Monitoring the helicopter transmission using the FAM-C diagnostic method

• Autorzy: Gębura A. , Stefaniuk M.

Warianty tytułu

PL

Monitorowanie transmisji śmigłowców z zastosowaniem metody FAM-C

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

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.

Słowa kluczowe

EN

helicopter gearbox; frequency analysis; blade tip timing; bearing wear; gear wear; system HUMS; health and usage system; alternator; frequency modulation; power transmission; characteristic pattern

PL

przekładnia; śmigłowiec; analiza częstotliwościowa; metoda wirującego obserwatora; zużycie łożyska tocznego; zużycie przekładni; system HUMS; prądnica prądu przemiennego; modulacja częstotliwości; transmisja mocy; zbiór charakterystyczny

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 18, No. 2
• Strony: 75--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Gębura A.

• Air Force Institute of Technology, 01-494, Warszawa 46, Księcia Bolesława 6

autor

Stefaniuk M.

• Air Force Institute of Technology, 01-494, Warszawa 46, Księcia Bolesława 6

Bibliografia

• 1. Augustyn S, Gębura A. Capabilities of the FAM-C method to diagnose the accessory gearboxes and transmission - train assemblies of the Mi-24 helicopters, Research Works of Air Force Institute of Technology, 2010; 30.
• 2. Bartels GF. A comparison of the existence of ‘cross termy’ In the Wigner distribution and the squard magnitude of the wavelet transform and the short-time Fourier transform, IEEE Trans. Signal Process, 1992; 40(10): 2498-2517.
• 3. Biarda D, Falkowski P, Gębura A, Kowalczyk A., Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silnik, a zwłaszcza lotniczy silnik spalinowy, z prądnicą prądu przemiennego. PL Patent No. 175664B1. 08.07.1996.
• 4. Campbell W. Elastic fluid turbine rotor and method of avoiding tangential bucket vibration therein. Patent US 1924. No: 1.502.904.
• 5. Carington IB, Wright JR, Cooper JE, Dimitriadis G. A comparison of blade tip timing data analysis methods. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G, Journal of Aerospace Engineering. 2001;215(5): 301-312.
• 6. Chardon G, Leblanc A, Daudet L. Plate impulse response spatial interpolation with sub-Nyquist sampling, Journal of Sound and Vibration. 2014; 330(23): 5678-5689.
• 7. Duan F, Fang Z, Sun Y, Ye S. Real time vibration measurement technique based on tip-timing for rotating blades. Opto-Electronic Engineering, 2005; 30(1): 29-31.
• 8. Gabelli A, Morales-Espjel GE, Ioannides E. Particle damage in hertzian contact and life ratings of rolling bearings. Tribology Transations. 2008; 51: 428-445.
• 9. Gębura A, Kurdelski M. Obciążenia układu transmisji śmigłowca Mi-24 i możliwości jego monitorowania metodą FAM-C, Research Works of Air Force Institute of Technology. 2013; 33.
• 10. Gębura A, Pietnoczko B, Tokarski T: Diagnostic testers operating on the basis of the FAM-C method. Diagnostyka. 2016; 17(3):87-94.
• 11. Gębura A. Dozorowanie stanu technicznego węzłów łożyskowych i wybranych elementów transmisji zespołu napędowego z wykorzystaniem modulacji częstotliwości napięcia wyjściowego. Wyd. ITWL, Warszawa, 2014.
• 12. Hermans L, Van der Auweraer H. Modal testing and analysis of structures under operational conditions. Mechanical System and Signal Processing, 1990: 13(2): 193-216.
• 13. Padfield GD. Flying Qualities: Forms of degradation. helicopter flight dynamics: The theory and application of flying qualities and simulation modelling, Second Edition 2007.
• 14. Susic V, Saulig N, Boashash B. Analysis of local time-frequency entropy features for nonstationary signal, Digital Signal Processing 2014; 3: 56-66.
• 15. Szczepanik R, Rządkowski R. Badania dynamiki łopatek wirnikowych silników lotniczych w różnych warunkach eksploatacji. Warszawa 2012.
• 16. Tomaszek H, Jasztal M, Zieja M. Application of the Paris formula with M=2 and the variable load spectrum to a simplified metod for evaluation of reliability and fatigue life demonstrated by aircraft components. Eksploatacja i Niezawodność - Maintenance and Reliability. 2013; 15(4): 297-303.
• 17. Wang W. Damage detection of gas turbine engine by analysing blade tip timing data. Proc. of HUMS 2003. Conference, DSTO, Austalia. 2003.
• 18. Witoś M. Increasing the durability of turbine engines through active diagnostics and control Zeszyt 2011, nr 29. (in Polish).
• 19. Woch M, Kurdelski M, Matyjewski M. Reliability at the checkpoint of an aircraft supporting structure. Eksploatacja i Niezawodność - Maintenance and Reliability, 2015; 17(3): 457-462.
• 20. Woch M, Nowakowski T, Młynarczyk M. Conference „Proceeding of the European safety and Reliability Conference (CSREL), Wrocław, 2015: 2355-2360.
• 21. Żurek J. Żywotność śmigłowców. Warszawa 2006.
• 22. Żurek J, Tomaszek H, Zieja M. Analysis of structural conponent’s life time distribution considered from the aspekt of the wearing with the characteristics function applied, 22nd Annual Conference on European Safety and Reliability (ESREL), Safety Reliability and Risk Analysis: Beyond the Horizon, 2014: 2597-2602.