Bezkontaktowe pomiary drgań wybranych elementów wirnikowych turbinowych silników lotniczych

• Autorzy: Olejnik A. , Rogólski R. , Szcześniak M.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0011.7185

Warianty tytułu

EN

Non-contact Vibration Measurement of Selected Rotor Elements from Aircraft Turbine Engines

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem niniejszego artykułu jest zaprezentowanie metody bezdotykowego pomiaru postaci drgań własnych izolowanych elementów konstrukcyjnych silników turbinowych z wykorzystaniem wibrometru laserowego. Badaniom poddano dwa dostępne elementy konstrukcyjne: zintegrowaną tarczę turbinową silnika rozruchowego AI-9 oraz łopatkę wieńca wentylatorowego sprężarki niskiego ciśnienia silnika RD-33. Pomiary drgań rezonansowych przeprowadzono w sposób bezdotykowy przy użyciu dopplerowskiego wibrometru skanującego Polytec PSV-400-3D. Tarczę turbinową zawieszoną do pomiaru na podatnych odciągach zapewniając w ten sposób warunki zbliżone do warunków swobodnych. Z kolei łopatkę zamocowano w sposób sztywny umieszczając jej stopkę w szczękach nieruchomego zacisku. Opisano procedurę pomiarową oraz zasadę działania użytej aparatury. W celu weryfikacji wyników pomiarowych opracowano modele dyskretne obu elementów, które posłużyły do numerycznej analizy modalnej (MSC Software). Modele geometryczne tarczy i łopatki opracowano z wykorzystaniem technik inżynierii odwrotnej. Modele strukturalnego MES przygotowano w preprocesorze MSC Patran stosując dyskretyzację elementami bryłowymi. Częstotliwości podstawowych postaci rezonansowych zbadanych doświadczalnie porównano z częstotliwościami analogicznych postaci numerycznych. Analiza porównawcza jest punktem wyjścia do kalibracji modeli numerycznych, które w kolejnym etapie badań będzie można wykorzystać do określania krytycznych prędkości obrotowych wirujących elementów.

EN

The purpose of this article is to present the method of non-contact measurement of the normal modes of the insulated turbine engine components using a laser vibrometer. Two available components were tested: integrated shield of the AI-9 engine starter turbine and the RD-33 low-pressure compressor fan blade. Resonance vibration measurements were performed in a non-contact manner using the Polytec PSV-400-3D doppler scanning vibrometer. A turbine disc suspended for measurement on susceptible guidewires thus providing conditions close to free conditions. The blade, in turn, was fixed rigidly by placing its foot in the jaws of the stationary clamp. The measurement procedure and operation principle of the apparatus used have been described. In order to verify the measurement results, discrete models of both elements were developed, which were used for numerical modal analysis (MSC Software). Shield and blade geometry models have been developed using reverse engineering. Structural models for FEM were prepared in the MSC Patran preprocessor using discretization of solid elements. The frequencies of the basic resonant modes tested experimentally were compared with the frequencies of analogous numerical shapes. Comparative analysis is the starting point for the calibration of numerical models, which in the next stage of the research and it will be used to determine the critical speeds of rotating elements.

Słowa kluczowe

PL

doświadczalna analiza modalna; drgania własne; wibrometria laserowa

EN

experimental modal analysis (EMA); normal modes; laser scanning vibrometry

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 9, Nr 1 (31)
• Strony: 129--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., il., rys.

Twórcy

autor

Olejnik A.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, 00-908 Warszawa 49, ul. Gen Witolda Urbanowicza 2

autor

Rogólski R.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, 00-908 Warszawa 49, ul. Gen Witolda Urbanowicza 2

autor

Szcześniak M.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, 00-908 Warszawa 49, ul. Gen Witolda Urbanowicza 2

Bibliografia

• [1] Kaliski Sylwester. 1966. Drgania i fale w ciałach stałych. Warszawa: Wydawnictwo PWN.
• [2] Lipka Jerzy. 1967. Wytrzymałość Maszyn Wirnikowych. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne.
• [3] Piszczek Kazimierz, Jerzy Walczak. 1982. Drgania w budowie maszyn. Warszawa; Wydawnictwo PWN.
• [4] Kawalec Krzysztof, Włodzimierz Balicki, Ryszard Chachurski, Paweł Głowacki, Adam Kozakiewicz, Jerzy Szczeciński, Stefan, Szczeciński. 2009. Lotnicze Zespoły Napędowe część 1. Warszawa: Wydawnictwo Wojskowej Akademii Technicznej.
• [5] Software Manual – Polytec Scanning Vibrometer, Software 8.7. Polytec Deutschland 2009.
• [6] Hardware Manual, Polytec Scanning Vibrometer PSV-400-3D.
• [7] Theory Manual – Polytec Scanning Vibrometer. Polytec Deutschland 2007.

Uwagi

1. Zaprezentowane badania zostały wykonane w ramach projektu nr PBS1/B6/7/2012 pt. „Wykorzystanie nowych technologii inżynierii powierzchni i łożysk magnetycznych w budowie miniaturowego turbinowego silnika odrzutowego” dofinansowanego z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosowanych. Nurt badań jest kontynuowany w związku z realizacją przez ITL WAT pracy badawczej statutowej pt. „Doświadczalno-numeryczne badania rozwojowe technologii badawczych z weryfikacją warunkującą osiąganie zakładanych celów techniczno-taktycznych powietrznych platform bezzałogowych” (Dec. MNiSW nr 214104/E-410/S/2016).

2. Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).