现场条件下的飞机螺旋桨平衡：专业的工程方法
总工程师 VD Feldman
BSTU“Voenmech”以 DF Ustinov 命名
武器与装备系统学院“E”
E7系“可变形固体力学”
Balanset系列仪器首席工程师及开发者
NA Shelkovenko 编辑
人工智能优化
当飞机发动机在飞行过程中出现过度振动时，这不仅仅是一个机械问题，而是一个需要立即关注的关键安全隐患。不平衡的螺旋桨可能导致灾难性的故障，危及飞机的完整性和飞行员的安全。这份全面的分析报告介绍了经过实地测试的以下方法： 螺旋桨平衡 使用先进的便携式设备，基于对各种飞机类型的丰富实践经验。
1. 现场螺旋桨平衡的背景和动机
两年半前，我们企业开始批量生产“Balanset 1”设备，专为 平衡旋转机构自身的轴承. 这种革命性的方法 现场平衡设备 改变了我们处理飞机维护的方式。
迄今为止，已生产了180多套，有效应用于各行各业，包括风扇、鼓风机、电动机、机床主轴、泵、破碎机、分离机、离心机、万向轴和曲轴以及其他机械的生产和运行。然而， 飞机螺旋桨平衡 事实证明，这是最关键、最具挑战性的应用之一。
近期，我公司收到大量来自机构和个人的咨询，询问能否使用我们的设备进行 在现场条件下平衡飞机和直升机螺旋桨。这种兴趣的激增反映了人们越来越认识到适当的 螺旋桨维护 在航空安全方面。
遗憾的是，我们的专家在平衡各种机器方面拥有多年经验，但此前从未处理过这种特殊的航空挑战。因此，我们能为客户提供的建议和建议非常笼统，并不总是能帮助他们有效地解决与……相关的复杂问题。 飞机振动分析 和 螺旋桨不平衡修正.
今年春天，这种情况开始好转。这要归功于 VD Chvokov 的积极参与，他组织并积极参与了我们 平衡螺旋桨 他驾驶的雅克-52和苏-29飞机。他的实际航空经验与我们的工程专业知识相结合，为开发可靠的 螺旋桨平衡程序.
2. 雅克-52特技飞机螺旋桨综合平衡与振动分析
2.1. 先进飞机振动监测简介
2014 年 5 月至 7 月，开展了广泛的工作 振动勘测 雅克-52飞机配备M-14P航空发动机， 平衡双叶螺旋桨这项综合研究是对 飞机螺旋桨动力学 曾在现场条件下进行过。
"(《世界人权宣言》) 螺旋桨平衡 使用“Balanset 1”平衡套件（序列号 149）在一个平面上进行。这种单平面平衡方法专门设计用于 动态平衡 转子长度直径比允许通过单个校正平面进行有效校正的应用。
测量方案 螺旋桨平衡 如图 2.1 所示，该图说明了精确的传感器放置对于准确 振动分析.
在 螺旋桨平衡过程振动传感器（加速度计）1 安装在发动机变速箱前盖上，采用磁性安装系统，并安装在专门设计的支架上。这种安装方式确保了最佳的信号采集效果，同时满足了对 航空维修.
激光相位角传感器2也安装在变速箱盖上，并与螺旋桨叶片上的反射标记对齐。这种配置能够实现精确的相位角测量，这对于确定 螺旋桨不平衡修正 重量。
来自传感器的模拟信号通过屏蔽电缆传输到“Balanset 1”设备的测量单元，在那里经过复杂的数字预处理以消除噪音并提高信号质量。
然后，这些数字形式的信号被发送到计算机，先进的软件算法处理这些信号，并计算出需要补偿的校正重量的质量和角度 螺旋桨不平衡.这种计算方法确保了 平衡计算.
技术注释：
- Zk——变速箱主齿轮
- Zs – 变速箱卫星
- Zn – 变速箱的固定齿轮
2.2. 开发的先进技术
在执行这项工作的过程中，我们获得了一些关键技能，并全面 在现场条件下平衡飞机螺旋桨的技术 使用“Balanset 1”设备开发的包括：
- 传感器安装优化： 确定在飞机结构上安装（连接）振动和相位角传感器的最佳位置和方法，以最大限度地提高信号质量，同时确保符合安全要求；
- 共振频率分析： 确定飞机几个结构元件（发动机悬架、螺旋桨叶片）的共振频率，以避免在平衡过程中受到激励；
- 操作模式选择： 确定发动机旋转频率（运行模式），以确保在 螺旋桨平衡操作;
- 质量标准： 根据国际航空标准和安全要求制定螺旋桨残余不平衡的公差。
此外，关于 飞机振动水平 获得了配备M-14P发动机的飞机，为航空维修知识库做出了重大贡献。
以下是根据这些工作成果编写的详细报告材料。其中，除了 螺旋桨平衡结果，综合数据 振动勘测 提供了在地面和飞行试验中获得的雅克-52 和苏-29 飞机的数据。
这些数据可能对飞行员和参与 飞机维修，为改进提供实用见解 航空安全规程.
在执行这项工作期间，考虑到 平衡螺旋桨 对苏-29和雅克-52飞机进行了一系列额外的综合研究，包括：
- 固有频率分析： 确定雅克-52 飞机发动机和螺旋桨振荡的自然频率；
- 飞行振动评估： 检查副驾驶座舱飞行过程中的振动幅度和频谱成分 螺旋桨平衡;
- 系统优化： 检查副驾驶座舱飞行过程中的振动幅度和频谱成分 螺旋桨平衡 并调整发动机减震器的紧固力。
2.2. 发动机和螺旋桨振动固有频率的研究结果
安装在机身减震器上的发动机振动的固有频率，由日本A&D公司生产的专业级AD-3527频谱分析仪通过控制发动机振动的冲击激励来确定。这种方法代表了发动机振动分析领域的黄金标准。 飞机振动分析.
图 2.2 展示了雅克-52 飞机发动机悬架的固有振动频谱，其中高精度地识别出四个主要频率：20 Hz、74 Hz、94 Hz、120 Hz。这些频率对于理解 飞机的动态行为 和优化 螺旋桨平衡程序.
频率分析及其含义：
74 Hz、94 Hz 和 120 Hz 的频率可能与发动机悬架系统与机身的具体特性有关。在飞行过程中必须小心避免这些频率。 螺旋桨平衡操作 以防止共振激发。
20 Hz 频率很可能与整架飞机在起落架底盘上的固有振动有关，代表整个飞机结构的基本模式。
螺旋桨叶片的固有频率也是使用相同的严格冲击激励方法确定的，以确保测量方法的一致性。
在此次综合分析中，确定了四个主要频率：36 Hz、80 Hz、104 Hz 和 134 Hz。这些频率代表螺旋桨叶片的不同振动模式，对于 螺旋桨平衡优化.
工程意义：
在选择 Yak-52 飞机螺旋桨和发动机振动的固有频率数据时， 螺旋桨旋转频率 用于平衡。选择此频率的主要条件是确保其与飞机结构元件的固有频率尽可能地失谐，从而避免共振情况，因为共振情况会放大振动而不是减少振动。
此外，了解飞机各个部件和零件的固有频率对于识别各种发动机转速模式下振动频谱某些成分急剧增加（发生共振的情况）的原因非常有用，从而可以制定预测性维护策略。
2.3. 螺旋桨平衡结果及性能分析
如上所述， 螺旋桨平衡 在同一平面内进行，从而有效地动态补偿了螺旋桨的受力不平衡。该方法特别适用于轴向尺寸相对于直径较小的螺旋桨。
表演 双平面动态平衡理论上可以补偿螺旋桨的力和力矩不平衡的方案，但在技术上并不可行，因为雅克-52飞机上安装的螺旋桨设计仅允许形成一个可利用的校正平面。这种限制在许多飞机螺旋桨安装中都很常见。
"(《世界人权宣言》) 螺旋桨平衡 测试在精心选择的1150 rpm（最高60%）转速下进行，在此转速下，从始至终都能获得振幅和相位最稳定的振动测量结果。此频率选择对于确保测量的重复性和准确性至关重要。
"(《世界人权宣言》) 螺旋桨平衡程序 遵循行业标准的“两次运行”方案，该方案可提供数学上稳健的结果：
- 初始测量运行： 在第一次运行中，螺旋桨在初始状态下的旋转频率的振动幅度和相位被高精度地确定。
- 试跑重量： 第二次运行中，在螺旋桨上安装一个精确计算的7g试验质量后，确定了螺旋桨旋转频率下的振动幅度和相位。
- 计算阶段： 基于这些综合数据，使用复杂的软件算法计算出质量M = 19.5 g和校正砝码的安装角度F = 32°。
实际实施挑战和解决方案：
由于螺旋桨的设计特点，不允许以理论要求的 32° 角度安装校正重量，因此在螺旋桨上策略性地安装了两个等效重量，以实现相同的矢量和效果：
- 重量 M1 = 14 克 角度 F1 = 0°（参考位置）
- 重量M2 = 8.3克 角度 F2 = 60°（偏移位置）
这种双重权重方法体现了实际应用中所需的灵活性 飞机螺旋桨平衡 操作中，理论解决方案必须适应现实世界的限制。
取得的量化成果：
在螺旋桨上安装规定的校正重量后，在 1150 rpm 的旋转频率下测量的振动与 螺旋桨不平衡 大幅下降 10.2 毫米/秒 初始状态 4.2 毫米/秒 平衡后 – 代表 59%改进 减震方面。
就实际不平衡量而言，螺旋桨不平衡量从 2340克*毫米 到 963克*毫米，证明了 现场平衡程序.
2.4. 多种工作频率下的综合振动评估
表2.1列出了在综合地面试验中获得的雅克-52飞机在其他发动机工况下的振动检查结果。这种多频分析为了解发动机的有效性提供了重要的见解。 螺旋桨平衡 覆盖整个作战范围。
从表中可以清楚看出， 螺旋桨平衡 所进行的平衡调整对雅克-52 飞机在所有运行模式下的振动特性产生了积极影响，证明了平衡解决方案的稳健性。
表 2.1. 不同运行模式下的振动结果
| № | 发动机功率设置（%） | 螺旋桨旋转频率（rpm） | 均方根振动速度（毫米/秒） | 改善评级 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 1153 | 4.2 | 出色的 |
| 2 | 65 | 1257 | 2.6 | 杰出的 |
| 3 | 70 | 1345 | 2.1 | 杰出的 |
| 4 | 82 | 1572 | 1.25 | 卓越 |
2.5 减震器调整前后飞行振动分析
此外，在综合地面测试中， 飞机振动 随着螺旋桨旋转频率的增加而增加。这一现象为理解运行参数与 飞机振动特性.
这种振动减少可以通过螺旋桨旋转频率与飞机底盘上的固有振动频率（大概为 20 Hz）的失谐程度更大来解释，这种情况发生在螺旋桨旋转频率增加时。这表明了解 飞机动态行为 以实现最佳运行。
除了在 螺旋桨平衡 在地面上（见第 2.3 节），使用先进的仪器对飞行中的 Yak-52 飞机进行了详细的振动测量。
飞行测试方法： 使用日本A&D公司生产的AD-3527型便携式振动频谱分析仪，在副驾驶座舱内测量了飞行过程中的垂直振动，频率范围为5至200（500）Hz。如此宽广的频率范围确保能够捕捉到所有重要的振动成分。
在主机转速为60%、65%、70%、82%的五种模式下进行了系统测量，提供了完整的运行频谱分析。
减震器调整前进行的测量结果如下表 2.2 所示。
表2.2. 详细振动频谱成分分析
| 模式 | 功率（%） | 转速 | Vв1 （赫兹） | 放大器电压в1 | Vн （赫兹） | 放大器电压н | Vк1 （赫兹） | 放大器电压к1 | Vв2 （赫兹） | 放大器电压в2 | Vк2 （赫兹） | 放大器电压к2 | 总伏特∑ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
作为详细频谱分析的示例，图 2.3 和 2.4 分别显示在 60% 和 94% 模式下测量 Yak-52 飞机座舱振动时获得的实际频谱图，用于表 2.2 中的综合数据收集。
综合频谱分析：
从表 2.2 中可以看出，在第二驾驶员舱内测量到的振动的主要成分出现在螺旋桨旋转频率 V 上。в1 (用黄色标出），发动机曲轴 Vк1 (以蓝色标出），以及空气压缩机驱动器（和/或频率传感器）Vн (绿色），以及它们的高次谐波 Vв2, Vв4, Vв5和 Vк2, Vк3.
最大总振动 V∑ 在 82%（螺旋桨转速为 1580 rpm）和 94%（转速为 1830 rpm）速度模式下发现，表明在这些关键工作点存在特定的共振条件。
这种振动的主要成分出现在发动机曲轴旋转频率 V 的 2 次谐波上。к2 分别在 4800 次/分钟的频率下达到 12.5 毫米/秒的显著值，在 5520 次/分钟的频率下达到 15.8 毫米/秒的显著值。
工程分析和根本原因识别：
可以合理地假设，这个显著的振动分量与发动机活塞组的运行有关（曲轴每旋转一周，活塞两次运动时发生的冲击过程），代表了发动机的基本动力学。
在 82%（第一次标称）和 94%（起飞）模式下，该分量的急剧增加很可能不是由活塞组的机械缺陷引起的，而是由安装在飞机机身上的减震器上的发动机的共振引起的。
这一结论得到了前面讨论过的检查发动机悬架振动固有频率的实验结果的有力支持，其频谱包括 74 Hz（4440 次/分钟）、94 Hz（5640 次/分钟）和 120 Hz（7200 次/分钟）。
其中两个固有频率 74 Hz 和 94 Hz 非常接近曲轴旋转的第二谐波频率，该频率出现在发动机的第一个标称和起飞模式下，从而产生经典的共振条件。
由于在发动机第一次标称和起动工况下的综合振动试验中发现曲轴2次谐波处振动明显，因此对发动机悬架减震器的紧固力进行了系统的检查和调整。
调整减震器前后的螺旋桨旋转频率（Vв1）和曲轴旋转频率的 2 次谐波（Vк2) 见表 2.3。
表2.3. 减震器调整影响分析
| 模式 | 功率（%） | 转速（之前/之后） | Vв1 前 | Vв1 后 | Vк2 前 | Vк2 后 | 改进 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 1155 / 1140 | 4.4 | 3.3 | 3.6 | 3.0 | 缓和 |
| 2 | 65 | 1244 / 1260 | 3.5 | 3.5 | 4.1 | 4.3 | 最小 |
| 3 | 70 | 1342 / 1350 | 2.8 | 3.3 | 2.9 | 1.2 | 重要的 |
| 4 | 82 | 1580 / 1590 | 4.7 | 4.2 | 12.5 | 16.7 | 恶化 |
| 5 | 94 | 1830 / 1860 | 2.2 | 2.7 | 15.8 | 15.2 | 轻微 |
从表2.3可以看出，减震器的调整并没有导致飞机主要振动部件的明显改善，个别情况下甚至还出现了轻微的恶化。
螺旋桨平衡效果分析：
还应该注意的是，与 螺旋桨不平衡 Vв1在模式 82% 和 94% 下检测到的（见表 2.2 和 2.3），分别比 V 的振幅低 3-7 倍к2，存在于这些模式中。这表明 螺旋桨平衡 在解决螺旋桨相关振动的主要来源方面非常有效。
在其他飞行模式下，分量 Vв1 范围从 2.8 到 4.4 毫米/秒，代表飞机正常运行的可接受水平。
此外，从表 2.2 和表 2.3 可以看出，从一种模式切换到另一种模式时的变化主要不是由 螺旋桨平衡，而是由螺旋桨旋转频率与飞机各个结构元件的固有频率的失谐程度决定的。
2.6. 专业结论和工程建议
2.6.1. 螺旋桨平衡效果
"(《世界人权宣言》) Yak-52飞机螺旋桨的平衡在螺旋桨旋转频率为 1150 rpm（60%）的情况下进行的测试，成功实现了螺旋桨振动从 10.2 毫米/秒大幅降低至 4.2 毫米/秒，这意味着飞机运行平稳性得到显著改善。
鉴于在 平衡雅克-52和苏-29飞机的螺旋桨 使用专业级的“Balanset-1”设备，可以有信心地认为，确实有可能进一步降低Yak-52飞机螺旋桨的振动水平。
这一额外的改进可以通过在平衡过程中选择不同的（更高的）螺旋桨旋转频率来实现，从而允许与飞机的 20 Hz（1200 次/分钟）自然振荡频率进行更大的失谐，这在综合测试中得到了精确的识别。
2.6.2 多源振动分析
对雅克-52飞机飞行过程中的综合振动测试结果显示，其振动频谱（除了上述螺旋桨旋转频率出现的分量外）还包含与曲轴、发动机活塞组以及空气压缩机驱动装置（和/或频率传感器）运行相关的其他几个重要分量。
60%、65% 和 70% 模式下的振动幅度与 螺旋桨不平衡，表明多个振动源导致了整体飞机振动特征的产生。
对这些振动的详细分析表明，即使完全消除振动 螺旋桨不平衡 将使这些模式下的飞机总振动减少不超过 1.5 倍，凸显了采取整体方法的重要性 飞机振动管理.
2.6.3. 关键运行模式识别
最大总振动 V∑ 在 82%（螺旋桨转速为 1580 rpm）和 94%（螺旋桨转速为 1830 rpm）的速度模式下发现了 Yak-52 飞机的故障，这表明这些是需要特别注意的关键操作条件。
这种振动的主要成分出现在发动机曲轴旋转频率 V 的 2 次谐波上。к2 （频率为 4800 次/分钟或 5520 次/分钟），分别达到令人担忧的 12.5 毫米/秒和 15.8 毫米/秒的值。
可以合理地得出结论，该部件与发动机活塞组的基本运行（曲轴每旋转一周活塞两次运动时发生的冲击过程）相关。
在 82%（第一次标称）和 94%（起飞）模式下，该分量的急剧增加很可能不是由活塞组的机械缺陷引起的，而是由安装在飞机机身上的减震器上的发动机的共振引起的。
测试期间对减震器进行的系统调整并未带来振动特性的显著改善。
这种情况大概可以被飞机开发商作为选择机身发动机支架（悬挂）系统时的设计考虑因素，从而为未来的飞机设计优化提供潜在的空间。
2.6.4. 诊断监测建议
在 螺旋桨平衡 和额外的振动测试（见第 2.5 节的飞行测试结果）可以得出结论：周期性 振动监测 对于飞机发动机技术状况的诊断评估非常有用。
例如，可以使用专业的“Balanset-1”设备有效地执行此类诊断工作，其中先进的软件包括复杂的频谱振动分析功能，从而实现预测性维护策略。
3. MTV-9-KC/CL 260-27螺旋桨平衡及苏-29特技飞机振动测量综合结果
3.1. 三叶螺旋桨平衡介绍
2014年6月15日，综合 三叶 MTV-9-KC/CL 260-27 螺旋桨的平衡 采用先进的现场平衡技术对苏-29特技飞机的M-14P航空发动机进行了平衡试验。
据制造商称，该螺旋桨在工厂已进行过初步静平衡，这一点可以从制造厂安装的1号平面上的校正配重中看出。然而，正如我们后来的分析所揭示的， 工厂平衡 常常被证明不足以达到最佳的现场性能。
"(《世界人权宣言》) 螺旋桨的平衡直接安装在苏-29飞机上的测试，采用专业级“Balanset-1”振动平衡套件（序列号149），证明了其有效性 现场平衡设备 用于航空应用。
测量方案 螺旋桨平衡 流程如图 3.1 所示，展示了 三叶螺旋桨平衡.
在 螺旋桨平衡过程，振动传感器（加速度计）1通过磁性安装系统安装在专门设计的支架上的发动机变速箱壳体上，确保最佳信号采集 飞机振动分析.
激光相位角传感器 2 也安装在变速箱外壳上，并朝向螺旋桨叶片上的反射标记，从而实现精确的相位角测量，这对于精确 螺旋桨不平衡修正.
传感器发出的模拟信号通过屏蔽电缆传输到“Balanset-1”设备的测量单元，在那里经过复杂的数字预处理以确保信号质量和准确性。
然后，这些信号以数字形式发送到计算机，在计算机上对这些信号进行高级软件处理，并计算出需要补偿的校正重量的质量和角度。 螺旋桨不平衡 都是以数学精度计算的。
变速箱技术规格：
- Zk – 变速箱主齿轮，齿数75
- Zc – 变速箱卫星共有 6 个，每个有 18 个齿
- Zn – 变速箱的固定齿轮，齿数为 39
在开展这项全面工作之前，考虑到从 平衡Yak-52飞机螺旋桨，还进行了一些额外的批判性研究，包括：
- 固有频率分析： 确定Su-29飞机发动机和螺旋桨振动的固有频率，以优化平衡参数；
- 基线振动评估： 在平衡之前检查副驾驶座舱内初始振动的幅度和频谱组成，以建立基线条件。
3.2 发动机和螺旋桨振动固有频率研究结果
安装在机身减震器上的发动机振动的固有频率，由日本 A&D 公司出品的专业级 AD-3527 频谱分析仪通过控制发动机振动的冲击激励来确定，确保准确 飞机振动分析.
在发动机悬架固有振动频谱中（见图3.2），高精度地识别出六个主要频率：16 Hz、22 Hz、37 Hz、66 Hz、88 Hz、120 Hz。这种全面的频率分析对于优化 螺旋桨平衡程序.
频率分析和工程解释：
在这些确定的频率中，假设频率 66 Hz、88 Hz 和 120 Hz 与飞机机身发动机安装（悬挂）系统的具体特性直接相关，代表在飞行过程中必须避免的结构共振 螺旋桨平衡操作.
频率 16 Hz 和 22 Hz 很可能与整架飞机在底盘上的固有振动有关，代表基本的飞机结构模式。
37 Hz 的频率可能与飞机螺旋桨叶片振动的固有频率有关，代表关键的螺旋桨动态特性。
通过检查螺旋桨振动固有频率的结果证实了这一假设，该结果也是通过严格冲击激励方法获得的。
在螺旋桨叶片的固有振动频谱中（见图 3.3），确定了三个主要频率：37 Hz、100 Hz 和 174 Hz，证实了螺旋桨和发动机固有频率之间的相关性。
螺旋桨平衡的工程意义：
在选择 Su-29 飞机时，螺旋桨叶片的固有频率和发动机振动数据可能特别重要 螺旋桨旋转频率 在平衡过程中使用。选择此频率的主要条件是确保其与飞机结构元件的固有频率有最大可能的失谐。
此外，了解飞机各个部件和零件的固有频率对于识别各种发动机转速模式下振动频谱某些成分急剧增加（发生共振的情况）的原因非常有用，从而可以制定预测性维护策略。
3.3.平衡前在地面检查苏-29 飞机副驾驶员舱的振动情况
Su-29 飞机的初始振动特性，在 螺旋桨平衡采用日本A&D公司生产的AD-3527型便携式振动频谱分析仪，在副驾驶座舱内对飞机的垂直方向振动进行了测量，测量频率范围为5～200Hz。
在发动机最高转速分别为 60%、65%、70% 和 82% 的四种主转速模式下进行了系统测量，为 飞机振动分析.
所得综合结果如表3.1所示。
表3.1. 螺旋桨平衡前的基线振动分析
| 模式 | 功率（%） | 转速 | Vв1 (毫米/秒） | Vн (毫米/秒） | Vк1 (毫米/秒） | Vв3 (毫米/秒） | Vк2 (毫米/秒） | 总伏特∑ (毫米/秒） | 评估 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 60 | 1150 | 5.4 | 2.6 | 2.0 | – | – | 8.0 | 缓和 |
| 2 | 65 | 1240 | 5.7 | 2.4 | 3.2 | – | – | 10.6 | 升高 |
| 3 | 70 | 1320 | 5.2 | 3.0 | 2.5 | – | – | 11.5 | 高的 |
| 4 | 82 | 1580 | 3.2 | 1.5 | 3.0 | – | 8.5 | 9.7 | 升高 |
从表 3.1 可以看出，振动的主要成分出现在螺旋桨旋转频率 Vв1，发动机曲轴 Vк1和空气压缩机驱动器（和/或频率传感器）Vн以及曲轴的 2 次谐波 Vк2 可能还有螺旋桨的 3 次（叶片）谐波 Vв3，其频率接近曲轴的二次谐波。
详细振动成分分析：
此外，在60%速度模式下的振动频谱中，发现了一个计算频谱为6120次/分钟的未识别部件，这可能是由飞机某个结构元件在约100 Hz频率下共振引起的。该元件可能是螺旋桨，其固有频率之一为100 Hz，这表明了飞机的复杂性。 飞机振动特征.
飞机的最大总振动 V∑在 70% 速度模式下发现，达到了 11.5 毫米/秒，这表明存在需要注意的关键运行状况。
该模式下总振动的主要成分出现在发动机曲轴旋转频率 V 的 2 次谐波（4020 次/分）处。к2 相当于 10.8 毫米/秒，代表一个显著的振动源。
根本原因分析：
可以合理地假设该部件与发动机活塞组的基本运行有关（曲轴每旋转一周，活塞两次运动过程中发生的冲击过程）。
该分量在 70% 模式下急剧增加，可能是由于飞机的一个结构部件（机身中的发动机悬挂装置）在 67 赫兹（4020 次/分钟）的频率下产生共振振荡所致。
值得注意的是，除了与活塞组运行相关的冲击干扰外，该频率范围内的振动幅度还可能受到螺旋桨叶片频率（Vв3).
在 65% 和 82% 速度模式下，分量 V 值明显增加。к2 (Vв3)，这也可以用飞机各个部件的共振振荡来解释。
与 螺旋桨不平衡 Vв1在平衡前的主要速度模式下，该值介于 2.4 至 5.7 毫米/秒之间，一般低于 Vк2 的相应模式。
此外，如表 3.1 所示，在从一种模式切换到另一种模式时，其变化不仅取决于平衡质量，还取决于螺旋桨旋转频率与飞机结构件固有频率的失谐程度。
3.4. 螺旋桨平衡结果及性能分析
"(《世界人权宣言》) 螺旋桨平衡 以精心选择的旋转频率在一个平面上进行。通过这种平衡，螺旋桨的动态力不平衡得到了有效补偿，证明了 单平面平衡 对于这种三叶螺旋桨配置。
详细的平衡协议如下文附录 1 所示，记录了完整的程序，用于质量保证和将来的参考。
"(《世界人权宣言》) 螺旋桨平衡 测试在螺旋桨旋转频率为 1350 rpm 的情况下进行，并按照行业标准程序进行两次精确测量。
系统平衡程序：
- 初始状态测量： 在第一次运行中，高精度地确定了初始状态下螺旋桨旋转频率下的振动幅度和相位。
- 试验重量测量： 在第二次运行中，确定了在螺旋桨上安装已知重量的试验质量后，螺旋桨旋转频率下的振动振幅和相位。
- 计算与实施： 根据这些测量的结果，使用先进的计算算法确定了平面 1 中的校正重量的质量和安装角度。
取得的出色平衡结果：
在螺旋桨上安装计算出的修正重量值（40.9 g）后，该速度模式下的振动从 6.7 毫米/秒 初始状态 1.5 毫米/秒 平衡后——代表了非凡 78%改进 减震方面。
与 螺旋桨不平衡 在其他速度模式下，平衡后的速度也显著下降，并保持在1至2.5毫米/秒的可接受范围内，证明了平衡解决方案在整个操作范围内的稳健性。
由于该螺旋桨在一次训练飞行中意外损坏，因此未能验证平衡质量对飞机飞行中振动水平的影响，这凸显了在平衡程序后立即进行全面测试的重要性。
与工厂平衡的显著差异：
值得注意的是，在此期间获得的结果 磁场螺旋桨平衡 与工厂平衡的结果有很大不同，凸显了在实际运行配置中平衡螺旋桨的重要性。
特别是
- 减震： 在永久安装地点（苏-29 飞机变速箱输出轴上）对螺旋桨进行平衡后，螺旋桨旋转频率的振动降低了 4 倍多；
- 重量位置校正： 在安装矫正重量 现场平衡过程 相对于制造厂安装的重量，其偏移了大约 130 度，这表明工厂和现场平衡要求之间存在显著差异。
可能的根本原因因素：
造成这种显著差异的可能原因包括：
- 制造公差： 制造商平衡架的测量系统误差（不太可能，但有可能）；
- 工厂设备问题： 制造商平衡机主轴联轴器安装位置的几何误差，导致螺旋桨安装在主轴上时出现径向跳动；
- 飞机安装因素： 飞机齿轮箱输出轴联轴器安装位置的几何误差，导致螺旋桨安装在齿轮箱轴上时出现径向跳动。
3.5. 专业结论和工程建议
3.5.1. 卓越的平衡性能
"(《世界人权宣言》) Su-29飞机螺旋桨的平衡在螺旋桨旋转频率为 1350 rpm（70%）的同一平面上进行的测试，成功地将螺旋桨振动从 6.7 毫米/秒显著降低到 1.5 毫米/秒，证明了 磁场螺旋桨平衡 技术。
与 螺旋桨不平衡 在其他速度模式下也显著下降并保持在 1 至 2.5 毫米/秒的高度可接受范围内，证明了平衡解决方案在整个操作范围内的稳健性。
3.5.2. 质量保证建议
为了弄清制造厂进行的平衡结果不令人满意的可能原因，强烈建议检查飞机发动机齿轮箱输出轴上螺旋桨的径向跳动，因为这是实现最佳平衡的关键因素。 螺旋桨平衡结果.
这项调查将为了解工厂和 实地平衡 要求，从而有可能改进制造工艺和质量控制程序。
附录1：专业平衡协议
综合平衡协议
苏-29 特技飞行飞机的 MTV-9-K-C/CL 260-27 螺旋桨
1.客户： VD Chvokov
2.螺旋桨安装地点： 苏-29飞机变速箱的输出轴
3.螺旋桨类型： MTV-9-KC/CL 260-27
4.平衡方法： 现场组装（使用自有轴承），在同一平面上
5. 平衡过程中螺旋桨旋转频率，rpm： 1350
6.平衡装置的型号、序列号和制造商： “Balanset-1”，序列号 149
7.平衡期间使用的监管文件：
7.1. _____________________________________________________________
_____________________________________________________________
8. 平衡日期： 15.06.2014
9.平衡结果汇总表：
| № | 测量结果 | 振动（毫米/秒） | 不平衡量（克*毫米） | 质量评级 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 平衡前 *) | 6.7 | 6135 | 不可接受 |
| 2 | 平衡后 | 1.5 | 1350 | 出色的 |
| ISO 1940 G 级公差 6.3 | 1500 | 标准 | ||
*)注 平衡是通过制造商安装在螺旋桨上的校正重量进行的。
10.专业结论：
10.1. 振动水平（残余不平衡） 平衡螺旋桨 安装在苏-29飞机变速箱输出轴上的减振器（见第9.2页）的减振半径比初始状态（见第9.1页）减小了4倍以上，飞机的运行平稳性得到了极大的提高。
10.2. 用于实现第 10.1 页结果的校正重量（质量、安装角度）的参数与制造商（MT 螺旋桨）安装的校正重量的参数存在显著差异，表明工厂和现场平衡要求之间存在根本差异。
特别是在螺旋桨上安装了 40.9 克的附加校正重量 实地平衡，相对于制造商安装的重量，偏移了 130° 的角度。
(在进行额外平衡时，并未从螺旋桨上卸下制造商安装的砝码）。
可能的技术原因：
造成这一重大情况的可能原因包括：
- 制造商平衡台测量系统的误差；
- 制造商的平衡机主轴联轴器安装位置存在几何误差，导致螺旋桨安装在主轴上时出现径向跳动；
- 飞机齿轮箱输出轴联轴器安装位置的几何误差，导致螺旋桨安装在齿轮箱轴上时出现径向跳动。
建议的调查步骤：
确定导致增加的具体原因 螺旋桨不平衡 当安装在Su-29飞机变速箱的输出轴上时，需要：
- 在制造商处检查用于平衡 MTV-9-K-C/CL 260-27 螺旋桨的平衡机的测量系统和主轴安装位置的几何精度；
- 检查安装在苏-29 飞机变速箱输出轴上的螺旋桨的径向跳动。
执行人
Kinematics" 有限责任公司首席专家
费尔德曼 V.D.
关于飞机螺旋桨平衡的常见问题
什么是螺旋桨平衡？为什么它对航空安全至关重要？
螺旋桨平衡 这是一种通过增加或重新定位校正配重来消除飞机螺旋桨不平衡的精密程序。不平衡的螺旋桨会产生过度振动，从而导致结构疲劳、发动机损坏，并最终导致灾难性故障。我们的现场研究表明，适当的平衡最多可减少78%的振动，从而显著提高飞机的安全性和使用寿命。
现场螺旋桨平衡与工厂平衡有何不同？
磁场螺旋桨平衡 与工厂平衡相比，平衡具有显著优势，因为它考虑了实际安装条件，包括变速箱公差、安装不规则性以及完整的飞机动力学。我们的 Su-29 案例研究表明，现场所需的校正重量与工厂重量相差 130°，这凸显了在运行配置中平衡螺旋桨的重要性。
专业飞机螺旋桨平衡需要什么设备？
专业的 飞机螺旋桨平衡 需要专门的设备，例如Balanset-1装置，它包含精密加速度计、激光相位传感器和先进的分析软件。该设备必须能够高精度测量0.1至1000 Hz范围内的振动，并提供实时相位分析，以便计算正确的重量位置。
飞机螺旋桨多久需要进行一次平衡？
螺旋桨平衡频率 取决于飞机的使用情况，但通常应在重大检查、螺旋桨损坏修复后、发现过度振动时或根据制造商建议进行。对于像本文所研究的雅克-52和苏-29这样的特技飞机，由于应力负载条件较高，可能需要更频繁地进行平衡。
螺旋桨平衡后可接受的振动水平是多少？
根据 ISO 1940 G 6.3 级标准，残余不平衡量不应超过 1500 g*mm。我们的实践经验表明，优异的振动水平可达到 RMS 低于 2.5 mm/s，卓越的振动水平可达到 1.5 mm/s 或更低。这些水平可确保飞机安全运行，并将结构应力降至最低。
螺旋桨平衡能消除所有飞机振动吗？
尽管 螺旋桨平衡 虽然螺旋桨相关振动显著降低，但并不能完全消除飞机振动。我们的综合分析表明，发动机曲轴谐波、活塞组动力学和结构共振都会影响整体振动。即使是完美的螺旋桨平衡通常也只能将飞机整体振动降低1.5倍，这凸显了采取整体振动管理方法的必要性。
航空专业人士的专家建议
对于飞机运营商：
- 实施定期 振动监测 作为预防性维护计划的一部分
- 考虑 磁场螺旋桨平衡 优于单纯依赖工厂平衡
- 为机队中的每架飞机建立基线振动特征
- 对维护人员进行正确的平衡程序和安全规程的培训
对于维护技术人员：
- 选择平衡 RPM 时务必考虑固有频率
- 使用Balanset等专业级设备进行精确测量
- 记录所有平衡程序以确保质量和可追溯性
- 了解螺旋桨平衡只是整体振动管理的一个组成部分
对于飞行员：
- 立即向维护人员报告任何异常振动
- 了解不同的飞行模式可能表现出不同的振动特性
- 请注意，某些振动可能是结构性的，而不是螺旋桨相关的
- 提倡定期 螺旋桨平衡 作为安全投资
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