Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Monitoring of helicopter swash-plate wear using the FAM-C diagnosis method

Gębura Andrzej, Kowalczyk Henryk, Tokarski Tomasz, Handzel Kacper, Klimaszewski Sławomir Jerzy, Zgrzywa Franciszek

Diagnostyka

|

2022

|

Vol. 23, No. 1

art. no. 2022104

EN

Helicopter rotor dynamics (blade vibrations, ground resonance, influence of forward speed, etc.) play an important role in the wear and tear of the transmission system and power unit. Particularly fast wear of these components is to be expected in military helicopters in combat conditions, where the flight dynamics parameters are often exceeded. The FAM-C method developed at the Air Force Institute of Technology in Poland has been used to assess and monitor this wear. This method can be used to monitor damage to helicopter propulsion and transmission, where other "classical" methods are less effective due to a very complicated system of forces, variable as to the direction of amplitude and frequency, causing vibrations in closely spaced kinematic pairs. For this reason, vibroacoustic and thermal effects are created around these kinematic pairs, which interfere with each other. In a helicopter, the propulsion unit, including the power transmission unit, is at the same time the carrier unit. This has forced designers to construct a propulsion system with a much greater number of joints and bearing supports. This article presents the possibilities of the FAM-C method for monitoring of swash-plate main bearing wear. The swash-plates are not formally part of the helicopter's propulsion unit but are used to direct the thrust vector of the blades i.e., they direct the helicopter's power vector. Since during this process their components are observable by the FAM-C method, the authors found it necessary to include issues related to their diagnosis in this study. In the FAM-C method, the signal from the AC generator during the normal operation of the helicopter is processed. Analysis of this signal allows simultaneous monitoring of multiple engine and transmission components simultaneously. It does not require any separate sensors for this purpose - one "full-time" alternator or tachometer generator is - with proper collection and processing of the output voltage signal - the source of a whole range of diagnostic information. Thus, one generator is an observer of the technical condition of many elements of the power unit simultaneously. What's more, the signal can be collected from any place in the electrical network, which makes it possible to install the measuring system in safe locations, even while the power train is running. Some examples of diagnostic symptoms leading to wear detection are described. Research based on analysis of these findings with the use of the FAM-C method is described in the paper. 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. Some examples of diagnostic symptoms used to detect wear are described in the paper.

2

Selected problems of diagnosing toothed gears in the aspect of developing hums system

Gębura A., Stokowski M.

Journal of KONES

|

2018

|

Vol. 25, No. 4

517--524

EN

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

Monitoring the helicopter transmission using the FAM-C diagnostic method

Gębura A., Stefaniuk M.

Diagnostyka

|

2017

|

Vol. 18, No. 2

75--85

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.

4

Diagnozowanie metodą FAM-C podpór łożyskowych lotniczego silnika turbinowego

Gębura A., Tokarski T.

Diagnostyka

|

2009

|

nr 1(49)

105-112

PL

Metoda diagnostyczna FAM-C częstotliwości prądu przemiennego oraz metoda FDM-A [1, 2] bazująca na pomiarze modulacji częstotliwości składowej pulsacji, zostały opracowane w Instytucie Technicznym Wojsk Lotniczych. Istotą ich dokładności jest "naturalne" zsynchronizowanie sygnału próbkującego z prędkością kątową obserwowanych ogniw kinematycznych - im szybsze procesy dynamiczne powstają w obserwowanym obiekcie, tym szybsze jest również próbkowanie. Jednocześnie wokół "punktu synchronizacji" powstają, na skutek istnienia luzów w układzie napędowych, naturalne względne wahania pomiędzy obserwowanym ogniwem kinematycznym a wirnikiem prądnicy - powstaje swoiste "zmodulowanie próbkowania" umożliwiające dodatkowe zwiększenie rozdzielczości i dokładności metody. Metody te umożliwiają określenie poziomu zużycia ściernego podzespołu oraz jego identyfikację podczas normalnej pracy zespołu napędowego. Diagnostyka przeprowadzona ww metodami umożliwia określenie licznych parametrów łożysk łożyskowych i węzłów łożyskowych oraz zespołu wirnikowego takich jak: poziom tarcia tocznego każdego z łożysk, płynność ruchu koszyka, wielkość luzów promieniowych. Metoda umożliwia wykrywanie rezonansów poszczególnych elementów poprzez obserwację kształtu i wysokości względnej zbiorów charakterystycznych, z których można wyznaczyć m.in. wielkość dobroci mechanicznej danego węzła. Ponadto określane są liczne parametry i zjawiska związane z zespołem wirnikowym jak określenie wielkości przekoszeń i niewspółosiowości wałów, poziom zużycia ciernego na styku koszyk - element toczny i inne. Podstawową zaletą metody jest to, że układ diagnostyczny jest przyłączany do dowolnego miejsca (np. złącza elektrycznego) zasilanego napięciem stałym lub przemiennym z etatowego źródła energii elektrycznej diagnozowanego obiektu. Przedstawiono materiał badawczy otrzymany z badań eksploatacyjnych zespołu lotniczego silnika turbinowego, w którym rolę "prądnicy - obserwatora" pełniła lotnicza prądnica prądu stałego oraz trójfazowa prądnica tachometryczna.

EN

Diagnostic FDM-A method [2] based on a measurement of frequency modulation of a pulsation component as well as FAM-C method based on a measurement of a alternating current's frequency have been developed in Air Force Institute of Technology. As a diagnostic sensor an onboard generator (alternator) is used. The sensor is coupled with an investigated power unit. The generator or alternator is a converter of diagnostic signals into electric signal - accomplishes digital (discrete) conversion of signals contained in components of an angular velocity of a generator's or alternator's shaft. An original diagnostic signal is the angular velocity carrying diagnostic information about faults and failures of power unit's parts. Each part of the power unit is a specific vibration generator or modulator. An essence of their accuracy is "natural" synchronization of a sample signal with an angular velocity of an observed kinematics link - as quicker dynamic processes arise in an observed object, a sampling is also quicker. Simultaneously round about "synchronization point" arise, as a result of clearances in a drive, natural relative oscillation between the observed kinematics link and an alternator's rotor - arise characteristic "sample modulation" which provides an additional extension of a method's resolution and accuracy. These methods provide to define a level of a sub-assembly's abrasive wear and its localization during normal work of a power unit. It is possible to define numerous parameters of bearings and their kinematics pairs as well as a rotor assembly. They are: a level of a bearing rolling friction, smoothness of a bearing cage's motion, a quantity of a radial clearance. It also provides to detect resonances in elements as well as observe a shape and a relative height of characteristic patterns, from which it is possible to calculate, among others, a quantity of a mechanical quality factor of a kinematics pair - it is possible to define an operating time reserve of the kinematics pair to resonance. Numerous parameters and effects related to a rotor assembly are also defined. They are: a quantity of a skew of shafts, a level of a frictional wear on a bearing cage - rolling element contact, an ovalization of a bearing mounting and a quantity of a bearing journal's skew.

5

Diagnozowanie przekoszeń w połączeniach wielowypustowych

Gębura A.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2004

|

R. 50, nr 3

4-7

PL

W artykule zaprezentowano doświadczenia badawcze dotyczące opracowanej i rozwijanej w ITWL metodzie badawczej. Metodę tę nazwano FAM- C. Zdaniem autora, na podstawie kilkuletnich rozważań teoretycznych oraz doświadczeń laboratoryjnych i pomiarów na statkach powietrznych, metodą tą można skutecznie określać wielkość przekoszeń w połączeniach wielowypustowych. Jako przetwornik wykorzystana jest tu "etatowa" pradnica pokładowa. Wystarczy przyłączyć aparaturę diagnostyczną do dowolnego zacisku będącego pod napięciem, a diagnoza o stanie technicznym jego poszczególnych elementów może być postawiona w ciągu kilku minut. Opisano matematyczne zmiany chwilowej prędkości katowej wielowypustowych połączeń z montażową wadą przekoszenia. Ukazano możliwiść określenia kąta przekoszenia na podstawie obliczonej wysokości zbioru charakterystycznego otrzymanego metodą modulacji częstotliwości. Przedstawiono materiał badawczy otrzymany z badań laboratoryjnych zespołu napędowego LUZES-III, w którym rolę "prądnicy- obserwatora" pełniła lotnicza SGO-8.

EN

In this paper has been presented method described scientifically in ITWL. This method named FAM-C (F - Frequency, M - Modulation, A - Alternating current, C- level of advanced method). The airborne alternator is used as a converter. It is sufficient to connect diagnostic equipment to any live terminal and a diagnosis concerning technical state of elements is possible in a a few minutes. Skew of splined coupling in an effect of assembly error or consumption process. In this connections changes of instantaneous angular velocity of splined coupling with skew disadvantage have been mathematically described. The possibility of calculation of skew angle on the base of characteristic pattern`s height obtained using frequency modulation method has been shown.