СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ ВОЗДУШНО-ВИНТОВОГО АГРЕГАТА СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ НА САМОЛЕТЕ Российский патент 1995 года по МПК G01M1/28 

Изобретение относится к балансировочной технике и может применяться для воздушно-винтовых агрегатов силовой установки на самолетах в режиме аэродромной стоянки самолета.

Известен способ уравновешивания динамического момента неуравновешенного винта [1] путем задания первоначального угла ϕ_iустановки лопастей, центры тяжести которых не лежат в одной плоскости вращения, перпендикулярной оси винта, затем при испытаниях осуществляют перестановку лопастей винта на угол ϕ₂ и находят ϕ ϕ₂ ϕ₁, а затем определяют величину А, на которую отойдет от оси вращения винта центр тяжести лопасти при перестановкe на угол ϕ. Уравновешивающий динамический момент определяют по формуле
M_mm где m масса одной лопасти;
R расстояние центра тяжести каждой из лопастей от оси винта;
Ω угловая скорость вращения винта.

Для реализации этого способа используются балансировочные станки с роликовыми или ножевыми опорами. Винт, насаженный на вал, заставляют свободно кататься по двум горизонтальным направлениям.

При качении винта определяют величину уравновешивающего динамического момента M_m неуравновешенного винта.

Недостатком указанного способа является то, что уравновешивающий динамический момент определяется этим способом только на балансировочном станке. Этим способом не удается устранить, в частности, остаточный дисбаланс, возникающий вследствие неточного уравновешивания по грузу и направлению. Можно установить, что остаточный дисбаланс ▿ находится к естественному дисбалансу Pw² в отношении:
= +41± sin; где ΔР погрешность установки уравновешенного груза;
α погрешность размещения по углу в противоположном направлении естественному дисбалансу.

Так, если удалось добиться в данном случае уравновешенности с остатком ΔР0,001 кгм, то в летных условиях при (2πfв)²=4·10·625=25000 дисбаланс составляет Р ΔР ω² 25 н2,5 кгс и является неприемлемой величиной.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ динамической балансировки воздушных винтов [2] заключающийся в том, что величину неуравновешенности вращающего агрегата находят по размаху колебаний на корпусе этого агрегата путем установки пробного груза, создающего центробежную силу, изменяющего размах и фазу колебаний корпуса по отношению к колебаниям при первоначальном запуске без пробного груза. По этому способу для уравновешивaния требуется два пуска: пуск с начальной неуравновешенностью и пуск с пробным грузом.

Во время пусков измеряют в реперных точках на корпусе двигателя амплитуды вибрации на частоте основной винтовой гармоники и относительное изменение фазы вибрации. В итоге балансировки агрегата после установки уравновешивающего груза определяют ожидаемый размах колебаний по формуле:
C= где А, В размах колебаний без и с пробным грузом;
α угол сдвига фаз между этими колебаниями.

Величины А,В и α регистрируются с помощью стробоскопа со световым ориентиром. Величину уравновешенного груза P_y находят относительно пробного груза Р_р по формуле: Р_y P_p. Угол β для размещения уравновешивающего груза определяют по формуле:
sinβ sinα
Недостатком способа является то, что этот способ выполним при соблюдении жестких требований на линейность внешней вибрации двигателя от величины установленной массы груза, не допускается флюктуация частоты колебаний агрегата.

В реальных условиях на самолете обороты винта заметно изменяются, а применение способа не сопровождают точными показателями в определении выходных параметров динамической балансировки. Способ не учитывает влияние амплитудно-фазовой характеристики упругой подвески (включающей раму с упругими подкосами для крепления двигателя, шасси) на амплитудные уровни и фазу колебаний корпуса двигателя при балансировке агрегата, а это снижает точность определения местоположения и величины уравновешивающего груза на агрегате при балансировкe.

Кроме того, по требованиям безопасности применение стробоскопа со световым ориентиром недопустимо.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность за счет учета погрешности влияния параметров амплитудно-фазовой характеристики упругой подвески на динамическую балансировку агрегата. Сущность изобретения заключается в том, что динамическую балансировку воздушно-винтового агрегата силовой установки на самолете осуществляют путем запуска агрегата с установленным в плоскости вращения винта компенсирующим грузом, уравновешивающим динамический дисбаланс агрегата, повторного запуска с установленным на агрегате пробным грузом и регистрации на обоих запусках вибрации на основной винтовой частоте вращения.

Согласно изобретению третий запуск агрегата с пробным грузом, смещенным на произвольный угол относительно первоначального положения, на всех запусках измеряют резонансную частоту и виброускорения на рабочей частоте вращения, а величину уравновешивающего груза и место его установки определяют по формуле:
1+-2cosϕ
(1)
=1+n-2n cos(ϕ-Ψ)
При f_p < f_i в формулы (I) вводят корректирующую поправку на величины виброускорений согласно соотношению
при f_p < f_i(2) где m масса пробного груза;
М масса уравновешивающего груза;
А_о.А_i амплитуды вибронагрузок, измеренные при начальном дисбалансе и при i-том запуске;
Ψ угол перестановки груза в плоскости коррекции винта относительно первоначального положения;
ϕ угол между оптимальным положением пробного груза, при котором была наименьшая вибрация, и искомым местом установки уравновешивающего груза;
n коэффициент изменения величины пробного груза, при маленьких амплитудах вибрации изменяют массу груза n раз;
f_p резонансная частота колебаний;
f_i частота основной винтовой гармоники;
(f_o)(f_i) виброускорения, измеренные при начальном дисбалансе, на i-ом пуске на частотах (fo), (fi) сканирующей основной винтовой гармоники.

Таким образом, повышение точности динамической балансировки воздушно-винтового агрегата на самолете достигается за счет введения поправки на амплитуды виброускорений, измеренных при начальном дисбалансе, на i-м пуске на частотах (f_o), (f_i) основной винтовой гармоники. Участок кривой АЧХ, измеренной на воздушно-винтовом агрегате, сохраняется практически постоянным при f_p>f_i, поэтому геометрическая форма АЧХ упругой подвески силовой установки мало сказывается на ухудшении точности регистрации виброускорений, а при f_p<f_i амплитуда виброускорения изменяется в зависимости от изменения частоты основной винтовой гармоники.

Заявленный способ выполняется в следующей последовательности.

На рабочей частоте вращения с помощью виброизмерительной аппаратуры записывают вибрацию. В произвольном по углу месте устанавливают пробный груз и повторяют указанные измерения. Затем переставляют груз на угол ϕ или увеличивают его массу, например, в два раза, повторяют измерения уровня вибрации.

При каждом пуске по амплитудно-частотной характеристике определяют резонансную частоту на корпусе двигателя подвески и частоту основной винтовой гармоники, сравнивают их.

При f_p < f_i вводят поправку на виброускорения, что соответствует определению вибросмещений.

П р и м е р 1. При n 2, > 1, Ψ= 0 определяют величину угла отсчета ϕ и величину уравновешивающего груза по формулам:
cosϕ
M=m
В таблице приведены расчетные данные, сопровождаемые реальными виброзаписями на самолете (см.чертеж), на которых приведены типовые осциллограммы (реальные) виброзаписей, полученные в полевых условиях в ходе динамической балансировки винтового агрегата поршневого самолета Ту-85, выполненной с помощью заявленного способа: а) вибрация до балансировки; б) после балансировки (по схеме и соотношениям для примера 1).

П р и м е р 2. Если n , Ψ= 0, m, тогда
cosϕ n-+1-n
M=m
П р и м е р 3. Если n 1,2,3, Ψ= 180^о, m, тогда
cosϕ
M=m
При >1 n 2
^cosϕ=
M=

Изобретение относится к балансировочной технике и может применяться для воздушно-винтовых агрегатов силовой установки на самолетах в режиме аэродромной стоянки самолета. Предлагаемый способ позволяет повысить точность динамической балансировки. Сущность изобретения заключается в том, что в способе динамической балансировки воздушно-винтового агрегата, содержащего измерение вибрации на корпусе двигателя при пусках с начальной неуравновешенностью и пробным узлом, установленным на конструкции в плоскости вращения винта, дополнительно проводят пуск с пробным грузом, смещенным на заданный угол, при этом на всех запусках на корпусе двигателя измеряют резонансную частоту и виброускорения на основной частоте вращения и определяют величину уравновешивающего груза и место его установки по приведенным в описании формулам: 1 ил. 1 табл.

СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ ВОЗДУШНО-ВИНТОВОГО АГРЕГАТА СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ НА САМОЛЕТЕ, заключающийся в том, что производят запуск агрегата с установленным в плоскости вращения винта компенсирующим грузом, уравновешивающим динамический дисбаланс агрегата, осуществляют повторный запуск с установленным на агрегате пробным грузом и на обоих запусках регистрируют вибрацию на рабочей частоте вращения, отличающийся тем, что производят третий запуск агрегата с пробным грузом, смещенным на произвольный угол относительно первоначального положения, на всех запусках измеряют резонансную частоту и виброускорения на рабочей частоте вращения, а величину уравновешивающего груза и место его установки определяют по формулам


где m масса пробного груза;
M масса уравновешивающего груза;

Ψ угол перестановки груза в плоскость винта относительно первоначального положения;
v угол между оптимальным положением пробного груза, при котором была наименьшая вибрация и искомым местом установки уравновешивающего груза;
n коэффициент изменения величины пробного груза;
A₀ A_i амплитуды вибрации, измеренные при начальном дисбалансе и при i-м запуске двигателя;
f_р резонансная частота колебаний;
f_i частота основной винтовой гармоники;
виброускорения, измеренные при начальном дисбалансе на i-м пуске частоты основной винтовой гармоники.