку Су-29, що викликають радіальне биття гвинта при встановленні на вал редуктора.

3.5. Висновки

3.5.1.

Балансування гвинта літака Су-29 в одній площині при частоті обертання гвинта 1350 об/хв (701ТП3Т) дозволило зменшити вібрацію на частоті обертання гвинта з 6,7 мм/с у початковому стані до 1,5 мм/с після балансування. Вібрація, пов'язана з дисбалансом гвинта, на інших режимах швидкості двигуна також значно зменшилася та залишалася в межах 1–2,5 мм/с.

3.5.2.

Для з'ясування причин незадовільних результатів балансування гвинта на заводі-виробнику (МТ-Пропелер) необхідно перевірити радіальне биття гвинта на вихідному валу редуктора двигуна літака Су-29.

Додаток 1: Протокол балансування

ПРОТОКОЛ БАЛАНСУВАННЯ

Пропелер MTV-9-K-C/CL 260-27 пілотажного літака Су-29

1. Клієнт: В. Д. Чвоков

2. Місце встановлення: Вихідний вал коробки передач Су-29

3. Тип пропелера: MTV-9-KC/CL 260-27

4. Метод балансування: Зібрано на місці (у власних підшипниках), одна площина

5. Балансування обертів: 1350

6. Балансувальний пристрій: "Балансет-1", серійний номер 149, Вібромера

7. Використані стандарти: ISO 1940-1 — Вимоги до якості балансування жорстких роторів.

8. Дата: 15.06.2014

9. Зведений огляд результатів балансування:

#ВимірюванняВібрація, мм/секДисбаланс, г·мм
1Перед балансуванням *6.76135
2Після балансування1.51350
Допуск ISO 1940 для класу G 6.31500

* Балансування було виконано з заводським коригувальним вантажем, що залишився на гвинті.

10. Висновки:

10.1. Залишкова вібрація (дисбаланс) після балансування гвинта на вихідному валу редуктора Су-29 зменшилася більш ніж у 4 рази порівняно з початковим станом.

10.2. Параметри коригувальної ваги (маса, кут) суттєво відрізняються від встановлених виробником (MT-Propeller). Було встановлено додаткову коригувальну вагу 40,9 г, зміщену на 130° від заводської ваги. Заводську вагу не знімали.

Щоб визначити конкретну причину, необхідно:

  • перевірити вимірювальну систему та геометричну точність кріплення шпинделя на балансувальному верстаті виробника;
  • перевірити радіальне биття гвинта на вихідному валу коробки передач Су-29.

Виконавець:

Головний спеціаліст, Вібромера
В. Д. Фельдман

Часті запитання

Що таке балансування польових гвинтів і чому це важливо?

Балансування гвинта в польових умовах виконується з гвинтом, встановленим на літаку, що працює на робочій швидкості. На відміну від заводського статичного балансування (виконуваного поза літаком), воно враховує фактичні умови встановлення: допуски коробки передач, геометрію кріплення та всю динамічну систему літака. У нашому випадку із Су-29 коригувальна вага, необхідна в польових умовах, була зміщена на 130° від встановленої на заводі ваги, що демонструє, що одного лише заводського балансування може бути недостатньо для досягнення оптимальних результатів.

Яке обладнання потрібне для балансування повітряних гвинтів?

Комплект для балансування Balanset-1A включає датчик вібрації (акселерометр), лазерний датчик фазового кута (тахометр), блок USB-інтерфейсу для цифрової обробки сигналів та комп'ютер з програмним забезпеченням для балансування. Датчики кріпляться до корпусу редуктора двигуна за допомогою магнітної стійки та кронштейна. Мітка зі світловідбиваючої стрічки на одній з лопатей гвинта служить фазовим орієнтиром.

Як вибирається балансувальна швидкість обертання двигуна?

Частота обертання для балансування повинна забезпечувати максимальне відлаштування від власних частот конструктивних елементів літака (підвіски двигуна, лопатей гвинта, літака на його шасі). Крім того, обрана кількість обертів повинна забезпечувати стабільні вимірювання вібрації за амплітудою та фазою від запуску до запуску. Для Як-52 було обрано 1150 об/хв (601ТП3Т); для Су-29 - 1350 об/хв (701ТП3Т).

Які рівні вібрації є прийнятними після балансування?

Згідно з ISO 1940 для класу G 6.3, залишковий дисбаланс не повинен перевищувати 1500 г·мм. На практиці хороші результати дають вібрацію нижче 2,5 мм/с RMS на частоті обертання гвинта. На Су-29 балансування досягло 1,5 мм/с із залишковим дисбалансом 1350 г·мм — у межах допуску ISO.

Чи може балансування гвинта усунути всю вібрацію літака?

Ні. Спектр вібрацій поршневого літака містить компоненти колінчастого вала, поршневої групи, приводу повітряного компресора та структурні резонанси. Наш аналіз Як-52 показав, що навіть повне усунення дисбалансу гвинта зменшить загальну вібрацію не більше ніж приблизно в 1,5 раза на більшості робочих режимів. У режимах 82% та 94% друга гармоніка колінчастого вала домінувала над загальною вібрацією в 3–7 разів порівняно з компонентом гвинта.

Як часто слід балансувати гвинти літака?

Пропелери слід балансувати під час капітальних перевірок, після ремонту або пошкодження, а також щоразу, коли помічається надмірна вібрація. Пілотажним літальних апаратам може знадобитися частіше балансування через вищі навантаження. Періодичний моніторинг вібрації за допомогою спектрального аналізу (доступний у програмному забезпеченні Balanset-1A) також може служити діагностичним інструментом для оцінки стану двигуна.

Які моделі Balanset доступні для балансування гвинтів?

Vibromera пропонує кілька моделей, що підходять для балансування пропелерів та роторів: Balanset-1A (€1,975) – це двоканальна портативна система, що використовується в цьому дослідженні; Balanset-1A OEM (€1751) – це версія, готова до інтеграції, для майстерень та організацій з технічного обслуговування; Балансет-4 (€6 803) – це чотириканальна система для складних завдань багатоплощинного балансування. Усі моделі мають можливість спектрального аналізу вібрацій та постачаються з датчиками вібрації, лазерним тахометром, магнітним кріпленням та програмним забезпеченням для ПК.

Чи може Vibromera виконувати балансування гвинтів на місці як послугу?

Так. Окрім виробництва та продажу балансувального обладнання, Vibromera надає послуги з польового балансування обертових машин. Для організацій, яким не потрібне власне балансувальне обладнання, або для складних разових завдань, фахівці Vibromera можуть виконати динамічне балансування на місці, використовуючи ті ж прилади Balanset, що описані в цьому звіті. Запити щодо обслуговування можна направляти через сторінка контактів.