НИЗКОБЮДЖЕТНЫЙ ВИБРОМОНИТОРИНГ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

НИЗКОБЮДЖЕТНЫЙ ВИБРОМОНИТОРИНГ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

© Б.А.Чичков, А.А.Баисов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2018 г.

В процессе эксплуатации авиационных силовых установок (с газотурбинными и поршневыми двигателями), наземных газотурбинных установок (силовых и перекачивающих) наблюдаются вибрации, которые оказывают негативное влияние как на сами двигатели, так и на объекты их размещения (воздушные суда, производственные помещения) и пассажиров или обслуживающий персонал. Результатом опасных вибраций (со значительными перемещениями и (или) резонирующими с собственными частотами колебаний элементов конструкций могут явиться как усталостные трещины деталей двигателей, неисправности опор (вплоть до разрушения), так и повреждения узлов крепления силовой установки.

Конструкция большинства силовых установок предполагает наличие системы контроля и регистрации параметров двигателей, в том числе, параметров вибрации. В состав указанных систем входят датчики сейсмического или пьезоэлектрического типа (в основном, с одноосевым измерителем). В качестве контролируемых и регистрируемых параметров вибрации выступают производные от виброперемещения – виброскорость или виброускорение.

Однако, в ряде случаев, штатной системы вибромониторинга не предусмотрено или возникают задачи по углубленному изучению вибрационного состояния объекта эксплуатации. Особенно актуальна задача вибромониторинга силовых установок легких вертолетов и поршневых двигателей. В этих случаях вибромониторинг выполняется с использованием сторонних приспособлений.

Оперативная диагностика состояния поршневых двигателей на самолетах авиации общего назначения низкобюджетными способами представляет особый интерес, т. к. в большинстве случаев выполняется лишь органолептически и требует достаточно большого опыта от летного и технического состава. В руководствах по эксплуатации [1], как правило, указано: “при возникновении тряски” или при “возникновении повышенной вибрации”, а средств объективного контроля, и, соответственно, норм нет. Кроме того, представляет интерес возможность выявления детонации.

Таким образом, разработка низкобюджетных приспособлений для вибромониторинга и методического обеспечения по их применению в эксплуатации двигателей представляется актуальной.

В качестве датчика вибрации используется цифровой датчик типа акселерометр-гироскоп MPU-6050 [2], скомпонованный по технологии MEMS (т.е. механический датчик и электронная часть находятся в одном корпусе). Для опроса датчика и передачи данных в персональный компьютер (ПК) используется плата Arduino [3] UNO на базе микроконтроллера фирмы Atmel. Связь датчика и платы осуществляется через цифровой канал I2С. Далее данные передаются в ПК с помощью USB интерфейса. На стороне ПК данные захватываются терминалом и записываются в файл формата CSV для дальнейшей обработки.

Были опробованы несколько терминалов с открытым кодом. Данные обрабатывались и визуализировались с помощью электронных таблиц.

В качестве объектов вибромониторинга были использованы: лабораторная установка “Ротор-корпус” кафедры ДЛА МГТУ ГА и поршневой двигатель M337-АК, спортивного самолета Zlin-142.

Для снижения требований к монтажу датчика на объекте виброконтроля, с целью калибровки (приведения к нулю значений виброускорений по всем осям на неработающем объекте виброконтроля) апробированы несколько докладываемых способов.

Помимо обработки полученных значений виброускорений с использованием анализа временных рядов, распределений, выполняется расчет величины вектора виброускорения, направляющих косинусов вектора вибрации и визуализация проекции вектора виброускорения на плоскости.

Докладываются результаты исследования влияния дисбаланса ротора и нарушения весовой симметрии корпуса, а также отказа цилиндров поршневого двигателя на характеристики вибрации.

Литература

1. Техническое описание и руководство по эксплуатации авиационных двигателей М337А, АК, М332А, АК, М137А, АК, М132А, АК. ЛОМ г.п., Прага 10 Малешице, Чешская республика, 1998г.

2. MPU-6000 and MPU-6050 Product Specification. InvenSense Inc. Sunnyvale, CA 94089 U.S.A. 2013. 52 с.

3. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino: Пер. с нем. - СПб.: БХВ-Петербург, 2017. 256 с.