Технические науки/9. Авиация и космонавтика

м.т.н Романёнок С.Н.

УО «ВА РБ», Республика Беларусь

Выбор штатной точки для контроля вибрации

силовой установки вертолёта.

На выбор штатной точки контроля вибрации силовой установки вертолёта влияет множество различных факторов подразделяющихся на две основные группы: эксплуатационные факторы и технологические.

К эксплуатационным факторам относятся: размещение диагностируемого узла и условия доступа к нему, условия его работы, другие факторы связанные с конструктивными и эксплуатационными особенностями объекта диагностики.

Технологические факторы связаны с особенностями формирования и распространения вибраций. Вибросигнал, регистрируемый датчиком, от источника вибраций, распространяется по среде, включающей конструкцию двигателя, ряд элементов летательного аппарата, а также газовые и гидравлические полости и каналы.

При эксплуатации воздушных судов, удобно использовать как можно меньшее число штатных точек, при соблюдении требования точности постановки диагноза и малых временных и трудовых затратах. Наиболее желаемое количество штатных точек, разумеется – одна, что далеко не всегда осуществимо в пользу точности и полноты измеряемых параметров вибрации.

Вибрация в штатной точке не обязательно максимальна по величине, но обязательно наиболее характерна, четко и устойчиво связанна с возбуждающими силами, наиболее правильно определяет колебательную энергию двигателя.

Схему формирования вибросигнала, можно представить в виде многомерной системы с одним выходом (рисунок 1)

F₁(t), F₂(t)…F_n(t) – действующие силы; H₁(jw), H₂(jw)… H_n(jw) – передаточные функции; x₁(t), x₂(t)…x_n(t) –сигналы узлов и деталей; X_∑(t) – общий сигнал.

Рисунок 1 – Формирование вибрационного сигнала сложных систем

Для воздушных судов, ввиду того что диагностируемый объект расположен на вибрирующем основании, поиск наивыгоднейшего канала связи, который воспринимает и передаёт наиболее информативный сигнал, является сложной задачей, связанной со сложными математическими расчётами, экспериментами с исправными и имеющими различные степени разрушения узлами и деталями. Это далеко не всегда приемлемо и возможно на практике ввиду больших финансовых и временных затрат.

Как видно из таблицы, первые гармоники вращения роторов силовой установки можно отнести к низкочастотному диапазону:

Таблица. Первые гармоники вращения роторов силовой установки.

Ротор	Обознач.	Частота, Гц
		Режим малый газ	Рабочие режимы
Турбокомпрессор	fтк	234…254	296…319
Свободная турбина	fст	123…178	245…255
Главный привод	fгп	275…300	348…376
Привод гибкого валика	fгв	106…154	211…220
АИ-9В	fаи	605…625
СТГ-3	fстг	121…125
Первая ступень редуктора АИ-9В	fIаи	390…403
Вторая ступень редуктора АИ-9В	fIIаи	214…225

Поэтому низкие частоты представляют наибольший интерес. Основной особенностью низкочастотной вибрации является то, что под действием вынуждающей силы, сам объект диагностирования и его элементы колеблются как единое целое и вибрация практически неизменно передаётся от источника до датчика вибрации по элементам конструкции.

При проведении экспериментов в рамках приведенного исследования, выбирались точки расположенные на двигателях ТВ3-117, АИ-9В, на силовых элементах планера вертолёта, ввиду того что они (силовые элементы) рассчитываются из установленных требований прочности и жёсткости всей конструкции воздушного судна. Необходимо учесть, что место расположения штатной точки должно обеспечивать лёгкий доступ, оперативность монтажа и демонтажа датчика вибрации. При этом вибрационный сигнал должен нести информацию о колебаниях основных агрегатов и узлов силовой установки.

В результате экспериментов определено, что наиболее предпочтительной является точка на шпангоуте № 10 центральной части фюзеляжа вертолёта.

На спектре вибрационного сигнала, полученного в этой точке (рис. 2), видны первые гармоники элементов конструкции силовой установки.

f₁ – привод гибкого валика; f₂ – СТГ-3; f₃ – свободная турбина ТВ3-117; f₄ – вторая ступень редуктора АИ-9В; f₅ – турбокомпрессор ТВ3-117; f₆ – главный привод ТВ3-117; f₇ – первая ступень редуктора АИ-9В; f₈ – ротор АИ-9В.

Рисунок 2 – Наличие гармоник элементов СУ в реальном спектре ГТД

Как видно при более подробном рассмотрении рисунка 2, в спектре вибрации присутствует ряд других составляющих, которые характеризуют иные агрегаты и элементы конструкции трансмиссии, топливной, гидравлической и других функциональных систем вертолёта, что благоприятно влияет на дальнейшие перспективы работы в данном направлении, а также указывает на необходимость дальнейшей тщательной экспериментальной проработки данного вопроса для определения перспектив создания бортовой автоматизированной системы вибрационной диагностики элементов конструкции силовой установки и трансмиссии вертолётов.

Литература

1. Барков А.В. Анализ вибрации: Учебное пособие. СПб.: Изд. центр СПбМГТУ, 2004. – 162с.

2. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов.- М.: Машиностроение, 1987.-283с.

3. Ден Гартог Дж. Механические колебания. - М.: Физматгиз 1964г. - 420 стр.

4. Романёнок С.Н., В.Р. Вашкевич, А.А. Санько. Перспективы развития систем виброконтроля основных механических агрегатов вертолётов на основе интеллектуального анализа данных. – Вестник УО «ВА РБ» – 2008.