淺談Cessna172R飛機(jī)螺旋槳?jiǎng)悠胶馀淦?/h1>
2022-05-18 07:24:06劉謙
中國(guó)設(shè)備工程 2022年8期 關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)
劉謙
（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院飛機(jī)修理廠，四川 廣漢 618307）
1 靜平衡與動(dòng)平衡的區(qū)別
螺旋槳靜平衡通常是將一根平衡軸穿過(guò)螺旋槳中心孔，將軸的兩端放在水平的靜平支衡架上，較重一端的槳葉就會(huì)自動(dòng)向下并停止，根據(jù)向下旋轉(zhuǎn)速度和力度選擇合適的配重片或者鉛絲安裝在相對(duì)的一面的配重面或者配重孔上，鉛絲一般用于粗調(diào)，配重片用于細(xì)調(diào)，在對(duì)槳葉進(jìn)行十字校正后，螺旋槳應(yīng)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)并停止在任一位置或剩余不平衡量處于許可范圍內(nèi)，靜平衡又稱單面平衡，無(wú)論是導(dǎo)軌式支架還是滾動(dòng)軸承式支架受限于平衡軸、支架平行度以及安裝間隙，其平衡精度受到一定限制。
螺旋槳?jiǎng)悠胶馔ǔＪ谴菪龢惭b于發(fā)動(dòng)機(jī)上后，由于各槳葉重心軸向位置不一致或者受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的影響，高速旋轉(zhuǎn)后在槳軸線上產(chǎn)上不平衡動(dòng)力的力偶，該力偶將導(dǎo)致螺旋槳和發(fā)動(dòng)機(jī)軸系的振動(dòng)，如果出現(xiàn)的振動(dòng)幅值低于可接受標(biāo)準(zhǔn)，通常則需對(duì)槳盤或者槳葉進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡效正。利用電子測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)定被測(cè)槳葉的振動(dòng)信號(hào)，就可獲得不平衡方位和重量大小，按照配平方法就可成飛機(jī)的動(dòng)態(tài)平衡，使飛機(jī)獲得很高的靈敏度和平衡精度。
2 Cessna172R飛機(jī)螺旋槳配平工具和設(shè)備
賽斯納172天鷹系列飛機(jī)是一款優(yōu)秀的4座單發(fā)活塞定距二槳葉螺旋槳飛機(jī)，目前，其系列總共生產(chǎn)近43000架，我國(guó)初級(jí)教練機(jī)普遍也選用它，Cessna172R型飛機(jī)使用的是美國(guó)Mcauley螺旋槳公司生產(chǎn)的全金屬兩葉定距螺旋槳，螺旋槳型號(hào)為IC235/LFA7570，其螺旋槳最大直徑為1.9M，螺旋槳的組件包括螺旋槳，槳帽，襯墊和前、后槳盤、固定螺桿幾個(gè)部分，下面以此槳為例談?wù)勅绾螌?duì)槳葉進(jìn)行動(dòng)平衡配平。
配平工具通常包含一字改錐、鐵錘、鉛絲、配重片、稱重器、沖以及點(diǎn)鐘位置指示牌等。鉛絲添加的位置為水平平衡鉛孔,當(dāng)平衡儀顯示指示添加鉛絲重量超過(guò)80g時(shí)，就要將螺旋槳送回廠家或者檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行專門的檢查，看是否進(jìn)行噴漆等工藝改善不平衡的狀態(tài)。配重片的添加位置在垂直平衡配重面，配重片可疊加通過(guò)螺釘固定在螺旋槳上，配重片的最大疊加高度不能超過(guò)14.22mm,配重片具體參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 配重片的具體參數(shù)
配重片A-4640-1的質(zhì)量約為10g，A-4640-2的質(zhì)量約為20g；螺釘A-1635-97的質(zhì)量約為2g，A-1635-98的質(zhì)量約為2.5g，A-1635-99的質(zhì)量約為3g，A-1635-100的質(zhì)量約為3.5g。在實(shí)際的配重中，可以根據(jù)具體的數(shù)值選取合適的配重片。
配平所需振動(dòng)測(cè)試儀選用的是美國(guó)Honeywell Aero space 公司生產(chǎn)的基于Chadwick Helmuth Systme系統(tǒng)開發(fā)生產(chǎn)的Vibrex2000振動(dòng)測(cè)試儀，振動(dòng)測(cè)試儀的使用說(shuō)明書中規(guī)定了其振動(dòng)值的單位為IPS（英寸/秒），轉(zhuǎn)速單位為RPM（轉(zhuǎn)/分）,并以鐘表的“點(diǎn)鐘”表述法,表述螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面上的相對(duì)位置。維修工作過(guò)程中，振動(dòng)測(cè)試儀會(huì)根據(jù)螺旋槳的工作情況顯示出在不同方位添加不同質(zhì)量的配重使螺旋槳達(dá)到動(dòng)平衡，螺旋槳?jiǎng)悠胶獾臏y(cè)試是依據(jù)Chadwick Helmuth System系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)峰值的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),其振動(dòng)峰值可分為6個(gè)等級(jí),如表2所示。
表2 Vibrex2000振動(dòng)測(cè)試儀振動(dòng)峰值評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)CESSNA172R維修工藝的規(guī)定，在維修工作過(guò)程中只要振動(dòng)峰值低于0.20IPS就達(dá)到了可接受的范圍,并且在實(shí)際的維修工作過(guò)程中也是按照該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。
3 Cessna172R飛機(jī)螺旋槳?jiǎng)悠胶馀淦匠绦?/h2>3.1 試車前的準(zhǔn)備
清點(diǎn)工具及設(shè)備，按發(fā)動(dòng)機(jī)試車單進(jìn)行地面試車，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)各參數(shù)符合要求；檢查確保電瓶主機(jī)門、磁電機(jī)開關(guān)處于關(guān)斷位，燃油關(guān)斷活門處于關(guān)斷位；拆下發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩；拆下槳帽固定在前后槳盤的螺釘，拆下槳帽。在進(jìn)行螺旋槳維護(hù)工作時(shí)，在扳動(dòng)螺旋槳前，必須確保磁電機(jī)開關(guān)置于關(guān)斷位。
3.2 第一次試車與振動(dòng)測(cè)試儀的數(shù)據(jù)
再次檢查所有程序和儀器的安裝，發(fā)動(dòng)機(jī)工作應(yīng)正常，各性能參數(shù)應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)，按照要求填寫螺旋槳?jiǎng)悠胶鉁y(cè)試表，測(cè)試表主要是記錄發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)值。通過(guò)讀取測(cè)試儀數(shù)據(jù)，初步得到一個(gè)需配平方位的重量數(shù)據(jù)，當(dāng)重量數(shù)據(jù)低于80g時(shí)，我們應(yīng)可以采取現(xiàn)場(chǎng)配平方式進(jìn)行振動(dòng)值修正，讀取重量數(shù)據(jù)后，就需將螺旋槳從發(fā)動(dòng)機(jī)上拆下進(jìn)行第一次配平。建議初始檢查振動(dòng)值的時(shí)候，是可以帶上槳帽的，如果振動(dòng)值小于0.2IPS可以不做工作，如果振動(dòng)值大于1.25IPS，需要把槳帽拆下再次檢查，如果檢查后仍然大于1.25IPS，就將螺旋槳送廠檢修；完成所有調(diào)整后，若振動(dòng)值小于0.2IPS，則帶上槳帽進(jìn)行最終檢查。若帶上槳帽后振動(dòng)值大于0.2IPS，可將槳帽翻轉(zhuǎn)180°重新裝上再次檢查，若仍然大于0.2IPS，則需更換槳帽或者將不帶槳帽條件下振動(dòng)值盡可能的調(diào)低，再按槳帽影響最小的方向裝上槳帽檢查。
3.3 前槳盤的拆卸和配重填加。
標(biāo)記好前槳盤上的各個(gè)螺栓位置，以便于下次安裝，拆下前槳盤固定在螺旋槳上的螺栓，剪斷并報(bào)廢螺旋槳安裝螺栓上的保險(xiǎn)絲，留一個(gè)定位螺栓不動(dòng)將螺旋槳、后槳盤和襯墊固定在一起。根據(jù)振動(dòng)儀顯示的數(shù)據(jù)，先將鉛絲放在稱重器上稱重，將稱重好的鉛絲放入槳面中的配重孔中，用略小于配重孔直徑的沖桿將鉛絲夯緊，注意不要損傷配重孔；或者根據(jù)實(shí)際情況選擇配重片安裝在槳轂配平面上。填裝完結(jié)后，在確認(rèn)各裝配件無(wú)誤后，按原樣裝回。
3.4 重復(fù)測(cè)試動(dòng)平衡性能
試車前檢查，保證發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)參數(shù)正常，保持轉(zhuǎn)速試車，若振動(dòng)值大于0.2IPS則讀出振動(dòng)儀上的數(shù)據(jù)，在相應(yīng)的平衡孔或配平面上添加或者減少鉛絲或者配平片，并且重復(fù)上小節(jié)操作再次試車直至振動(dòng)值小于0.2IPS；若振動(dòng)值小于0.2IPS則滿足要求并開啟大轉(zhuǎn)速再次試車，試車后重復(fù)上述步驟。整個(gè)動(dòng)平衡配平就是不斷重復(fù)：試車-配平-試車，直至大轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)值小于0.2IPS。
4 結(jié)語(yǔ)
振動(dòng)是由螺旋槳?jiǎng)硬黄胶馀c發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡二者的合成的，在配平過(guò)程中除了需要耐心外，有時(shí)也需要重新更換一副螺旋槳匹配，以盡可能達(dá)到所需的性能要求。
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螺旋槳靜平衡通常是將一根平衡軸穿過(guò)螺旋槳中心孔，將軸的兩端放在水平的靜平支衡架上，較重一端的槳葉就會(huì)自動(dòng)向下并停止，根據(jù)向下旋轉(zhuǎn)速度和力度選擇合適的配重片或者鉛絲安裝在相對(duì)的一面的配重面或者配重孔上，鉛絲一般用于粗調(diào)，配重片用于細(xì)調(diào)，在對(duì)槳葉進(jìn)行十字校正后，螺旋槳應(yīng)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)并停止在任一位置或剩余不平衡量處于許可范圍內(nèi)，靜平衡又稱單面平衡，無(wú)論是導(dǎo)軌式支架還是滾動(dòng)軸承式支架受限于平衡軸、支架平行度以及安裝間隙，其平衡精度受到一定限制。
螺旋槳?jiǎng)悠胶馔ǔＪ谴菪龢惭b于發(fā)動(dòng)機(jī)上后，由于各槳葉重心軸向位置不一致或者受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的影響，高速旋轉(zhuǎn)后在槳軸線上產(chǎn)上不平衡動(dòng)力的力偶，該力偶將導(dǎo)致螺旋槳和發(fā)動(dòng)機(jī)軸系的振動(dòng)，如果出現(xiàn)的振動(dòng)幅值低于可接受標(biāo)準(zhǔn)，通常則需對(duì)槳盤或者槳葉進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡效正。利用電子測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)定被測(cè)槳葉的振動(dòng)信號(hào)，就可獲得不平衡方位和重量大小，按照配平方法就可成飛機(jī)的動(dòng)態(tài)平衡，使飛機(jī)獲得很高的靈敏度和平衡精度。
2 Cessna172R飛機(jī)螺旋槳配平工具和設(shè)備
賽斯納172天鷹系列飛機(jī)是一款優(yōu)秀的4座單發(fā)活塞定距二槳葉螺旋槳飛機(jī)，目前，其系列總共生產(chǎn)近43000架，我國(guó)初級(jí)教練機(jī)普遍也選用它，Cessna172R型飛機(jī)使用的是美國(guó)Mcauley螺旋槳公司生產(chǎn)的全金屬兩葉定距螺旋槳，螺旋槳型號(hào)為IC235/LFA7570，其螺旋槳最大直徑為1.9M，螺旋槳的組件包括螺旋槳，槳帽，襯墊和前、后槳盤、固定螺桿幾個(gè)部分，下面以此槳為例談?wù)勅绾螌?duì)槳葉進(jìn)行動(dòng)平衡配平。
配平工具通常包含一字改錐、鐵錘、鉛絲、配重片、稱重器、沖以及點(diǎn)鐘位置指示牌等。鉛絲添加的位置為水平平衡鉛孔,當(dāng)平衡儀顯示指示添加鉛絲重量超過(guò)80g時(shí)，就要將螺旋槳送回廠家或者檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行專門的檢查，看是否進(jìn)行噴漆等工藝改善不平衡的狀態(tài)。配重片的添加位置在垂直平衡配重面，配重片可疊加通過(guò)螺釘固定在螺旋槳上，配重片的最大疊加高度不能超過(guò)14.22mm,配重片具體參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 配重片的具體參數(shù)
配重片A-4640-1的質(zhì)量約為10g，A-4640-2的質(zhì)量約為20g；螺釘A-1635-97的質(zhì)量約為2g，A-1635-98的質(zhì)量約為2.5g，A-1635-99的質(zhì)量約為3g，A-1635-100的質(zhì)量約為3.5g。在實(shí)際的配重中，可以根據(jù)具體的數(shù)值選取合適的配重片。
配平所需振動(dòng)測(cè)試儀選用的是美國(guó)Honeywell Aero space 公司生產(chǎn)的基于Chadwick Helmuth Systme系統(tǒng)開發(fā)生產(chǎn)的Vibrex2000振動(dòng)測(cè)試儀，振動(dòng)測(cè)試儀的使用說(shuō)明書中規(guī)定了其振動(dòng)值的單位為IPS（英寸/秒），轉(zhuǎn)速單位為RPM（轉(zhuǎn)/分）,并以鐘表的“點(diǎn)鐘”表述法,表述螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面上的相對(duì)位置。維修工作過(guò)程中，振動(dòng)測(cè)試儀會(huì)根據(jù)螺旋槳的工作情況顯示出在不同方位添加不同質(zhì)量的配重使螺旋槳達(dá)到動(dòng)平衡，螺旋槳?jiǎng)悠胶獾臏y(cè)試是依據(jù)Chadwick Helmuth System系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)峰值的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),其振動(dòng)峰值可分為6個(gè)等級(jí),如表2所示。
表2 Vibrex2000振動(dòng)測(cè)試儀振動(dòng)峰值評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)CESSNA172R維修工藝的規(guī)定，在維修工作過(guò)程中只要振動(dòng)峰值低于0.20IPS就達(dá)到了可接受的范圍,并且在實(shí)際的維修工作過(guò)程中也是按照該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。
3 Cessna172R飛機(jī)螺旋槳?jiǎng)悠胶馀淦匠绦?/h2>3.1 試車前的準(zhǔn)備
清點(diǎn)工具及設(shè)備，按發(fā)動(dòng)機(jī)試車單進(jìn)行地面試車，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)各參數(shù)符合要求；檢查確保電瓶主機(jī)門、磁電機(jī)開關(guān)處于關(guān)斷位，燃油關(guān)斷活門處于關(guān)斷位；拆下發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩；拆下槳帽固定在前后槳盤的螺釘，拆下槳帽。在進(jìn)行螺旋槳維護(hù)工作時(shí)，在扳動(dòng)螺旋槳前，必須確保磁電機(jī)開關(guān)置于關(guān)斷位。
3.2 第一次試車與振動(dòng)測(cè)試儀的數(shù)據(jù)
再次檢查所有程序和儀器的安裝，發(fā)動(dòng)機(jī)工作應(yīng)正常，各性能參數(shù)應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)，按照要求填寫螺旋槳?jiǎng)悠胶鉁y(cè)試表，測(cè)試表主要是記錄發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)值。通過(guò)讀取測(cè)試儀數(shù)據(jù)，初步得到一個(gè)需配平方位的重量數(shù)據(jù)，當(dāng)重量數(shù)據(jù)低于80g時(shí)，我們應(yīng)可以采取現(xiàn)場(chǎng)配平方式進(jìn)行振動(dòng)值修正，讀取重量數(shù)據(jù)后，就需將螺旋槳從發(fā)動(dòng)機(jī)上拆下進(jìn)行第一次配平。建議初始檢查振動(dòng)值的時(shí)候，是可以帶上槳帽的，如果振動(dòng)值小于0.2IPS可以不做工作，如果振動(dòng)值大于1.25IPS，需要把槳帽拆下再次檢查，如果檢查后仍然大于1.25IPS，就將螺旋槳送廠檢修；完成所有調(diào)整后，若振動(dòng)值小于0.2IPS，則帶上槳帽進(jìn)行最終檢查。若帶上槳帽后振動(dòng)值大于0.2IPS，可將槳帽翻轉(zhuǎn)180°重新裝上再次檢查，若仍然大于0.2IPS，則需更換槳帽或者將不帶槳帽條件下振動(dòng)值盡可能的調(diào)低，再按槳帽影響最小的方向裝上槳帽檢查。
3.3 前槳盤的拆卸和配重填加。
標(biāo)記好前槳盤上的各個(gè)螺栓位置，以便于下次安裝，拆下前槳盤固定在螺旋槳上的螺栓，剪斷并報(bào)廢螺旋槳安裝螺栓上的保險(xiǎn)絲，留一個(gè)定位螺栓不動(dòng)將螺旋槳、后槳盤和襯墊固定在一起。根據(jù)振動(dòng)儀顯示的數(shù)據(jù)，先將鉛絲放在稱重器上稱重，將稱重好的鉛絲放入槳面中的配重孔中，用略小于配重孔直徑的沖桿將鉛絲夯緊，注意不要損傷配重孔；或者根據(jù)實(shí)際情況選擇配重片安裝在槳轂配平面上。填裝完結(jié)后，在確認(rèn)各裝配件無(wú)誤后，按原樣裝回。
3.4 重復(fù)測(cè)試動(dòng)平衡性能
試車前檢查，保證發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)參數(shù)正常，保持轉(zhuǎn)速試車，若振動(dòng)值大于0.2IPS則讀出振動(dòng)儀上的數(shù)據(jù)，在相應(yīng)的平衡孔或配平面上添加或者減少鉛絲或者配平片，并且重復(fù)上小節(jié)操作再次試車直至振動(dòng)值小于0.2IPS；若振動(dòng)值小于0.2IPS則滿足要求并開啟大轉(zhuǎn)速再次試車，試車后重復(fù)上述步驟。整個(gè)動(dòng)平衡配平就是不斷重復(fù)：試車-配平-試車，直至大轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)值小于0.2IPS。
4 結(jié)語(yǔ)
振動(dòng)是由螺旋槳?jiǎng)硬黄胶馀c發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡二者的合成的，在配平過(guò)程中除了需要耐心外，有時(shí)也需要重新更換一副螺旋槳匹配，以盡可能達(dá)到所需的性能要求。
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