DIAGNOZOWANIE TARCZ STERUJĄCYCH ŚMIGŁOWCÓW Mi-17 i Mi-24 METODĄ FAM-C

Marcin KURDELSKI Andrzej GĘBURA Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych PRACE NAUKOWE ITWL Zeszyt 33, s. 95 125, 2013 r. DIAGNOZOWANIE TARCZ STERUJĄCYCH ŚMIGŁOWCÓW Mi-17 i Mi-24 METODĄ FAM-C W publikacji przedstawiono wybrane problemy eksploatacyjne tarcz sterujących śmigłowców eksploatowanych w lotnictwie Sił Zbrojnych RP. Przedstawiono również prognozy zagrożeń dla zespołu transmisji tego śmigłowca, opartej na analizie teoretycznej zjawisk mechanicznych, jak również analizie statystycznej i diagnostycznej. Główną uwagę zwrócono na możliwości diagnozowania miejsc zagrożeń w tarczy sterującej śmigłowca nieinwazyjną metodą FAM-C, opracowaną w ITWL. Metoda ta jest oparta na śledzeniu parametrów modulacji częstotliwości generowanych przez prądnicę pokładową prądu przemiennego. Badanie to nie wymaga instalowania żadnych dodatkowych czujników, gdyż podczas pomiaru zespół transmisji nie doznaje żadnych dodatkowych obciążeń ani zniekształceń prędkości obrotowej. Autorzy w publikacji zaprezentowali wstępne wyniki pomiarów diagnostycznych oraz materiały z demontażu tarcz sterujących śmigłowców eksploatowanych w warunkach misji wojskowych w Iraku i Afganistanie, wykonanego na śmigłowcach Mi-24 oraz Mi-17. Zaproponowano także, zdaniem autorów, prostą i tanią metodę polowego sprawdzania łożyska głównego tarczy sterującej metodą pomiaru fotogrametrycznego. Autorzy wykazali, że metodologię badań diagnostycznych można i trzeba rozciągnąć na inne typy śmigłowców. Słowa kluczowe: diagnostyka techniczna, metoda diagnostyczna FAM-C, sterowanie wirnikiem nośnym, łożysko toczne, współczynnik toczenia łożyska tocznego, synchronizator obrotów, sterowanie okresowe śmigłowca. 1. Wstęp. Opis funkcji tarczy sterującej w procesie sterowania śmigłowca Tarcza sterująca jest mechanizmem umożliwiającym zmianę kąta ustawienia łopat, a w wyniku tego wartość i kierunek wypadkowej sił aerodynamicznych wirnika nośnego. Zmianę wartości wypadkowej siły nośnej osiąga się poprzez jednoczesne zwiększanie lub zmniejszanie wartości kątów natarcia wszystkich pięciu

96 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA łopat o tę samą wielkość. Jest to możliwe dzięki tarczy sterującej, która składa się z dwóch dysków (talerzy): 1) dolnego, nieruchomego kątowo, przemieszczanego wzdłuż wału głównego przez pilota, 2) górnego, ruchomego (obracającego się synchronicznie z łopatami (płatami) wirnika) sterującego popychaczami kąta natarcia płatów. 1 Fot. 1. Mi-24 w zawisie. Na fotografii śmigłowiec przechodzi z zawisu do lotu do przodu widoczna jest pochylona do przodu tarcza sterująca (1) Śmigłowiec Mi-24 ma układ nośno-sterujący systemu Sikorskiego: wirnik główny, o pionowej osi obrotu i poziomym ruchu obrotowym płatów, wytwarza siłę nośną, wirnik pomocniczy, o poziomej osi obrotu i pionowym ruchu obrotowym łopat, wytwarza siłę korekcji równoważącą moment obrotowy reakcji kadłuba na ruch obrotowy płatów wirnika głównego. W związku z tym w systemie istnieją dwie tarcze sterujące: 1) wirnika głównego możliwość wznoszenia lub opadania poprzez przemieszczanie tarczy sterującej wzdłuż wału, 2) wirnika pomocniczego możliwość zmiany kierunku (azymutu). Tarcza sterująca zamontowana jest na przekładni głównej na prowadnicy, wewnątrz której przechodzi wał przekładni głównej. Prowadnica przymocowana jest do kołnierza przekładni głównej ośmioma kołkami. Przemieszcza się po niej suwak z wahaczami sterowania podłużnego i poprzecznego, z przegubowo połączonym węzłem talerza. Maksymalny ruch suwaka dla Mi-24 wynosi 53 mm.

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 97 7. 8. 3. 4. 5. 6. 9. 10. 2. 11. 1. 12. Do prądnicy Doprowadzenie mocy mechanicznej z silników 13. 14. 15. 16. Prądnica tachometryczna 24. 17. 18. 19. 23. 20. 22. 21. Rys. 1. Tarcza sterująca w układzie przekazywania pierwotnego sygnału diagnostycznego do prądnic-przetworników śmigłowca: 1 siłownik hydrauliczny skoku ogólnego, 2 widełki dźwigni skoku ogólnego, 3 talerz (górny), 4 popychacz łopaty (zmiana kąta natarcia łopaty), 5 dźwignia obrotu łopaty (zmiana kąta natarcia łopaty), 6 wodzik synchronizatora (wprowadza w ruch obrotowy talerz górny synchronicznie z kątem obrotu wału głównego przekładni WR), 7 wał główny przekładni WR z piastą, 8 prowadnica (nieruchoma tuleja wewnętrzna), 9 główne łożysko toczne wałeczkowe tarczy sterującej, 10 łopata wirnika nośnego, 11 suwak (ruchoma tuleja zewnętrzna), 12 górne łożysko wału głównego przekładni WR, 13 przekładnia planetarna, 14 koło stożkowe przekazywania mocy w kierunku skrzynki napędu prądnic, 15 koło stożkowe odbioru mocy w kierunku skrzynki napędu prądnic, 16 łożysko wałkowe stożkowe wału wyjściowego wału wyjściowego przekładni planetarnej, 17 dolne łożysko podporowe wału głównego (łożysko przekładkowe pomiędzy wałem głównym a wałem wyjściowym przekładni planetarnej), 18 wał wyjściowy przekładni planetarnej, 19 łożysko wałkowe cylindryczne wału wyjściowego wału wyjściowego przekładni planetarnej, 20 łożysko kulowe oporowe wału wyjściowego przekładni planetarnej, 21 koło zębate walcowe przekazywania mocy w kierunku prądnicy tachometrycznej, 22 koło zębate walcowe odbioru mocy w kierunku prądnicy tachometrycznej, 23 koło zębate stożkowe przekazywania mocy w kierunku prądnicy tachometrycznej, 24 koło zębate stożkowe odbioru mocy w kierunku prądnicy tachometrycznej

98 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA Talerz (górny) wprowadzany jest w ruch obrotowy wodzikiem (pełniącym funkcję swego rodzaju synchronizatora sterowania), którego ucho połączone jest ze wspornikiem zamontowanym na korpusie piasty wirnika nośnego. Końcowe przeguby talerza połączone są cięgnami z dźwigniami obrotu łopat. Sterowanie tarczą sterującą odbywa się za pomocą wzmacniaczy hydraulicznych, oddziaływających na wahacze sterowania podłużnego i poprzecznego oraz na dźwignię skoku ogólnego. Suwak wykonany jest w kształcie stalowego cylindra z przynitowanymi z wewnątrz tulejami z brązu, które zapewniają niski współczynnik tarcia podczas przemieszczania się suwaka po prowadnicy. 7. 8. 1. 2. 4. 3. 6. 5. Fot. 2. Wirnik Mi-24W. 1 piasta wirnika nośnego, 2 przegub poziomy, 3 dźwignia obrotu łopaty, 4 cięgno obrotu łopaty, 5 górny talerz tarczy sterującej, 6 łożysko wałkowe zapewniające oddziaływanie dolnego (nieruchomego) talerza na górny, 7 obrotowy wodzik pełniący funkcję synchronizatora sterowania, 8 wspornik (jarzmo) zamontowany na korpusie piasty wirnika nośnego, powodujący pociąganie wodzika obrotowego i wprawienie górnego talerza tarczy sterującej w ruch obrotowy.

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 99 2. Wprowadzenie do problemu zużywania się elementów tarczy sterującej śmigłowca W lotnictwie Sił Zbrojnych RP eksploatuje się liczne śmigłowce produkcji rosyjskiej, przede wszystkim: Mi-8, Mi-14, Mi-17, Mi-24. Prawdopodobnie z czasem coraz więcej będzie śmigłowców produkcji zachodniej. Dlatego należy porównywać ich wady i zalety oraz analizować cechy konstrukcyjne, aby móc w przyszłości przenieść doświadczenia diagnostyczne. Wiele cech śmigłowców się różni: 1) odwrotny kierunek ruchu obrotowego łopat wirnika głównego, 2) standard zachodni to dwukrotnie mniejsza prędkość obrotowa, 3) zabezpieczenia przy twardym lądowaniu: standard wschodni wzmacnia się konstrukcję kadłuba pod przekładnią główną, tak aby w razie awarii nie uległa ona zmiażdżeniu przez ciężką przekładnię główną, standard zachodni osłabia się konstrukcję kadłuba pod przekładnią główną, tak aby w razie awarii przekładnia przeszła przez kadłub; drogę przejścia wydziela się często jako strefę zabronioną, przez co zmniejsza się powierzchnię ładunkową i konstrukcja jest lżejsza, 4) wykorzystanie wnętrza wału głównego przekładni głównej: standard wschodni w środku (drążonego) wału głównego przekładni wstawiana jest nieruchoma rura osłonowa, którą prowadzi się przewody grzejne doprowadzające energię elektryczną do łopat wirnika nośnego. Dzięki temu możliwe jest elektryczne odladzanie krawędzi natarcia łopat. Umożliwia to loty w niskich temperaturach w warunkach sprzyjających oblodzeniu, standard zachodni w środku (drążonego) wału znajdują się zazwyczaj cięgna sterowania. Umożliwia to zmniejszenie sił niezbędnych do wysterowania małych i średnich śmigłowców praktycznie biorąc bez konieczności zastosowania wzmacniaczy hydraulicznych, w średnich i ciężkich śmigłowcach konstrukcji rosyjskiej jest prawie niemożliwe sterowanie śmigłowcem w chwili awarii systemu wzmacniaczy hydraulicznych, w konstrukcjach zachodnich brak ogrzewania śmigła nośnego rekompensowany jest częściowo przez większą giętkość łopat, które powodują łamanie powierzchni lodu. Według praktyków jest to skuteczne tylko w warunkach mało intensywnego oblodzenia. Podczas większego zagrożenia oblodzeniem śmigłowce po prostu nie latają.

100 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA W punkcie 4 wspomniano, że według standardu rosyjskiego wnętrze wału głównego przekładni głównej jest wykorzystane jako rynna kabli elektrycznych obwodu ogrzewania łopat. W związku z tym elementy sterowania muszą być prowadzone po zewnętrznej stronie wału głównego. Zwiększa to masę tarczy sterującej, która swym obwodem musi objąć wał główny wirnika nośnego. Niewątpliwie zwiększa to także siły (statyczne i dynamiczne) oddziałujące na tarczę sterującą, a przede wszystkim łożysko główne tarczy sterującej. Niezależnie od tego, czy tarcza sterująca, którą chcemy diagnozować, jest w standardzie wschodnim, czy zachodnim, są w niej dwa punkty newralgiczne: 1) łożysko główne tarczy sterującej, rozdzielające talerz ruchomy, górny od nieruchomego, dolnego, 2) synchronizator (obrotowy wodzik), zapewniający ruch obrotowy górnego talerza. Ad 1. Jeżeli łożysko główne tarczy sterującej będzie uszkodzone, to proces sterowania może ulec spowolnieniu stanie się nieprecyzyjny, mogą pojawić się zwiększone wibracje w układzie sterowania. Dla pewnych typów uszkodzeń mogą się pojawić zwiększone uderzenia dynamiczne w ruchu obwodowym oddziaływające na synchronizator. Ad 2. Synchronizator spina dysk (górny) tarczy sterującej z wałem głównym przekładni WR. Dzięki temu zapewniona jest synchronizacja zmian kąta natarcia każdej łopaty wirnika głównego z jej azymutalnym położeniem względem podłużnej osi symetrii kadłuba śmigłowca. Synchronizator składa się z trzech drążków tworzących formę trapezu geometrycznego. Cztery przeguby tego mechanizmu mają łożyska igiełkowe. Górne ramię jest mocowane w pobliżu górnego zakończenia wału głównego, tuż pod głowicą wirnika nośnego. W tym celu na wale konstruktorzy zastosowali silnie zaciśniętą obejmę. Na wale głównym dodatkowo wyfrezowano płytki otwór w celu umożliwienia połączenia kołkowego z obejmą synchronizatora. Jednakże, jak twierdzą specjaliści od eksploatacji, w tym właśnie miejscu, jak również w przegubach synchronizatora niejednokrotnie pojawiały się wyczuwalne luzy obwodowe. Zmuszało to ich do natychmiastowej wymiany synchronizatora. Zwiększone luzy obwodowe synchronizatora stanowią utrudnienie w sterowaniu prędkością i kierunkiem lotu, analogicznie jak zwiększone luzy obwodowe w mechanizmie kierownicy samochodu. Powstają wówczas także zwiększone siły dynamiczne, które powodują siły ścinające działające na połączenie kołkowe. Ścięcie kołka natomiast to pewna katastrofa śmigłowiec traci możliwość synchronicznego azymutalnego ukierunkowania zmian kąta natarcia łopat w trakcie ich przemieszczania się w płaszczyźnie poziomej. Pilot będzie mógł wówczas sterować wysokością lotu, ale straci wpływ na kierunek lotu. W zależności od wyważenia łopat i innych mechanizmów sterowania próba np. pochylenia śmigłowca przez oddanie drążka może skutkować niekontrolowanym pochyleniem w bok lub tył lub ruchem obrotowym.

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 101 5. 6. 7. 4. 3. 2. 1. 8. 9. Fot. 3. Widok zdemontowanej ze śmigłowca Mi-24 tarczy sterującej: 1 pierścień zewnętrzny łożyska tocznego wałeczkowego głównego tarczy sterującej, 2 koszyk łożyska tocznego wałeczkowego głównego tarczy sterującej, 3 pierścień wewnętrzny łożyska tocznego wałeczkowego głównego tarczy sterującej, 4 suwak (ruchoma tuleja zewnętrzna), 5 talerz (górny), 6 prowadnica (nieruchoma tuleja wewnętrzna), 7 popychacz łopaty (zmiana kąta natarcia łopaty), 8 znacznik kontrolny, 9 wodzik synchronizatora Oddziaływanie luzów obwodowych sprzęgła kłowego zespołu napędowego LUZES III, zgodnie z [7, 8], powoduje wcięcia krzywej przebiegu wartości chwilowej prędkości kątowej 2 = f(t) na narastającym zboczu sinusoidy (rys. 2). Analogiczne wcięcie można zaobserwować w zobrazowaniu chwilowej częstotliwości f i = f(t) napięcia wyjściowego prądnicy prądu przemiennego śmigłowca podczas pomiaru jednofazowego FAM-C. Oddziaływanie luzów powoduje podtrzymanie spadku prędkości kątowej 2 = f(t) na opadającym zboczu sinusoidy. Analogiczne wcięcie można zaobserwować na opadającym zboczu przebiegu częstotliwości chwilowej napięcia wyjściowego prądnicy f i = f(t) (rys. 3). Na podstawie wielu badań laboratoryjnych na zespole napędowym LUZES III oraz symulacji komputerowych autorzy doszli do wniosku, że względna głębokość

102 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA opisanych powyżej wcięć w narastającym zboczu przebiegu f i = f(t) oraz opóźnień na zboczu opadającym jest wprost proporcjonalna do wartości luzu. Zdaniem autorów zależności te można byłoby wykorzystać do obserwacji stopnia wyluzowania przegubów wodzika synchronizatora (rys. 1, szczegół 6) oraz luzów obwodowych połączenia jarzma synchronizatora z wałem głównym i głowicą śmigła nośnego. Uszkodzenia łożysk tocznych mogą być różnego rodzaju w zależności od odchyłek ich pasowań w procesie produkcyjnym lub remontowym [2, 3, 6 8], a także w zależności od warunków eksploatacji. Jednym z najważniejszych parametrów jest wartość bieżąca współczynnika toczenia łożyska. Fizycznie jest to stosunek prędkości koszyka do prędkości obrotowej bieżni ruchomej, oznaczany p s (rys. 2). We wszystkich analizach tę wartość bieżącą należy przyrównać do wartości znamionowej wyznaczonej z danych geometrycznych danego łożyska. Wartość znamionową współczynnika toczenia wyznacza się z wzoru 1 [6]. Dla śmigłowca Mi-24 wartość ta wynosi p sn = 0,47356. p s w 2 D 2 w D d k (1) gdzie: D w średnica bieżni wewnętrznej, d k średnica elementu tocznego. A zo A wo d k Az1/2 D z A z2 0 D w A w2 Rys. 2. Przemieszczanie się koszyka łożyska względem bieżni wewnętrznej: D w średnica bieżni wewnętrznej (dla Mi-24 d k = 283 mm), D z średnica bieżni zewnętrznej, d k średnica elementu tocznego (dla Mi-24 d k = 7,9 mm)

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 103 21,5 21 20,5 20 19,5 wcięcia od luzów 19 18,5 18 17,5 17 0 50 100 150 200 250 t Rys. 3. Teoretyczny przebieg zmian chwilowych wartości: prędkości obrotowej n = f(t) oraz częstotliwości dla sprzęgła z wadą mimośrodowości i luzem obwodowym W celu określenia wartości bieżącego współczynnika toczenia należy nanieść flamastrem jeden wspólny znak na pierścieniu ruchomym (przeważnie wewnętrznym) i koszyku łożyska (rys. 4). Obracając pierścieniem ruchomym (np. talerzem górnym tarczy sterującej) urządzenia, należy obserwować ruch względny znaku na koszyku względem znaku na pierścieniu ruchomym. Po obrocie o kąt 360 o pierścienia ruchomego, koszyk sprawnego łożyska powinien wykonać ułamek kąta pełnego określony wzorem (1). Dokładniejszy pomiar można otrzymać, obracając tak długo bieżnią ruchomą, aż koszyk wykona obrót o kąt 360 o wówczas kąt zakreślony przez bieżnię ruchomą powinien wykonać liczbę obrotów równą odwrotności wartości określonej wzorem (1). Dla tarczy sterującej przedstawionej na fot. 4 uzyskano 2 obroty i 40 o, czyli wartość bieżąca współczynnika toczenia wynosi p s = 0,375. Zważywszy, że p sn = 0,47356, czyli wartość bieżąca jest o 21% mniejsza, można wstępnie określić, że łożysko miało znacznie zwiększone luzy promieniowe. Przedmiotowa tarcza ma zasób resursowy 400 h, zaś została zdemontowana z powodu uszkodzenia odlewu talerza głównego po ok. 200 h w Iraku. Prawdopodobnie ciężkie warunki eksploatacji przy znacznym zapyleniu powietrza oraz wysokiej temperaturze i zwiększonej intensywności lotów, jak ró w- nież konieczność wykonywania szybkich manewrów przyśpieszyły proces zużywania się łożyska. Dostęp do omawianego łożyska jest wystarczająco dobry także bez demontażu tarczy sterującej (fot. 3, szczegół 6). Wystarczy odkontrować (zdjąć drut

104 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA zabezpieczający nakrętki przed samoodkręceniem) i zdemontować osłonę łożyska i można już nanosić znak kontrolny na oba pierścienie łożyska i jego koszyk. Teraz należałoby ustawić aparaturę pomiaru położenia kąta wału wirnika nośnego. Następnie należałoby obracać wirnikiem śmigła głównego tak długo, aż znaki kontrolne na łożysku pokryją się ze sobą. Wówczas należy dokonać pomiaru przyrostu kąta obrotu wirnika nośnego i obliczyć wartość bieżącą współczynnika toczenia oraz porównać ją z wartością znamionową. Zdaniem autorów, należy powtórzyć ten pomiar dla kilku położeń tarczy sterującej, zarówno co do kierunku względem osi podłużnej śmigłowca, jak i przy różnych wartościach kąta przechylenia tej tarczy. W tym celu należałoby uprzednio zapewnić odpowiednie ciśnienie w instalacji hydraulicznej. Do precyzyjnego wykonania tych przechyleń tarczy sterującej korzystnie byłoby na czas pomiaru zainstalować przy podstawie drążka pilota dodatkowy kątomierz. Analogicznie należałoby wykonać pomiary wartości bieżącej współczynnika toczenia dla różnych zmian położenia kątowego dźwigni skoku i mocy. Dodatkowo dobrze byłoby przedłużyć ten znak na odlew talerza górnego. W ten sposób przy ewentualnych dalszych kontrolach można byłoby obserwować, czy pierścień zewnętrzny tego łożyska nie przemieścił się w gnieździe (w odlewie talerza głównego). Jeżeliby to nastąpiło, tarczę sterującą należałoby natychmiast wymienić z uwagi na zerwanie pasowania wciskowego łożysko gniazdo na skutek zwiększonych sił oporu wewnątrz łożyska. Współpraca elementów tocznych z bieżnią w czasie normalnej (eksploatacyjnej) pracy kompletnego urządzenia może być precyzyjnie obserwowana metodą FAM-C [6-8]. W dotychczasowych badaniach diagnostycznych wykonywanych dla węzłów łożyskowych silników samolotów TS-11 Iskra obliczano je ze stosunku max częstotliwości f pmax pasma zajmowanego przez zbiór charakterystyczny danego łożyska do częstotliwości N-tej harmonicznej, gdzie N liczba elementów tocznych danego łożyska. W czasie badań węzłów łożyskowych silników turbinowych samolotów otrzymano oryginalne charakterystyki współczynnika toczenia p s w funkcji prędkości obrotowej. Podobne charakterystyki można byłoby otrzymać dla łożyska głównego tarczy sterującej przy różnych prędkościach obrotów znamionowych wału wirnika głównego, pomimo że zakres zmian prędkości obrotowych możliwych na współczesnym śmigłowcu (tabela 1) jest znacznie mniejszy niż dla samolotów.

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 105 Typowe prędkości obrotowe zespołu napędowego śmigłowca Mi-17 1 2 Tabela 1 Startowa Ograniczona Nominalna Przelotowa I Przelotowa II Minimalna startowa Wirnik nośny przy jednym pracującym % 93±1 93±1 95±2 95±2 95±2 40 +15 silniku max % 94 94 97 97 97 55 min % 92 92 93 93 93 40 max obr/min 180,48 180,48 186,24 186,24 186,24 105,6 min obr/min 176,64 176,64 178,56 178,56 178,56 76,8 max Hz 3,0 3,0 3,1 3,1 3,1 1,8 min Hz 2,9 2,9 3,0 3,0 3,0 1,3 Wirnik nośny przy dwóch pracujących % 93±1 93±1 95±2 95±2 95±2 55 +15 silnikach max % 94 94 97 97 97 70 min % 92 92 93 93 93 55 max obr/min 225,6 225,6 232,8 232,8 232,8 168 min obr/min 220,8 220,8 223,2 223,2 223,2 132 max Hz 3,8 3,8 3,9 3,9 3,9 2,8 min Hz 3,7 3,7 3,7 3,7 3,7 2,2 Uwaga: 1. n WS = 100% na wskaźniku wirnika sprężarki odpowiada n WS = 19 500 obr/min. 2. n WT = 100% na wskaźniku wirnika wolnej turbiny odpowiada n WT = 15 000 obr/min. 3. Obrotom wolnej turbiny n WT =100% n WT = 15 000 obr/min odpowiadają obroty wirnika nośnego n WN = 95,4%. Jeżeli nastąpi wzrost obrotów wirnika nośnego powyżej 105%, to zabrania się dalszej eksploatacji zespołu napędowego (silników i przekładni głównej). 3. Możliwości diagnozowania stanu technicznego łożyska głównego tarczy sterującej metodą FAM-C Struktura śmigłowców produkcji rosyjskiej wydaje się korzystna do diagnozowania tarcz sterujących metodą FAM-C. Mają one wystarczająco dużo prądnic elektroenergetycznych i prądniczek tachometrycznych (rys. 4 6), aby zapewnić poprawne zobrazowania sygnałów diagnostycznych z tarczy sterującej śmigłowca. Jak wcześniej wspomniano, rosyjskie tarcze sterujące mają znacznie większe średnice niż zachodnie. Z punktu widzenia rozdzielczości metody FAM-C w procesie monitorowania stanu technicznego tarczy sterującej jest to korzystne. Większa średnica tarczy wymusiła na konstruktorach większą śred-

106 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA nicę łożyska (m.in. większą średnicę bieżni wewnętrznej tablica 2). Dzięki temu od razu wzrosła wartość znamionowa współczynnika toczenia p sn wzór (1). Większa wartość znamionowa współczynnika toczenia to większe pasmo całkowite tego łożyska można dokładniej wyznaczyć wartość bieżącą współczynnika toczenia. Tabela 2 Wartość kąta obtoczenia dla wybranych gabarytów łożysk lotniczych d k D w p sn 1/p sn 1/p sn Kąt resztkowy [mm] [mm] - - [ o ] [ o ] 5,0 5 0,167 6,0 2160 0 5,0 30 0,375 2,7 960 240 10,0 70 0,389 2,6 926 206 10,0 360 0,474 2,1 760 40 7,9 283 0,474 2,1 760 40 3. 4. 5. n=4obr/s 6. 7. 9. 8. n=18,5obr/s n=250obr/s n=54obr/s n=43obr/s 11. 10. 12. 2. 1. 14. 13. Rys. 4. Schemat blokowy zespołu napędowego śmigłowca Mi-24: 1 lewy silnik TW3-117MT, 2 trójfazowa prądnica tachometryczna (nadajnik obrotomierza) D-2M sprężarki lewego silnika, 3 trójfazowa prądnica tachometryczna (nadajnik obrotomierza) D-2M sprężarki prawego silnika, 4 prawy silnik TW-3, 5 przekładnia główna WR-24, 6 prądnica GT-40PCz6 lewa, 7 przekładnia końcowa, 8 śmigło ogonowe, 9 wały transmisji mocy, 10 przekładnia kątowa, 11 skrzynka napędu prądnic, 12 prądnica GT-40PCz6 prawa, 13 prądnica tachometryczna D-1M nr 2 reduktora głównego, 14 prądnica tachometryczna D-1M nr 1 reduktora głównego Masa tarczy sterującej śmigłowca produkcji rosyjskiej jest większa niż produkcji zachodniej, co zwiększa dynamikę oddziaływania na zespół transmisji śmigłowca pierwotny sygnał diagnostyczny w postaci charakterystycznych przyhamowań (modulacji prędkości obrotowych), np. od uszkodzonego, zacierającego się głównego łożyska tarczy sterującej, ma szansę w sposób wyraźny dotrzeć do

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 107 wałków napędowych prądnic-przetworników. Dzięki temu wyższe są zbiory charakterystyczne danej tarczy sterującej. Większa i cięższa tarcza sterująca to także większa liczba elementów tocznych. 16. 15. 18. 19. 20. 21. 14. 24. 17. 13. 12. 3. 2. 1. 4. Rys. 5. Schemat blokowy zespołu napędowego śmigłowca Mi-8: 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 1 prądnica-rozrusznik GS-18MO (albo GS-18TO) lewego silnika, 2 trójfazowa prądnica tachometryczna (nadajnik obrotomierza) D-2M lewego silnika, 3 skrzynka napędów agregatów lewego silnika, 4 lewy silnik TW2-117, 5 skrzynka napędów regulatora obrotów RO-40WR, 6 wał transmisji napędu (z lewego silnika do reduktora głównego WR-8) z przegubami Cardana, 7 sprzęgło jednokierunkowe lewego silnika, 8 prądnica tachometryczna (nadajnik obrotomierza) D-1M nr 1 reduktora głównego, 9 prądnica tachometryczna (nadajnik obrotomierza) D-1M nr 2 reduktora głównego, 10 jednofazowa prądnica prądu przemiennego SGO-30U, 11 reduktor główny WR-8, 12 koła zębate napędzające prądnice prądu przemiennego: D-1M, SGO-30U, 13 wał śmigła nośnego, 14 koła zębate w osi wału śmigła nośnego, 15 prądnica-rozrusznik GS-18MO (albo GS-18TO) prawego silnika, 16 trójfazowa prądnica tachometryczna (nadajnik obrotomierza) D-2M prawego silnika, 17 skrzynka napędów agregatów prawego silnika, 18 prawy silnik TW2-117, 19 skrzynka napędów regulatora obrotów RO-40WR prawego silnika, 20 wał transmisji napędu (z prawego silnika do reduktora głównego WR-8) z przegubami Cardana, 21 sprzęgło jednokierunkowe prawego silnika, 22 wały transmisji napędu (z reduktora głównego WR-8 do śmigła ogonowego) z przegubami Cardana, 23 przekładnia kątowa, 24 przekładnia końcowa 22. 23. Wada mimośrodowości poszczególnych wałków silnika generuje drgania mechaniczne o częstotliwości równej wartości pierwszej harmonicznej prędkości wałka, na którym jest zamontowane. Jak można zauważyć, współczynnik krotności przyjmuje różne wartości, od k r = 1,2 do k r = 7,1 [7]. Na podstawie kilkuletnich obserwacji zużycia zespołów napędowych statków powietrznych autorzy doszli do wniosku, że za optymalne wartości należy uznać k r = 7 30, gdzie według doświadczeń praktycznych autorów otrzymuje się najwyższą jakość odwzorowania ruchu mechanicznego. Poniżej tego zakresu, czyli przy k r = 1,1 7, jest dobra

108 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA rozróżnialność wady, ale znaczny (powyżej 10%) błąd odwzorowania. Natomiast dla k r =30 50 pojawia się nadmiar informacyjny. Powyżej k r = 50 należy uznać, że proces mechaniczny jest już powyżej okna widzialności danej prądnicy. 16. 15. 18. 19. 20. 21. 14. 24. 17. n=250 obr/s 13. n=3,2 obr/s n=4,3 obr/s 12. 3. 2. 1. 4. Rys. 6. Schemat blokowy zespołu napędowego śmigłowca Mi-17: 5. 6. 7. n=38 obr/s 8. 9. 10a. n=134 obr/s 22. 1 rozrusznik powietrzny SW-78BA lewego silnika, 2 trójfazowa prądnica tachometryczna (nadajnik obrotomierza) D-2M lewego silnika, 3 skrzynka napędów agregatów lewego silnika, 4 lewy silnik TW3-117MT, 5 skrzynka napędów regulatora obrotów RO-40WR, 6 wał transmisji napędu (z lewego silnika do reduktora głównego WR-14) z przegubami Cardana, 7 sprzęgło jednokierunkowe lewego silnika, 8 prądnica tachometryczna (nadajnik obrotomierza) D-1M nr 1 reduktora głównego, 9 prądnica tachometryczna (nadajnik obrotomierza) D-1M nr 2 reduktora głównego, 10a trójfazowa prądnica prądu przemiennego SGS-40PU nr 1, 10b trójfazowa prądnica prądu przemiennego SGS-40PU nr 2, 11 reduktor główny WR-14, 12 koła zębate napędzające prądnice prądu przemiennego: D-1M, 13 wał śmigła nośnego, 14 koła zębate w osi wału śmigła nośnego, 15 rozrusznik powietrzny SW-78BA prawego silnika, 16 trójfazowa prądnica tachometryczna (nadajnik obrotomierza) D-2M prawego silnika, 17 skrzynka napędów agregatów prawego silnika, 18 prawy silnik TW3-117, 19 skrzynka napędów regulatora obrotów RO-40WR prawego silnika, 20 wał transmisji napędu (z prawego silnika do reduktora głównego WR-14) z przegubami Cardana, 21 sprzęgło jednokierunkowe prawego silnika, 22 wały transmisji napędu (z reduktora głównego WR-14 do śmigła ogonowego) z przegubami Cardana, 23 przekładnia kątowa, 24 przekładnia końcowa W związku z powyższymi kryteriami, analizując dane zawarte w tablicach 3 5, należy uznać, że do diagnozowania łożyska głównego tarczy sterującej śmigłowca Mi-24 optymalny współczynnik zapewni pomiar jednofazowy z przetwarzaniem dwupołówkowym z wykorzystaniem prądnicy-przetwornika: prądniczki tachometrycznej D-1M, zamontowanej na przekładni głównej WR-24, prądnicy GT-40PCz6 o napięciu wyjściowym 115/200 V, 400 Hz, zamontowanej na skrzynce napędu prądnic. 10b. 11. 23.

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 109 Tabela 3 Częstotliwości mechaniczne i elektryczne generowane przez wybrane elementy przekładni głównej WR-24 śmigłowca Mi-24, napięcie wyjściowe 115/200 V, 400 Hz, pomiar jednofazowy z przetwarzaniem dwupołówkowym Oznaczenie łożyska wg rys. 1 Liczba elementów tocznych Wartość znamionowa współczynnika toczenia Prędkość obrotowa łożyskowanego wału Częstotliwość mechaniczna generowana przez wybrane zablokowane łożysko Częstotliwość mechaniczna generowana przez wybrane idealne łożysko - N p sn obr/min Hz Hz 9 101 0,474 240 404 191 I-1 16 k 0,355 240 64 23 I-2 25 k 0,398 2447 1020 406 I-3 34 w 0,441 2447 1387 611 I-4 16 k 0,370 2207 589 218 I-5 14 w 0,348 2447 571 198 I-6 16 k 0,344 2447 653 224

110 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA Tabela 4 Współczynnik krotności obserwacji ruchu kątowego wybranych łożysk i wałów zespołu napędowego Mi-24 przez prądnicę GT-40PCz6 z wykorzystaniem napięcia wyjściowego 115/200 V, 400Hz lub z podwzbudnicy 70/90 V, 800 Hz pomiar trójfazowy z przetwarzaniem dwupołówkowym Oznaczenie łożyska Liczba elementów tocznych Prędkość obrotowa łożyskowanego wału Miejsce montażu koła zębatego lub wału Trójfazowe GT-40P Współczynnik krotności dla idealnego łożyska Wspó krotn zabl nego - N obr/min - - 9 101 240 Tarcza sterująca 503,6 2 I-1 16 k 240 105,6 3 I-2 25 k 2447 4,3 I-3 34 w 2447 WR-24 5,3 2,4 I-4 16 k 2207 Rys. 2.2 11,0 I-5 14 w 2447 12,1 I-6 16 k 2447 10,7

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 111 Tabela 5 Częstotliwości mechaniczne i elektryczne generowane przez wybrane elementy przekładni głównej WR-24 śmigłowca Mi- 24, napięcie wyjściowe prądniczki tachometrycznej D-1M, pomiar jednofazowy z przetwarzaniem dwupołówkowym wa niia Prędkość obrotowa łożyskowanego wału Częstotliwość mechaniczna generowana przez wybrane zablokowane łożysko Częstotliwość mechaniczna generowana przez wybrane idealne łożysko Miejsce montażu koła zębatego lub wału Współczy nik krotn ści dla idealneg łożyska obr/min Hz Hz - - 240 404 191 Tarcza sterująca 33,03 240 64 23 7,00 2447 1020 406 0,39 2447 1387 611 WR-24 0,26 2207 589 218 Rys. 2.2 0,73 2447 571 198 0,80 2447 653 224 0,71

112 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA Pierwotny sygnał diagnostyczny w Mi-24 wywołany relacjami pomiędzy momentem bezwładności tarczy sterującej a siłami dynamicznymi występującymi w łożysku tarczy sterującej (rys. 1, szczegół 9) jest przekazywany poprzez wodzik synchronizatora 6 na wał główny reduktora wirnika nośnego o znamionowej prędkości obrotowej n = 4 obr/s. Stąd poprzez parę stożkowych kół zębatych 14 i 15 jest przekazywany do skrzynki napędów prądnic GT-40PCz6 oraz do napędu śmigła ogonowego (rys. 1, kierunek do prądnicy; rys. 4, elementy: 6 12. Skrzynia napędu prądnic ma liczne węzły łożyskowe i koła zębate. Jak dowiodła praktyka w warunkach intensywnych lotów i silnego zapylenia na terenie Afganistanu, może dojść do szybkiego zużycia wewnętrznego ze znacznym zwiększeniem luzów obwodowych w połączeniach wielowypustowych i nadmiernymi luzami międzyzębowymi z wyłamaniami zębów włącznie. Może to spowodować znaczne zakłócenia sygnału diagnostycznego od tarczy sterującej. Druga droga sygnału diagnostycznego w Mi-24 wiedzie od łożyska tocznego tarczy sterującej (rys.1, szczegół 9). Jest on przekazywany poprzez wodzik synchronizatora 6 na wał główny reduktora wirnika nośnego. Stąd przekazywany jest poprzez przekładnię planetarną 13 (rys. 1) na zespół kół zębatych 21 24 i na wirnik prądniczki tachometrycznej. Droga ta jest dłuższa, lecz zapewnia większą rozdzielczość monitorowania łożyska głównego tarczy sterującej. Jednakże przy znacznym zużyciu przekładni planetarnej 13 oraz licznych węzłów łożyskowych obu współśrodkowych wałów pionowych WR-24 (wału głównego i wału przekładni planetarnej) mogą powstać pewne zakłócenia sygnału przekazywanego do prądnicy tachometrycznej. Zaznaczyć należy, że elementy przekładni głównej (prawdopodobnie z uwagi na większe gabaryty elementów) zużywają się wolniej niż węzły mechaniczne skrzyni napędu prądnic. Reduktor główny WR-14 śmigłowców Mi-17 nie ma oddzielnej skrzyni napędów prądnic (rys. 7). Prądnice tachometryczne tych śmigłowców, jak i dwie trójfazowe prądnice prądu przemiennego SGS-40PU o napięciu 115/200 V, 400 Hz są napędzane bezpośrednio przez reduktor główny, analogicznie jak prądnica tachometryczna D-1M śmigłowca Mi-24. Prądnice prądu przemiennego SGS-4-PU nie mają podwzbudnicy. Współczynniki krotności są zbliżone do przedstawionych w tabelach 3 i 4 (bez pionu trójfazowe zaciski podwzbudnicy ) oraz tabeli 5.

Liczba elementów tocznych łożyska albo liczba zębów koła zębatego Prędkość obrotowa: łożyskowanego wału albo wału koła zębatego Okres czas pełnego obrotu łożyskowanego wału albo wału koła zębatego Miejsce montażu koła zębatego lub wału Współczynnik krotności kr dla idealnego łożyska Współczynnik krotności kr dla zablokowanego łożyska Współczynnik krotności kr dla wyłamanego zęba wału z wadą Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 113 Tabela 6 Częstotliwości mechaniczne i elektryczne generowane przez wybrane elementy przekładni głównej WR-14 śmigłowca Mi-17, napięcie wyjściowe 115/200 V, 400 Hz, pomiar jednofazowy z przetwarzaniem dwupołówkowym enie s. 7 Współczynnik kr dla łożyskowanego N obr/min - - - - a 101 192 0,313 Tarcza st 5,3 2,5-251,9 ądnicy - 8062 0,007 6,0 - - 6,0 dniczki -1M - 2375 0,025 - - - 20,4 ilnika - 15000 0,004 - - - 3,2 ół 10-31 2593 2593 0,023 0,023 WR-14 Rys. 7 - - - - - 0,60 18,7 18,7 ół 11 41 3429 0,017 - - 0,34 14,1 ół 1 27 15000 0,004 - - 0,12 3,2 ół 34 97 4175 0,014 - - 0,12 11,6 ół 8 31 4175 0,014 - - 0,37 11,6 ół 9 66 1961 0,031 - - 0,37 24,7

Liczba elementów tocznych łożyska albo liczba zębów koła zębatego Prędkość obrotowa: łożyskowanego wału albo wału koła zębatego Okres czas pełnego obrotu łożyskowanego wału albo wału koła zębatego Miejsce montażu koła zębatego lub wału dla idealnego łożyska dla zablokowanego łożyska dla wyłamanego zęba dla łożyskowanego wału z wadą mimośrodowości dla łożyskowanego wału z wadą przekoszenia i mimośrodowości 114 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA Tabela 7 Częstotliwości mechaniczne i elektryczne generowane przez wybrane elementy przekładni głównej WR-14 śmigłowca Mi-17, napięcie wyjściowe prądniczki tachometrycznej D-1M, pomiar jednofazowy z przetwarzaniem dwupołówkowym Nazwa lub oznaczenie podzespołu wg rys. 7 Współczynnik krotności kr Współczynnik krotności kr Współczynnik krotności kr Współczynnik kr Współczynnik kr - N obr/min - - - - Tarcza sterująca Wałek napędowy prądnicy SGS-40PU Wałek napędowy prądniczki tachometrycznej D-1M Wał wolnej turbiny silnika TW3-117MT 101 192 0,313-8062 0,007 Tarcza st. 5,3 2,5-168,0 336 6,0 - - 4,0 8,0-2375 0,025 - - - 13,6 27,2-15000 0,004 - - - 2,1 4,3 Wał transmisji - 2593 0,023 WR- - - - 12,4 24,9 Koło zębate 14 31 2593 0,023 szczegół 10 Rys. 7 - - 0,40 12,4 24,9 Koło zębate szczegół 11 41 3429 0,017 - - 0,23 9,4 18,8 Koło zębate szczegół 1 27 15000 0,004 - - 0,08 2,1 4,3 Koło zębate szczegół 34 97 4175 0,014 - - 0,08 7,7 15,4 Koło zębate szczegół 8 31 4175 0,014 - - 0,25 7,7 15,4 Koło zębate szczegół 9 66 1961 0,031 - - 0,25 16,4 32,9

Liczba elementów tocznych łożyska albo liczba zębów Prędkość obrotowa: łożyskowanego wału albo wału koła zębatego Okres czas pełnego obrotu łożyskowanego wału albo wału koła zębatego Miejsce montażu koła zębatego lub wału Współczynnik krotności kr dla idealnego łożyska Współczynnik krotności kr dla zablokowanego łożyska Współczynnik krotności kr dla wyłamanego zęba dla łożyskowanego wału z wadą mimośrodowości dla łożyskowanego wału z wadą przekoszenia i mimośrodowości Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 115 Tabela 8 Częstotliwości mechaniczne i elektryczne generowane przez wybrane elementy przekładni głównej WR-14 śmigłowca Mi-17, napięcie wyjściowe 115/200 V, 400 Hz, pomiar trójfazowy z przetwarzaniem dwupołówkowym Nazwa lub oznaczenie podzespołu wg rys. 7 Współczynnik kr Współczynnik kr - N obr/min - - - - Tarcza sterująca Wałek napędowy prądnicy SGS-40PU Wałek napędowy prądniczki tachometrycznej D-1M Wał wolnej turbiny silnika TW3-117MT 101 192 0,313-8062 0,007 Tarcza st. 5,3 2,5-755,8 1512 6,0 - - 18,0 36,0-2375 0,025 - - - 61,1 122,2-15000 0,004 - - - 9,7 19,3 wał transmisji - 2593 0,023 WR- - - - 56,0 111,9 14 Koło zębate 31 2593 0,023 Rys. 7 szczegół 10 - - 1,81 56,0 111,9 Koło zębate - szczegół 11 41 3429 0,017 - - 1,03 42,3 84,6 Koło zębate szczegół 1 27 15000 0,004 - - 0,36 9,7 19,3 Koło zębate szczegół 34 97 4175 0,014 - - 0,36 34,8 69,5 Koło zębate szczegół 8 31 4175 0,014 - - 1,12 34,8 69,5 Koło zębate szczegół 9 66 1961 0,031 - - 1,12 74,0 148,0

Liczba elementów tocznych łożyska albo liczba zębów koła zębatego Prędkość obrotowa: łożyskowanego wału albo wału koła zębatego Okres czas pełnego obrotu łożyskowanego wału albo wału koła zębatego Miejsce montażu koła zębatego lub wału Współczynnik krotności kr dla idealnego łożyska Współczynnik krotności kr dla zablokowanego łożyska Współczynnik krotności kr dla wyłamanego zęba kola zębatego dla łożyskowanego wału z wadą mimośrodowości dla łożyskowanego wału z wadą przekoszenia 116 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA Tabela 9 Częstotliwości mechaniczne i elektryczne generowane przez wybrane elementy przekładni głównej WR-14 śmigłowca Mi-17, napięcie wyjściowe prądniczki tachometrycznej D-1M pomiar trójfazowy z przetwarzaniem dwupołówkowym Nazwa lub oznaczenie odzespołu wg rys. 7 Współczynnik kr Współczynnik kr - N obr/min - - - - arcza sterująca ałek napędowy prądnicy SGS-40PU 101 192 0,313-8062 0,007 Tarcza st. 5,3 2,5-755,8 1512 6,0 - - 18,0 36,0 ałek napędowy prądniczki chometrycznej - 2375 0,025 - - - 61,1 122,2 D-1M Wał wolnej urbiny silnika - 15000 0,004 - - - 9,7 19,3 TW3-117MT Wał transmisji - 2593 0,023 WR- 14 - - - 56,0 111,9 ło zębate Rys. 7 31 2593 0,023 czegół 10 - - 1,81 56,0 111,9 ło zębate czegół 11 41 3429 0,017 - - 1,03 42,3 84,6 ło zębate czegół 1 27 15000 0,004 - - 0,36 9,7 19,3 ło zębate czegół 34 97 4175 0,014 - - 0,36 34,8 69,5 ło zębate czegół 8 31 4175 0,014 - - 1,12 34,8 69,5 dzie w tabelach 6 9 dodatkowo należy uwzględnić parametry łożyska głównego tarczy sterującej (rys. 1, element 12): 1 W ść znamionowa współczynnika toczen N = 0,474, 2 Częstotliwość mechaniczna generowana przez wybrane zablokowane łożysko f p =323 Hz, 3 Częstotliwość mech zna generowana przez wybrane idealne łożysko f p =153 Hz

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 117 Rys. 7. Schemat kinematyczny przekładni głównej WR-14 ze śmigłowca Mi-17 4. Wykrycie metodą FAM-C uszkodzenia głównego łożyska tarczy sterującej śmigłowca Mi-17 W Afganistanie wykonano badania diagnostyczne trzech śmigłowców Mi-17 metodą FAM-C na pracującym silniku. Układ pomiarowy FAM-C [7] podłączono do zacisków napięcia wyjściowego trójfazowej prądnicy prądu prz e- miennego SGS-40PU 115/200 V, 400 Hz w następujących konfiguracjach pomiarowych: a) pomiar jednofazowy ze zliczaniem półokresowym, b) pomiar trójfazowy ze zliczaniem półokresowym. Ad a) Jak można wnioskować z treści poprzedniego rozdziału, w tym z tablic 3 9, pomiar jednofazowy ma dosyć niską rozdzielczość. Stosowany jest do obserwacji procesów wolnozmiennych zachodzących w zespole napędowym śmigłowca:

118 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA wad ruchu wału głównego, takich jak mimośrodowość (niewspółosiowość) lub przekoszenie kątowe, uszkodzeń wolnobieżnych łożysk, jak na przykład łożyska górnego w reduktorze głównym WR-14 śmigłowca, stopnia rozsynchronizowania prędkości obrotowej wałów wolnej turbiny głównych silników napędowych. Na rys. 8 przedstawiono przebieg jednofazowy. Widoczne są gasnące oscylacje o kolejnych amplitudach: A 1 = 0,8 Hz, A 2 = 1 Hz, A 3 = 0,9 Hz, A 4 = 0,6 Hz i zmniejszających się okresach T 1 = 20 s, T 2 = 12 s, T 3 = 14 s, T 4 = 10 s. Oscylacje tego typu wzbudzały się na zespole napędowym Mi-17 nr 2 notorycznie i prawdopodobnie są wynikiem działania automatycznego układu synchronizacji prędkości obrotowej silników. Dla porównania należy zaznaczyć, że składowa wolnozmienna innych badanych silników nie miała charakteru oscylacyjnego. Rozważania na temat układu automatyki silników wykraczają jednak poza tematykę niniejszego artykułu. W przypadku przebiegów jednofazowych z badanych trzech Mi-17 istotne jest, że nie stwierdzono objawów uszkodzenia górnego łożyska wału głównego w reduktorze głównym WR-14 [1]. Jak zaznaczono wcześniej, pomiar jednofazowy jest daleko niewystarcz a- jący do monitorowania stanu technicznego łożyska tarczy sterującej. Ma ono tak dużo elementów tocznych, że generowane przez nie częstotliwości obwodowych drgań mechanicznych wychodzą znacznie poza okno widzialności pomiaru jednofazowego prądnic pokładowych. Dlatego do monitorowania st a- nu technicznego tarczy sterującej metodą FAM-C niezbędne jest stosowanie konfiguracji trójfazowej. I znów zespół napędowy Mi-17 nr 2 miał nietypowe (w stosunku do dwóch pozostałych) wyniki. Mianowicie na co trzecim zobrazowaniu pomiarowym f i = f(t) (wykonano ich 11) o ekspozycji pomiarowej Δt = 60 s, stwierdzono występowanie od 2 do 11 impulsów częstotliwościowych o znacznej amplitudzie (rys. 9). Wartość amplitudy takiego impulsu częstotl i- wościowego osiągała dwukrotną wartość poziomu częstotliwości stanu ustal o- nego (rys. 8 i 9). Czas trwania tego impulsu Δt i = 0,003 s, co odpowiada czasowi trwania przemieszczenia się jednego elementu tocznego łożyska głó w- nego tarczy sterującej o jedną podziałkę kątową w stanie jego zablokowania. Pomiędzy impulsami zaobserwowano powrót do stanu ustalonego, ale amplituda jest tu o kilkanaście procent zwiększona (rys. 10). W tej części przebiegu (rejon zwiększonej amplitudy przebiegu pomiędzy impulsami) obserwuje się złożenie dwóch typów oscylacji: oscylacje szybkie o f p1 = 780 Hz, oscylacje wolne o f p2 = 330 Hz.

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 119 W pozostałych częściach przebiegu (czas ekspozycji pomiarowej Δt = 60 s) obserwuje się równomierne wahania oscylacyjne (rys. 12). Częstotliwość tych wahań wynosi f p = 390 Hz. Zdaniem autorów występujące impulsy szpilkowe (rys. 8 i 9) świadczą o blokowaniu się niektórych elementów tocznych łożyska głównego tarczy sterującej na skutek ich powierzchniowego uszkodzenia. Uszkodzenie to może mieć kształt płaskiego zeszlifowania powierzchni cylindrycznej danego elementu tocznego. Wyszlifowania tego typu zaobserwowano wcześniej podczas kontrolowanego zanieczyszczenia wnętrza łożyska [7] w silniku samolotu TS-11 Iskra. Natomiast dwuczęstotliwościowe podwójne oscylacje w rejonie występowania impulsów szpilkowych (rys. 11 i 12) świadczą o silnym przekoszeniu elementów tocznych. Doświadczenia zebrane podczas diagnozowania podpór łożyskowych silników samolotów TS-11 Iskra [7] pozwalają przez analogię spekulować, że w łożysku głównym tarczy sterującej śmigłowca Mi-17 nr 2 następuje tzw. krawędziowanie elementów tocznych. Polega ono na zeszlifowaniu krawędzi wałka tocznego. Temu procesowi towarzyszy wydzielanie się znacznych ilości ciepła. Powstaje też zazwyczaj dużo opiłków metalowych powiększających zanieczyszczenie łożyska. f i [Hz] T 1 T 2 T 3 T 4 A4 A1 A2 A3 t [s] Rys. 8. Przebieg częstotliwości chwilowej otrzymany z pomiaru jednofazowego FAM-C z prądnicy SGS-40PU ze śmigłowca Mi-17 nr 2 okno czasowe 60 s widoczna składowa wolnozmienna od dudnień (różnicy prędkości obrotowej pomiędzy silnikami głównymi)

120 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA f i [Hz] Impulsy częstotliwościowe t [s] Rys. 9. Przebieg częstotliwości chwilowej otrzymany z pomiaru trójfazowego FAM-C z prądnicy SGS-40PU ze śmigłowca Mi-17 nr 2 okno czasowe 60 s widoczne 2 impulsy szpilkowe f i [Hz] Impuls częstotliwościowy Stan ustalony Δt i = 0,003 s t [s] Rys. 10. Przebieg częstotliwości chwilowej otrzymany z pomiaru trójfazowego FAM-C z prądnicy SGS-40PU ze śmigłowca Mi-17 nr 2 okno czasowe 0,01 s widoczny powiększony 1 impuls szpilkowy

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 121 Rys. 11. Przebieg częstotliwości chwilowej otrzymany z pomiaru trójfazowego FAM-C z prądnicy SGS-40PU ze śmigłowca Mi-17nr 2 okno czasowe 1 s widoczne zmiany amplitudy przebiegu składowej średniozmiennej pomiędzy dwoma (niezaznaczonymi w celu niezaciemniania przebiegu) impulsami szpilkowymi Wniosek łożysko główne tarczy sterującej śmigłowca Mi-17 nr 2 powinno być jak najszybciej wymienione. Podczas dalszej eksploatacji łożysko to będzie się szybciej zużywać. Ponadto będzie powstawało coraz więcej obwodowych przyhamowań dynamicznych. Mogą one negatywnie wpłynąć na stan techniczny podzespołów reduktora głównego, a nawet całej transmisji śmigłowca. Mogą także uszkodzić elementy łożyskowania wodzika synchronizatora. Możliwe jest także obluzowanie jarzma mocującego ramię wodzika synchronizatora (rys. 1, szczegół 6). Zwiększone luzy obwodowe mogą spowodować utrudnienia sterowania śmigłowcem, a w szczególności samoistne odchylanie kursu lotu. W pozostałych dwóch śmigłowcach Mi-17 (nr 1 i nr 3) nie zaobserwowano symptomów opisanych dla śmigłowca nr 2 (rys. 14 i 15). Jednakże dla Mi-17 nr 1 zaobserwowano podcięcia na zboczu opadającym pasujące do teoretycznego przebiegu wzorcowego przedstawionego na rys. 3. Świadczą one o luzach obwodowych występujących pomiędzy masą bezwładności tarczy sterującej śmigłowca a prądnicąprzetwornikiem. Zakładając, że elementy pośrednie przeniesienia napędu mają poprawne luzy promieniowe (można było tak założyć, gdyż reduktor główny miał znaczny zapas resursowy), to przyczyną mogły być zwiększone luzy w przegubach wodzika synchronizatora lub obluzowanie jarzma mocującego wodzika synchronizatora do głowicy śmigła nośnego i wału głównego.

122 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA Rys. 12. Przebieg częstotliwości chwilowej otrzymany z pomiaru trójfazowego FAM-C z prądnicy SGS-40PU ze śmigłowca Mi-17 nr 2 okno czasowe 0,1 s przebieg składowej średniozmiennej pomiędzy dwoma (niezaznaczonymi w celu niezaciemniania przebiegu) impulsami szpilkowymi Rys. 13. Przebieg częstotliwości chwilowej otrzymany z pomiaru trójfazowego FAM-C z prądnicy SGS-40PU ze śmigłowca Mi-17 nr 2 okno czasowe 0,1 s widocz-

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 123 ne zmiany amplitudy przebiegu składowej średniozmiennej w czasie, gdy nie w y- stępują impulsy szpilkowe Rys. 14. Przebieg częstotliwości chwilowej otrzymany z pomiaru trójfazowego FAM-C z prądnicy SGS-40PU ze śmigłowca Mi-17 nr 1 okno czasowe 0,1 s widoczne podcięcia na zboczach opadających składowej średniozmiennej świadczące o luzach obwodowych

124 Marcin KURDELSKI, Andrzej GĘBURA Rys. 15. Przebieg częstotliwości chwilowej otrzymany z pomiaru trójfazowego FAM-C z prądnicy SGS-40PU ze śmigłowca Mi-17 nr 1 okno czasowe 0,1 s widoczne sinusoidalna równomierna i stabilna w czasie składowa średniozmienna 5. Wnioski propozycje przedsięwzięć Z dotychczasowych materiałów uzyskanych z badań dwóch śmigłowców Mi-24 i Mi-17 eksploatowanych w trudnych warunkach klimatycznych (Irak i Afganistan) wynika, że metodą FAM-C można w sposób wymierny diagnozować stan techniczny tarczy sterującej. Istotne jest również analizowanie stanu technicznego innych węzłów zespołu napędowego śmigłowca Mi-24 oraz Mi-17. W związku z tym można zaproponować następujące czynności w celu sprawdzenia stanu technicznego przekładni głównej WR-24 i skrzynki napędu prądnic: 1. Wykonanie na wszystkich dostępnych śmigłowcach Mi-24 jednorazowego testu metodą FAM-C oraz metodą fotogrametryczną. 2. Wykonanie ekspertyz przedwcześnie wybudowanych tarcz sterujących, ze szczególnym uwzględnieniem uszkodzonych łożysk głównych tarcz sterujących oraz luzów obwodowych wodzika synchronizatora obrotów. 3. Opracowanie procedur co do ścieżki krytycznej łożyska głównego tarczy sterującej oraz wodzika synchronizatora z punktu widzenia zagrożenia bezpieczeństwa lotów. 4. Archiwizowanie uzyskanych wyników w celu dalszej prognozy stanu technicznego łożyska głównego tarczy sterującej oraz wodzika synchronizatora. 5. Opracowanie metodyk badań łożyska głównego tarczy sterującej oraz wodzika synchronizatora z uwzględnieniem metody FAM-C oraz metody fotogrametrycznej do biuletynu związanego z przedłużeniem resursów śmigłowca Mi-24. 6. Podsumowanie W publikacji przedstawiono zarówno rozważania teoretyczne, jak i wyniki badań sugerujące, że należy przedsięwziąć środki organizacyjno-badawcze zapobiegające destrukcji elementów transmisji śmigłowców Mi-24 i Mi-17, co ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo lotu. Znaczną rolę w przedsięwzięciach profilaktycznych mogłaby odegrać metoda FAM-C. Wykrycie za jej pomocą uszkodzonego łożyska górnego wału głównego przekładni WR-24, potwierdzone weryfikacją mechaniczną jest już istotnym sukcesem naukowym. Metoda FAM-C opracowana i opatentowana przez ITWL jest metodą prototypową stosowaną

Diagnozowanie tarcz sterujących śmigłowców Mi-17 i Mi-24 metodą FAM-C 125 w wąskim zakresie (diagnozowanie podpór łożyskowych TS-11 Iskra, diagnozowanie sprzęgieł jednokierunkowych MiG-29, diagnozowanie elektromaszynowych przetwornic lotniczych). Metoda może być stosowana tylko na pracującym silniku, a więc wymaga wypalania paliwa przez około 0,5 1 h. Dosyć pracochłonna jest analiza wyników, zwłaszcza w początkowym okresie badania tarcz sterujących danego typu śmigłowca należy szacować na podstawie kilkuletnich doświadczeń z diagnozowaniem zespołu napędowego samolotu TS-11 Iskra, że w początkowym okresie analiza może trwać nawet do dwóch tygodni, później sukcesywnie może być zmniejszana do około 5 dni. Dlatego jako wstępną metodę oceny stanu łożyska głównego tarczy sterującej zaproponowano metodę fotogrametryczną, bo jest prosta, tania i szybka. Decyzje diagnostyczne o stanie technicznym łożyska głównego tarczy sterującej można będzie wypracowywać w ciągu kilku minut. Ma ona jednak znaczne ograniczenia pomiar diagnostyczny dotyczy tylko jednego łożyska (łożyska głównego tarczy sterującej) i to w warunkach bez wibracji i innych oddziaływań występujących podczas pracy silników. Literatura 1. Augustyn S., Gebura A.: Możliwości diagnozowania skrzyń napędów i zespołów transmisji śmigłowca Mi-24 metodą FAM-C. Prace Naukowe ITWL 2012, nr 30. 2. Berhard M. i in.: Mały poradnik mechanika. Tom II. Podstawy maszyn. Maszynoznawstwo. WNT, Warszawa 1994. 3. Berwell F.T.: Łożyskowanie. WNT, Warszawa 1984. 4. Biarda D., Falkowski P., Gębura A., Kowalczyk A.: Opis patentowy PL 175664B1: Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silnik, a zwłaszcza lotniczy silnik spalinowy, z prądnicą prądu przemiennego. 5. Biarda D., Falkowski P., Gębura A., Kowalczyk A.: Opis patentowy PL 175674B1 Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silnik, a zwłaszcza lotniczy silnik spalinowy, z prądnicą prądu stałego. 6. Gębura A., Tokarski T.: Zastosowanie metody FDM-A do oceny poślizgu łożysk tocznych i niewspółosiowości podpór łożyskowych. Prace Naukowe ITWL 2007, nr 22. 7. Gębura A.: Metoda modulacji częstotliwości napięcia prądnic pokładowych w diagnozowaniu zespołów napędowych. Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, Warszawa 2010. 8. Gębura A.: Possibilities of FAM-C method in diagnosing ship power plants (Możliwości metody FAM-C w diagnozowaniu siłowni okrętowych. Polish Maritime Research 2003, No. 2 (36) Vol. 10.