In the kinematic system of airplanes and helicopters there are critical elements of structures on which accelerated symptoms of fatigue use are observed, e.g. in the form of: damage (peeling) of the raceway of the rolling bearing, fatigue undercuts of the gears. The article presents a method for diagnosing a kinematic system based on an on-board generator (state observer). At the beginning, some of the research problems occurring in helicopters, based on their own research data, were approximated. Particular attention was paid to the phenomenon of resonance of rolling bearings and resonance excitation of a pair of gear wheels under its influence. The effectiveness of detection of such resonance phenomena by means of the proposed diagnostic method was presented. The conclusion summarizes the conclusions that the method provides a reliable diagnosis and would be a valuable complement of previously used HUMS. The directions of further research on the development of the diagnostic method were also indicated.
A diagnostic FDM-A method, based on the measurement of modulation of constituent frequency of direct current (DC) generator pulsation as well as FAM-C method, established on the measurement of frequency modulation of alternating current (AC) generator, were developed in the Air Force Institute of Technology [3, 9-10]. The essence of their accuracy lies in "natural" synchronizing of sampling with angular speed of the observed kinematic pair – if the dynamic processes of the observed object accelerate, the sampling becomes faster too [9-10]. At the same time, around the "synchronization points", due to the clearance in the power transmission there is a certain natural oscillation between the observed kinematic pair and generator’s rotor − vibrations are created. These vibrations are called jitter [9, 23] and they constitute an additional supplement to this method, because they provide more information on resolution and accuracy. Moreover, the abovementioned method enables to define the level of subassembly abrasive wear and its location in the time of normal operation of the powerplant [9-10]. This method allows also detecting resonances of elements on the basis of observation of shape and relative position of characteristic sets, which i.e. enable to calculate the mechanical quality factor of kinematic pair − it is possible to establish the operation time of kinematic pair until entering the resonance degradation. Other numerous parameters associated with the assembly of power unit rotor were also outlined: rotor skew angle, level of frictional wear of bearing cage − lack of contact of bearing components, bearing assembly ovalisation.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł ujmuje kompleksowo problemy związane ze strukturą obwodów powrotnych wojskowych statków powietrznych o metalowej konstrukcji kadłuba. Autorzy opisują problemy związane z wykorzystaniem kadłuba jako obwodu powrotnego prądu elektrycznego oraz z przewodami minusowymi łączącymi kadłub z zaciskami minusowymi odbiornika lub źródła. Wojskowe statki powietrzne są eksploatowane często w trudnych warunkach: podwyższonej wilgotności, zwiększonego zapylenia i zmiennych temperatur. Wszystkie te czynniki sprzyjają zjawiskom intensywnej korozji elektrochemicznej na stykach elementów płatowca lub stykach przewodów elektrycznych z kadłubem. Takie powierzchnie stykowe powinny podlegać monitorowaniu – ITWL opracował liczne procedury pomiarowe dla każdego statku powietrznego.
EN
This article comprehensively addresses the problems associated with the structure of recurrent circuits of military aircraft with metal fuselage structure. The authors describe the issues concerning the usage of the fuselage as a recurrent circuit of electric current and with negative conductors connecting the fuselage with negative terminals of the receiver or the source. The military aircraft are frequently operated under harsh conditions of increased humidity, dustiness and variable temperatures. All these factors as mentioned above contribute to the occurrence of intensive electrochemical corrosion at the contact points of airframe’s elements or electrical conductors’ with the fuselage. Such contact surfaces should be subject to monitoring – AFIT has developed the numerous procedures for each aircraft.
This paper represents a series of the authors’ publications concerning effects of atmospheric conditions on aircraft [5-6, 11]. Hazards connected with separation ( delamination ) of heating elements from blade’s spar , namely: increased susceptibility to ice formation as a result of change in aerodynamic profile, decreased deicing effectiveness, shortened life of heating elements , weakened strength of blade’s structure, are described. In order to monitor the above mentioned delamination process during its early phase, these authors proposed to measure systematically electric capacity between the heating element and blade’s spar by means of a technical method. The electric capacity measurements performed by these authors on blades both in laboratory and service conditions demonstrated their practical usefulness for assessing delamination extent as well as for identifying areas where heating element separation from spar occurred. The method in question is simple , cheap , fast and non-interferring (non-destructive) as well as it does not require dismounting the blades off the helicopter. As proved in practice , it is especially useful in sea-rescue or military operational conditions. Special attention was paid to application of the method to composite blades where coming-off the heating element tape causes local overheating the blade structure , that impairs flexibility of composite’s layers and may lead even to local cracks which may trigger helicopter crash. These authors desire to apply the method as a standard unit of on-board diagnostic system in the future.
Dynamics of the helicopter rotor (blade vibrations, ground resonance, influence of forward speed etc.) plays a significant role in wear of transmission and engine systems. Particularly severe wear of these elements can be expected on military helicopters operating in battlefield conditions, where exceedances of dynamic flight parameters and harsh maneuvers occur more frequently. The “FAM-C” diagnostic method, developed by the Air Force Institute of Technology in Poland, has been used for assessing and monitoring a fatigue wear. Particularly, this method may be applied to monitor defects of power plant and helicopter transmission system, where other “classical” methods are less efficient due to the very complex variable system as for the direction and frequency, system of forces generating vibrations in kinematic pairs situated close to each other. Due to this reasons certain vibroacoustic and thermal effects develop around these pairs and they interfere with each other. In a helicopter, a power plant, including a power transmission system is also a carrying assembly. It forced designers to construct a power plant with increased number of joints and bearing supports. This article depicts possibilities of FAM-C method regarding wear of the main bearing of helicopter rotor, wear of surface of teeth contact, clearances between axles of gear wheels in gear and the evaluation of circumferential clearances on splined connections. In the FAM-C method, signal from the AC generator used in routine operation of the helicopter is processed. Signal analysis enables simultaneous monitoring of several engine and transmission elements at the same time. It doesn’t require any separate sensors – one permanent electric generator or tachometer generator is - by the appropriate way of picking up and converting the output voltage signal - a source of the whole gamut of diagnostic information.
PL
Dynamika wirnika śmigłowca (drgania łopat, rezonans przyziemny, wpływ prędkości postępowej itp.) odgrywają istotną rolę w zużywaniu systemu transmisji i zespołu napędowego. Szczególnie szybkie zużycie tych elementów należy oczekiwać śmigłowcach wojskowych w warunkach bojowych, w których to często występują przekroczenia parametrów dynamiki lotu. Metoda FAM-C opracowana w Instytucie Technicznym Wojsk Lotniczych w Polsce została użyta do oceny i monitorowania tego zużycia. W szczególności metoda ta może być używana do monitorowania uszkodzeń zespołu napędowego i transmisji śmigłowca, gdzie inne „klasyczne” metody są mniej skuteczne z uwag na bardzo skomplikowany układ zmiennych co do kierunku amplitudy i częstotliwości układ sił wywołujący wibracje w blisko siebie położonych parach kinematycznych. Z tego powodu tworzą się wokół tych par kinematycznych efekty wibroakustyczne i termiczne , które się wzajemnie zakłócają. W śmigłowcu zespół napędowy w tym zespół transmisji mocy jest jednocześnie zespołem nośnym. Wymusiło to na konstruktorach konstruowanie układu napędowego ze znacznie większa liczbą przegubów i podpór łożyskowych. W tym artykule przedstawiono możliwości metody FAM-C dotyczącej zużycia głównego łożyska wirnika nośnego, zużycia płaszczyzny styku zębów, luzów pomiędzy osiami kół zębatych w przekładni oraz oceny luzów obwodowych na połączeniach wielowypustowych. W metodzie FAM-C przetwarzany jest sygnał z generatora prądu przemiennego w czasie normalnej eksploatacji śmigłowca. Analiza tego sygnału umożliwia jednoczesne monitorowanie wielu elementów silnika i przekładni jednocześnie.
The article describes test results of rolling bearings conducted on turbojets, with the simultaneous use of two diagnostics methods: FAM-C and FDM-A [7]. For these methods, no installation of additional sensors on the aircraft is needed - the on-board electric generators are used as sensors. The „FAM-C” method uses the aircraft’s alternating current (AC) tachometer generator, whereas the “FDM-A” method uses the direct current (DC) commutator-type generator. Spectrum of angular velocity of individual bearings manifests itself in high frequency ranges (60-240 Hz for the tachometer generator, 3-10 kHz for the DC generator), making the oscillation signal resistant to noise. This frequency modulated signal can be picked up by measuring instruments in any point of the aircraft electrical system. After detection the initial signal is obtained. Measurement analysis can be easily automated [10]. During detection, the carrier frequency is filtered off. Currently, with the simultaneous use of correlated FAM-C and FDM-A methods, four models of rolling bearings wear can be detected: increase of aggregate friction, seizure of rolling elements, increase of radial clearances, increase of axial clearance. This division was made on the basis of observing the technical condition of rolling bearings on many (around 30) turbojets during its normal operation.
PL
Artykuł omawia wyniki badań łożysk tocznych przeprowadzonych na silnikach turboodrzutowych z jednoczesnym wykorzystaniem dwóch metod diagnostycznych: FAM-C i FDM-A [7]. W metodach tych nie trzeba instalować żadnych dodatkowych czujników - jako przetworniki wykorzystywane są prądnice pokładowe. W metodzie "FAM-C" wykorzystuje się prądnicę tachometryczną prądu przemiennego (AC), podczas gdy "FDM-A" wykorzystuje komutatorową prądnicę prądu stałego (DC). Widmo prędkości kątowej poszczególnych łożysk przenoszone jest przez prądnicę w pasmo wysokich zakresów częstotliwości (60-240 Hz dla prądnicy tachometrycznej, 3-10 kHz do prądnicy prądu stałego), dzięki czemu staje się bardzo odporne na zakłócenia. Ten modulowany częstotliwościowo sygnał może być odbierany przez przyrządy pomiarowe w każdym punkcie instalacji elektrycznej samolotu. Po detekcji odzyskiwany jest sygnał pierwotny. Analiza wyników z takiego pomiaru może być łatwo zautomatyzowana [10]. Podczas detekcji odfiltrowywana jest częstotliwość nośna. Przy jednoczesnym stosowaniu skorelowanych metod FAM-C i FDM-A, mogą być wykrywane cztery modele zużycia łożysk tocznych: zwiększonych oporów biernych, zaciśniętych elementów tocznych, zwiększanych luzów promieniowych, zwiększonych luzów osiowych. Podział ten został dokonany na bazie obserwacji stanu technicznego łożysk tocznych wielu (około 30- tu)egzemplarzy silników turboodrzutowych w czasie ich normalnej eksploatacji.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The study deals with the issue how to apply two different types of current generators at the same time, namely a three-phase AC generator and a DC generator of commutator type. What is more interesting, the two generators would be able to collaborate both during the phase of electromechanical sampling and the phase of electronic sampling. It will enable structural improvement of sensitivity and resolution parameters and shall open new opportunities to investigate new types if mechanical phenomena (that have not been already tracked by means of the FAM-C and FDM-A methods), such as torsion of torque transmission shafts.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule omówiono zagadnienia związane z możliwościami zastosowania dwóch różnych rodzajów prądnic jednocześnie: prądnicy trójfazowej prądu przemiennego i prądnicy komutatorowej prądu stałego. Co więcej, prądnice te współdziałałyby synchronicznie ze sobą zarówno na etapie próbkowania elektromaszynowego, jak i na etapie próbkowania elektronicznego. Umożliwiłoby to strukturalną poprawę czułości i rozdzielczości. Jednocześnie otworzyłoby to nowe możliwości obserwacji nowych rodzajów zjawisk mechanicznych (nieśledzonych dotychczas metodami FAM-C i FDM-A), m.in. skręceń wałów transmisji.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule opisano pomiary rezystancji kadłuba statku powietrznego, prowadzone w celu poszukiwania skorodowanych miejsc w strukturze połączeń mechanicznych kadłuba. Przedstawiono rozważania dotyczące błędów pomiarowych pojedynczych połączeń par elementów mechanicznych płatowca oraz całej struktury takich połączeń rzeczywistego statku powietrznego. Zaproponowano metodę superpozycji do lokalizowania par połączeń mechanicznych o zwiększonej rezystancji elektrycznej. Jednocześnie w celu prognozowania czasu eksploatacji wybranych (najbardziej zagrożonych) par połączeń mechanicznych kadłuba zaproponowano przeprowadzenie (w warunkach laboratoryjnych) procesu przyśpieszonego starzenia i przeliczenie wyników metodą Arrheniusa na czas rzeczywisty.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The article includes the description of the measurements of the military aircraft’s fuselage resistance, conducted for the purpose of identifying corroded spots in the fuselage’s mechanical connections’ structure. Considerations regarding the errors in measuring the single connections of the airframe’s mechanical element pairs and the entire structure of such connections in an actual aircraft are also presented. The paper includes the proposal of the superposition method for locating the mechanical connection pairs with improved electrical resistance. Simultaneously, for the purpose of forecasting the time of exploitation of the selected (most endangered) fuselage mechanical connections pairs, the article proposes conducting (in laboratory conditions) of the accelerated ageing process and converting the results to real-time using the Arrhenius method.
The article discusses the design and principles of operation of three diagnostic testers constructed by the authors of this study, intended for three, different aircraft propulsion units. These design have one common way of processing the original diagnostic signal - they use one FAM-C method. This method is based on natural processing of the rotational speed fluctuations of individual kinematic cells of the propulsion unit, by the on-board generator into frequency modulations. The method, thanks to its properties, is extremely beneficial for the automatic digital diagnostic processing. The tester can be connected at any, convenient for the crew, location of the power grid, away from dangerous zones of the aircraft.
PL
W artykule omówiono konstrukcję i zasadę działania trzech testerów diagnostycznych skonstruowanych przez autorów niniejszego opracowania przeznaczonych do trzech różnych lotniczych zespołów napędowych. Konstrukcje te łączy jeden wspólny sposób przetwarzania pierwotnego sygnału diagnostycznego - wykorzystują one metodę FAM-C. Metoda ta bazuje na naturalnym przetwarzaniu wahań prędkości obrotowej poszczególnych ogniw kinematycznych zespołu napędowego przez prądnicę pokładową na modulacje częstotliwości. Metoda dzięki swym szczególnym właściwościom jest wyjątkowo korzystna dla cyfrowego automatycznego przetwarzania diagnostycznego. Tester może być przyłączony w dowolnym, dogodnym dla obsługi miejscu sieci elektroenergetycznej, z daleka od niebezpiecznych stref statku powietrznego.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono hipotezę wzajemnego destrukcyjnego oddziaływania zużytego łożyska górnego przekładni WR-24 na skrzynkę napędów śmigłowca Mi-24. Mi-24 jest jedynym eksploatowanym w Polsce śmigłowcem, w którym skrzynka napędu agregatów zamontowana jest poza przekładnią główną – pośrodku wału transmisji, pomiędzy główną skrzynią napędową a śmigłem ogonowym. Uszkodzenie kół zębatych w skrzynce napędu prądnic jest jednoznaczne z przerwaniem napędu śmigła ogonowego. Takie przerwanie powoduje natychmiastowe obracanie się kadłuba w kierunku odwrotnym do kierunku obrotu śmigła głównego. Wiąże się z tym także utrata siły nośnej oraz sterowności. Może to doprowadzić do katastrofy. Taki przypadek miał miejsce w styczniu 2011 roku w Afganistanie – obaj autorzy uczestniczyli w procesie jego badania. Autorzy, uwzględniając bardzo dobre, wręcz legendarne własności bojowe Mi-24 oraz swoje badania nad specyfiką zużywania się elementów transmisji, uważają, że dla tego właśnie śmigłowca w pierwszej kolejności powinny być uruchomione środki na opracowanie i wdrożenie systemu monitorowania zespołu napędowego. Autorzy do tego celu proponują zastosowanie metody FAM-C. Charakteryzuje się ona znaczną ergonomicznością. Za jej pomocą można śledzić jednocześnie wiele par kinematycznych, a więc także obserwować relacje między nimi.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł ujmuje kompleksowo problem współpracy pokładowych źródeł energii elektrycznej statku powietrznego z elektryczną siecią pokładową. Szczególną uwagę autorzy przywiązali do uwarunkowań związanych z poprawnym załączaniem pokładowych źródeł energii elektrycznej. Omówiono strukturalne zabezpieczenia źródeł energii elektrycznej przed szkodliwym oddziaływaniem odbiorników, jak i niepoprawnie działających źródeł na odbiorniki oraz niektóre sposoby przeciwdziałania tym zjawiskom. Poznanie tych relacji umożliwi podjęcie przez użytkownika działań, które mogą wpłynąć na zmniejszanie awaryjności pokładowej sieci elektroenergetycznej i zapewnienie zasilania odbiorników energii elektrycznej we wszystkich warunkach lotu. Od poprawności ich działania zależy poprawność funkcjonowania pokładowej sieci elektroenergetycznej. Autorzy starali się ujmować wszystkie problemy w sposób możliwie uniwersalny, aby rozważania tu zawarte mogły służyć pomocą podczas analizy defektów na różnych statkach powietrznych.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The hypothesis of mutual, destructive impact of the worn upper bearing of the WR-24 transmission on the Mi-24 helicopter's gearbox was stated. The Mi-24 is the only helicopter operated in Poland, in which the gearbox is mounted outside the main transmission – in the centre of the transmission shaft, between the main gearbox and the tail rotor. Damage to the gears in the gearbox of power generators is equivalent to termination of the tail rotor's drive. Such a termination immediately causes rotation of the body in the direction opposite to the direction of rotation of the main rotor. It is associated with the loss of lift and steering. It may lead to a disaster. Such an incident occurred in January 2011 in Afghanistan – both authors participated in its investigation. The authors, taking into account very good, almost legendary combat properties of the Mi-24, and their research of the specifics of wear and tear of the transmission elements, they think that, first, funds for development and implementation of the drive unit monitoring system should be made available specially for this helicopter. For this purpose, the authors propose to use the FAM-C method. It is characterised with significant ergonomics. Thank to this, multiple kinematic pairs can be observed simultaneously, and, therefore, the relationships between them as well.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The article addresses in a complex way the problem of cooperation between the on-board electric power sources of an aircraft with its on-board electric network. The authors paid special attention to conditions related to correct switching of the on-board electric power sources. Structural protection of the electric power sources against harmful impact of loads, and of the loads against incorrectly operating sources, as well as certain methods to counteract such phenomena, are discussed. Exploring these relations will enable the user to undertake actions which can reduce the failure rate of the on-board electrical power network, and ensure power supply to the electrical loads under all flight conditions. Their correct operation determines correct operation of the on-board electrical power network. The authors tried to discuss all the problems in the most universal way possible, so the deliberations presented here could be helpful in analyzing defects in various aircrafts.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wybrane wady połączeń wielowypustowych: mimośrodowości, przekoszenia, zwiększonych luzów. Przedstawiono znaczenie tych wad dla poprawności funkcjonowania całego zespołu napędowego. Zaprezentowano swoisty katalog tych wad w formie: wizualnego zużycia, pomiarów mechanicznych płaszczyzn przyporu, opisu matematycznego przebiegów dynamiki ruchu takiego połączenia, zobrazowań dla metod FAM-C i FDM-A. Zaznaczono skutki długotrwałej eksploatacji połączeń wielowypustowych o nadmiernym zużyciu dla bezpieczeństwa latania.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper deals with selected deficiencies of spline connections, such as angular or parallel misalignment (eccentricity) and excessive play. It is emphasized how important these deficiencies are for smooth operation of the entire driving units. The aim of the study is to provide a kind of a reference list with such deficiencies with visual symptoms of wear, specification of mechanical measurements for mating surfaces, mathematical description of waveforms for dynamic variability of motion in such connections and visualizations of the connection behaviour acquired with the use of the FAM-C and FDM-A. Attention is paid to hazards to flight safety when excessively worn spline connections are operated for long periods of time.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper discloses selected results of application of the FAM-C (a.c. generator) and FDM-A (d.c. generator) methods for comprehensive troubleshooting of bearing nodes in single-spool turbojet engines. A.c. generators provide information about slow-changing processes and, consequently, that information makes it possible to monitor radial and axial clearance of bearings as well as misalignment of shafts. On the other hand, the information transmitted by d.c. generators refers to fast-changing processes and is suitable to monitor dynamic properties of antifriction bearings: variations in the Q factor of bearings, slip factor of mating antifriction surfaces, rates of bearing cage rotation against its journal, etc. Nearly ten years of observations and data collection from a numerous set of engines during their operation have made it possible to classify processes associated with wear of bearings and categorize them into four phenomenological models. This paper is devoted to the model of elevated passive resistance.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wybrane rezultaty zastosowania metod FAM-C (prądnica prądu przemiennego) i FDM-A (prądnica prądu stałego) do kompleksowego diagnozowania węzłów łożyskowych zespołu wirnikowego jednowałowego silnika turbinowego. Prądnice prądu przemiennego przenoszą informacje o procesach wolnozmiennych, na podstawie których można monitorować luzy promieniowe, luzy podłużne, przekoszenia wałów. Prądnice prądu stałego przenoszą informacje o procesach szybkozmiennych, na podstawie których można monitorować dynamikę poszczególnych łożysk tocznych: zmiany wartości dobroci mechanicznej, wartość oporów łącznych, współczynnik poślizgu elementów tocznych, szybkość wirowania koszyka względem czopa itp. Blisko dziesięcioletnie obserwacje diagnostyczne prowadzone na licznej próbie silników podczas ich eksploatacji umożliwiły klasyfikację procesów zużywania łożysk w postaci czterech modeli fenomenologicznych. W niniejszym artykule przedmiotem rozważań będzie model zwiększonych oporów biernych.
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł omawia przyczyny obladzania zarówno śmigłowców jak i samolotów. Główna uwaga skierowana jest na przeciwdziałanie negatywnym warunkom oblodzenia. Autorzy dzielą zagadnienie na dwie grupy: oblodzenie płatowca – głównie powierzchni nośnych oraz oblodzenie silników. Ich zdaniem przyczyny, rozwój i (przede wszystkim) skutki oblodzenia płatowca różnią się znacznie od pozornie podobnych zjawisk w silniku. Rozważania zostały skupione na przeciwdziałaniu skutkom oblodzenia w czasie lotu. Najbardziej skomplikowany proces obladzania dotyczy śmigłowców, z uwagi na ich szczególne cechy aerodynamiczne. Dlatego też autorzy poświęcili śmigłowcom proporcjonalnie więcej uwagi. Przedstawiono istotne elementy poznawcze osiągnięte podczas badań sekcji grzejnych łopat nośnych wykonywanych w ITWL.
EN
The article presents reasons of an helicopter’s ising as well as an aircraft’s ising. The maion attention is addressed a conteraction of an ising. Autors divide the problem an two groups: an ising of an airframe – mostly lifting surfaces, an ising of engines. According to authors reasons, an extension (first of all) consequences of airframe’s ising considerably differ from seemingly similar eventsin an engine. The considerable attention is concentrated on a connteraction of consequences of an ising during the flight.The most complicated ising referes to helicopters, considering their particular aerodynamics characteristics. The autors dedicated is greather attention. Results reached during investigations of heating rotor blades in ITWL are presented.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.