Merenje vibracija i relevantnih parametara leta transportnog helikoptera Mi-8 sa revitalizovanim lopaticama nosećeg rotora Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Veljko Rakonjac,

dipl. inž. mr Zoran Filipović,

pukovnik, dipl. inž.

Vazduhoplovni opitni centar, Beograd

MERENJE VIBRACIJA I RELEVANTNIH PARAMETARA LETA TRANSPORTNOG HELIKOPTERA Mi-8 SA REVITALIZOVANIM LOPATICAMA NOSE]EG ROTORA

UDC: 623.746.174 : 53.08 : 534.13

Rezime:

Rad se odnosi na merenje parametara leta transportnog helikoptera ruske proizvodnje Mi-8 sa ugrađenim originalnim, kao i revitalizovanim — delimicno kompozitnim lopaticama noseceg rotora. Cilj merenja bio je dobijanje relevantnih podataka za ocenu kvaliteta revita-lizovanih lopatica usled zamene lopatica noseceg rotora. Prikazani su oprema, postupak i analiza rezultata merenja parametara leta i vibracija, uz poseban osvrt na probleme izazva-ne uticajem vibracija na mernu opremu.

Kljucne reci: helikopter, vibracije, kompoziti, merna oprema, Parks-McClellanov filter.

VIBRATION AND FLIGHT DATA MEASUREMENT ON THE TRANSPORT HELICOPTER Mi-8 WITH REPLACED MAIN ROTOR BLADES

Summary:

This paper presents helicopter flight data acquisition made on the Russian helicopter Mi-8 with its original main rotor blades as well as with regenerated, partially composite ones. The purpose of the measurement was collecting data for flight quality of the main rotor composite blades changing the actual main rotor blades. This paper also presents equipment, procedures and analysis of flight data and vitration measurements with special attention to problems caused by vibration influence on equipment.

Key words: helicopter, vibration, composites, measurement equipment, Parks-McClellan filter.

Uvod

Cilj ovog ispitivanja jeste da se od-redi uticaj zamene originalnih - ruskih lopatica nosećeg rotora transportnog helikoptera Mi-8 (slika 1), domaćim revitalizovanim lopaticama i njihov uticaj na kvalitet leta helikoptera.

Revitalizacija se ogleda u zameni aluminijumskog saća kompozitnom ispu-nom u segmentima lopatica nosećeg ro-tora. Po programu letnih ispitivanja pro-verava se uticaj na performanse helikoptera, kao i eventual™ uticaj povećanih vibracija na posadu, odnosno putnike i sa-

mu strukturu helikoptera. Merenja vibracija na helikopteru Mi-8 obavljena su po programu uporednih letnih ispitivanja originalnih i revitalizovanih lopatica no-sećeg rotora. Ceo program ispitivanja de-finisao je VOC, uz učešće VTI, čija stručna ekipa je uradila merenje i analizu vibracija, i VZ „Moma Stanojlović“ koji je ugradio mernu opremu i izvršio dina-mičko uravnotežavanje rotora.

Program letnih ispitivanja obavljen sa revitalizovanim lopaticama nosećeg ro-tora u potpunosti se ponavlja - u svim ele-mentima i sa domaćim lopaticama nose-ćeg rotora. Kriterijumi kvaliteta leta, per-

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2004.

611

formansi i vibracija koje helikopter sa no-vim ugrađenim lopaticama nosećeg rotora mora da zadovolji definisani su odgovara-jućim standardima FAR29 [7], MIL 83300 [5], MIL-H-8501A [8]. Tokom let-nih ispitivanja vršeno je merenje više pa-rametara upotrebom PCM/FM telemetrij-skog sistema (vreme, statički i dinamički pritisak, temperatura, skupni korak, ubr-zanja i ugaone brzine po sve tri ose).

Jedan deo ovih ispitivanja odnosio se i na određivanje stabilnosti i upravlji-vosti helikoptera. Za to je bilo potrebno snimiti promenu ugaonih brzina oko sve tri ose u funkciji vremena. Tokom anali-ze podataka dobijenih merenjima na sa-mom helikopteru javili su se i odre|eni problemi.

Sl. 1 - Transportni helikopter Mi-8:

— masa: 11.100 kg; — broj LNR: 5; — broj obrta NR: 192 o/min (3,2 Hz); — DLNR ispuna: HE-XEL; — konfiguracija: sa unutrasnjim teretom, sa spoljasnjim teretom

Konfiguracija mernog sistema

Zadatkom za ispitivanje u letu zah-tevano je merenje vibracija helikoptera i relevantnih parametara leta. Merenje vibracija urađeno je specijalnom opremom firme Bruel&Kj$r pomoću sistema PUL-

SE 3560D. Merenje parametara leta izvr-šeno je upotrebom digitalnog višekanal-nog telemetrijskog PCM/FM sistema.

PCM/FM telemetrijski sistem sastoji se od avionskog i zemaljskog podsiste-ma. Njegov rad je zasnovan na impulsnoj kodnoj modulaciji (PCM data acquisition system). U avionskom podsistemu, prika-zanom na slici 2, pomoću određenog bro-ja mernih pretvarača (temperature, troo-snih akcelerometara, troosnih žiroskopa i mernog pretvarača za merenje statičkog i dinamičkog pritiska) vrši se konverzija neelektričnih veličina u odgovarajuće električne signale. Oni se zatim digitali-zuju (PCM enkoder) i zapisuju na odgo-varajućim avionskim registratorima.

Kompozitni digitalni PCM signal, koji nosi informaciju o svim merenim veličinama, zatim se preko jednog ili više predajnika šalje ka zemaljskoj prijemnoj stanici u kojoj se vrši prijem i procesira-nje signala koje je inverzno od procesa koji se obavlja u avionskom podsistemu. Na samoj letelici instalirana je i video kamera koja je bila pozicionirana tako da snima instrument-tablu pilota radi direkt-nog praćenja pokazivanja kabinskih in-strumenata.

Sl. 2 — Blok-sema avionskog mernogpodsistema

612

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 6/2004.

Sl. 3 — Akvizicioni sistem na helikopteru

U pripremi merenja vrši se etalonira-nje svakog mernog kanala koji čine: mer-ni pretvarač, merni kondicioner i PCM deo akvizicioniog sistema. Električno po-vezivanje mernih pretvarača i akvizicio-nog sistema izvršeno je posebnim postup-kom širmovanim provodnicima, čime je obezbeđena elektromagnetna kompatibil-nost koja predstavlja situaciju u kojoj sve komponente mernog sistema normalno funkcionišu, kako unutar njih samih, tako i u njihovom okruženju (slika 3).

Izbor mernih pretvarača, merno-akvizicionih elektronskih kartica i fre-kvencije odabiranja merenih veličina iz-vršen je u skladu sa: očekivanim mernim opsegom, karakterom i dinamikom pro-mene svake merene veličine. Svaki mer-ni pretvarač je kalibrisan u ovlašćenoj

metrološkoj laboratoriji. Primenjeni merni pretvarači imaju analognu formu izla-znog signala sa linearnom zavisnošću u odnosu na neelektričnu mernu veličinu.

U tabeli je prikazana lista parameta-ra koji se mere, sa njihovim amplitudnim opsezima promene, tipovima upotreblje-nih mernih pretvarača, kao i zahtevanom tačnošću merenja. Tačnost merenja pri-menjenog digitalnog PCM merno-akvizi-cionog sistema proporcionalna je dužini reči kojom se vrši predstavljanje jednog odbirka i iznosi 0,5%. Za ovaj sistem du-žina reči je 12 bita [2].

Telemetrijski sistem pored predaj-nog dela integrisanog na helikopteru ob-uhvata i zemaljsku prijemnu stanicu gde se vrši dalja obrada primljenih signala. Na slici 4 prikazan je uprošćeni blok-di-jagram kompatibilnog prijemnog dela te-lemetrijskog PCM/FM sistema, koji se sastoji od četiri podsistema koji cine:

- prijemni podsistem koji obuhvata prijemnu antenu i prijemnike;

- podsistem za dekomutaciju PCM telemetrijskog signala;

- pretprocesorski podsistem;

- računarski deo sa grafičkim stani-cama za prezentaciju rezultata merenja.

Rad telemetrijskog sistema odvija se u dva osnovna režima:

Parametri koji se mere na helikopteru

Red. br. Merena velicina Merni pretvarac

Oznaka Naziv Oznaka Opseg merenja Tacnost

1. p ugaona brzina oko x ose Troosni merni pretvarac ugaonih brzina DA-4300, sfim ±180 °s-1 ±0,1%

2. q ugaona brzina oko y ose ±90 °s-1

3. r ugaona brzina oko z ose ±60 °s-1

4. ax ubrzanje u pravcu x ose Troosni merni pretvarac ubrzanja JT-3110, sfim ±1 g ±0,1%

5. ay ubrzanje u pravcu y ose ±1 g

6. az ubrzanje u pravcu z ose -3 g do +6 g

7. Ps staticki pritisak Centrala pritiska KW-2210, sfim 0 do 1050 mbar ±0,1%

8. Pd dinamicki pritisak 0 do 1050 mbar

9. Tz zaustavna temperatura T-4113, sfim -70 do 150 °C ±0,2%

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2004.

613

- procesiranje mernih signala u real-nom vremenu (real time data processing);

- postoperacionalno procesiranje mernih parametara (post-operational data processing).

Pojam procesiranja u realnom vremenu podrazumeva neposredni uvid u određene merne parametre sa dovoljno malim vremenom kašnjenja od trenutka njegovog događanja. To su svi neophod-ni parametri koji direktno uti~u na ispiti-vanje prototipa letelice u trenutku izvrša-vanja eksperimenta, kako sa aspekta kva-liteta leta, tako i sa bezbednosnog aspek-ta same letelice.

Detaljna analiza izmerenih veličina obavlja se posle završetka testiranja i podrazumeva rekonstrukciju leta, najbo-lju procenu trajektorije letelice, korelisa-nje svih relevantnih događaja tokom eksperimenta, pronalaženje svih neregular-nosti tokom testiranja kao i komparaciju dobijenih realnih parametara sa podaci-ma simuliranim u različitim fazama raz-voja letelice [2].

Osnovne funkcije koje se obavljaju u procesu prijema i procesiranja teleme-trijskog signala sa letelice su:

- prijem mernih podataka sa udalje-nih objekata ispitivanja;

- dekomutacija merenih parametara, odnosno rekonstrukcija merene veličine objedinjavanjem odbiraka signala iz MP (PCM dekomutator). Ova faza procesiranja mernih signala podrazumeva više operaci-ja, kao što su kondicioniranje signala i sin-hronizacija sa avionskim komutatorom PCM akvizicionog sistema koji generiše vremenski multipleksirani PCM signal;

- kontinualno zapisivanje/arhivira-nje primljenih podataka na odgovaraju-ćim magnetofonima koji imaju moguć-nost zapisivanja velikom brzinom;

- prikazivanje dekomutovanih i pro-cesiranih mernih podataka u inženjer-skim jedinicama u realnom vremenu ispitivanja;

- omogućavanje različitih formi prezentacije (grafici, tabele, itd.) parame-tara u toku leta na grafičkim stanicama;

- prezentacija izvedenih veličina u toku leta koja se dobija na osnovu nekog algoritma merenih parametara.

- posleletne detaljne analize mernih podataka uz korišćenje arhiviranih podataka i specijalnih programskih paketa, kao i njihovog eventualnog transfera pu-tem računarskih mreža zainteresovanim korisnicima [3].

614

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 6/2004.

Primenjeni PCM/FM telemetrijski sistem omogućuje merenje električnih i fizičkih veličina sa širokim dinamičkim opsegom, malom mernom nesigurnošću i sa povoljnim odnosom signal/šum.

Sistem za merenje vibracija PULSE 3560D Bmel&Kjwr

U programu ispitivanja specificiran je broj letova i vrste manevara pri kojima će se meriti vibracije. Postavljen je zah-tev da izmerene vibracije budu jedan od kriterijuma za ocenu leta sa domaćim lo-paticama.

Sve postavljene zahteve zadovoljila je oprema VTI za merenje vibracija i mo-dalnu analizu, kojom su i obavljena me-renja. Oprema je zasnovana na sistemu PULSE 3560D, firme Bruel&Kj$r [11], a prikazana je na slici 5. PULSE 3560D je višekanalni merni sistem (u našem slu-čaju radi se o 12-to kanalnom) zasnovan na personalnom računaru. Osnovni PULSE softver (B&K 7700) namenjen je za kontrolu, upravljanje merenjem, akvizici-ju i obradu signala dobijenih merenjem vibracija i buke.

Sl. 5 — Prenosivi sistem Bruel&Kjmr PULSE 3560D

Korišćeni su minijaturni piezoelek-trični Delta-Tron® akcelerometri B&K 4507B001 sa ugrađenom elektronikom (IEPE). Ovi pretvarači imaju ugrađene pojačavače, tako da ne zahtevaju nisko-šumne skupe kablove već obične koaksi-jalne čija dužina u osnovi nije ograniče-na, jer je izlaz iz pretvarača naponski signal. Pojačavač pretvarača zahteva jedno-smerno napajanje napona od 18 do 32 V sa konstantnom strujom napajanja 2mA, a merni signal se šalje modulisanjem napona na napojnom vodu. Pretvarači spa-daju u grupu „pametnih pretvarača“, od-nosno sem ugrađenih pojačavača imaju i elektronski ugrađene podatke definisane standardom IEEE 1451-4 (Transducer Electronic Data Sheet-TEDS). U EEPROM se podaci smeštaju preko od-govarajućeg nezavisnog uređaja-progra-matora. Za postavljanje pretvarača ubrza-nja na strukturu korišćeni su posebni no-sači, koji su zalepljeni na odabrana mer-na mesta definisana standardom [10]. Odabrana su cetiri mesta, na kojima su vršena merenja u Y (poprečnoj) i Z (ver-tikalnoj) osi. To su: pilotska kabina „pi-lot“, transportna kabina „padobranac“, rep helikoptera „konus“, reduktor nose-ćeg rotora „reduktor“. Ovi akcelerometri mogu da mere ubrzanja do 7000 ms-2 u frekventnom opsegu od 0.1 do 6000 Hz. Osetljivost im je 1 mV/ms-2. Pre početka svakog merenja softverski je, jedinstve-nom komandom za sve kanale istovreme-no, vršeno prilagođavanje ulaznog opse-ga (od 7,071 mV do 7,071 V) na svakom kanalu na osnovu nivoa merenih vibraci-ja. U slučaju kada se u toku leta prekora-če izabrani opsezi, vrlo lako se vršilo po-dešavanje kanala na kojem je došlo do prekoračenja. Primena ovakvih akcelero-

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 6/2004.

615

metara znatno je ubrzala pripremu mere-nja, povezivanje i proveru mernog lanca.

Pošto su se sva merenja, obrada i analize signala obavljala u samom heli-kopteru u toku leta, izrađen je poseban nosač za kućište KK050 i prenosivi raču-nar. Nosač je pričvršćen za pod kabine helikoptera, a kućište i prenosivi računar se pritežu na gornju ploču nosača, što je prikazano na slici 5. Ova ploča je pomo-ću 16 amortizera vibroizolovana od strukture helikoptera. Oprema je i pri najvećim nivoima vibracija nesmetano i pouzdano radila.

Obrada rezultata i analiza

merenja

Cilj ovih ispitivanja bio je da se uporedi kvalitet leta helikoptera sa origi-nalnim i revitalizovanim lopaticama. Je-dan od zahteva je bio da se uporede vi-bracije helikoptera sa oba tipa lopatica nosećeg rotora. Na slici 6 prikazan je vremenski zapis izmerenog ubrzanja u trajanju 0,5 s. Jasno je da se posmatra-njem signala u vremenskom domenu ne bi moglo doći do relevantnih zaključaka u toku samog leta. Zbog toga je odabrano da se već u toku merenja obavlja i FFT signala i da se prate karakteristične uče-stanosti u posmatranim spektrima.

Za poređenje spektara vibracija oda-bran je fTekventni domen do 100 Hz, a po-sebno su mereni i spektri do 1600 Hz radi analiza vibrodijagnostike na helikopteru. Oba fTekventna domena imaju po 800 lini-ja, a rađeno je 15 usrednjavanja uz prime-nu Hanningovog prozora. Tako je za niži fTekventni opseg od 100 Hz, df = 0,125 Hz. Zapisivanje signala u vremenskom domenu traje 8 s, sa učestalošću uzimanja

[m/s2]

80"

40-

0-

-40-

Time(KONUS Z) - Input (Real Part) HT-40 Input Input FFT Analyzer16K

-80 I I I I I I I I I I I I I

0 40m 80m 120m 160m 200m 240m 280m 320m 360m 400m 440m 480m

[s]

Sl. 6 — Vremenski zapis izmerenih ubrzanja u pravcu z ose na mernom mestu u konusu

uzoraka od 256 Hz (dt = 3,906 ms). U me-renjima pri stacionarnim režimima leta preklapanje je iznosilo 75%, pa je trajanje uzimanja uzoraka bilo 36 s, dok se pri ma-nevrima koristilo maksimalno preklapanje, pa je uzimanje 15 zapisa trajalo 12 s. Za prikazivanje izmerenih spektara izabrana je linearna skala i na apscisi i na ordinati, radi brzog uočavanja najdominantijih vibracija i njihove učestalosti. Na ordinati se prika-zuje RMS ubrzanja.

Osim ispitivanja vibracija, progra-mom ispitivanja je definisano da se, pored ostalih performansi, ispita i dinamič-ka stabilnost i upravljivost helikoptera FAR29 [7] MIL 83300 [5]. Za ovu vrstu specijalnih performansi potrebno je meri-ti sledeće parametre: vremensku bazu, dinamički pritisak, statički pritisak, ubr-zanje i ugaone brzine. Parametri leta re-levantni za određivanje dinamičke stabil-nosti helikoptera su ugaone brzine (Wx, Wy, Wz). Oni su snimani sa 128 odbira-ka u sekundi, zbog prirode promene. U jednom od opitnih letova helikopter je le-teo na visini od H=500 m sa instrumen-talnom brzinom i=120 km/h. Nakon sta-bilizacije helikoptera po brzini i visini, pilot je dao impulsnu komandu palicom po dubini (Wy). Ovakvo impulsno ko-mandovanje trebalo bi da izazove oscilu-jući odgovor helikoptera oko težišta i da da odgovor na pitanje da li je helikopter

616

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2004.

uzdužno dinamički stabilan. Pri obradi snimljenih parametara leta ustanovljeno je da je kod neobrađenih podataka za me-renje ugaonih brzina helikoptera dobijen, na prvi pogled, „neupotrebljiv“ zapis, što se može videti na slici 7 (gore). Vibracije helikoptera po amplitudi i frekvenciji „pokrile“ su odgovor helikoptera tako da se ništa nije moglo zaključiti iz njih. Na dijagramu datom u sredini ove slike Parks-McClellanovim filterom prigušene su frekvencije veće od 16 Hz, pa je odgovor helikoptera postao jasan. Na donjem dijagramu urađena je još jedna filtracija i to od 2,5 Hz, pa je kriva postala „ispegla-nija“, ali je došlo i do pomeraja krive udesno za jednu sekundu, što se u kasni-joj obradi mora uzeti u obzir.

U radu [1] objašnjeno je kako se od-ređuje dominantna frekvencija koju treba prigušiti.

Poznato je da je učestanost najvećih vibracija na rotoru jednaka proizvodu N*rev, (N)-broj lopatica i (rev)-broj obr-taja (N = 5, rev = 3,2 Hz). Ove vibracije su posledica dejstva aerodinamičkih sila, dok aerodinamički momenti izazivaju nešto niže nivoe na učestanostima (N-1)*rev ili (N + 1)*rev. Dakle, najveće vi-

Sl. 7 — Ugaona brzina po Y osi tokom izvođenja manevra

4 . -*■ Г"™" 1.....

*«44 X Я Я щ 4 * " *[ht]

q 1 ■■■-4-- :

A . t . A 1 L L . . . . . . ' .

\ p рчл

1 ! ! i П 1 ! 1 ...

'□ в *i ' л a d a f e * Ч№

Sl. 8 — Ucestanostprolaza lopatica, 16 Hz

bracije od 16 Hz predstavljaju učestanost prolaza lopatica (slika 8). Intenzitet vi-bracija zavisi od uravnoteženosti rotora, koji mora da se trakira na zemlji (zapis na papiru) i u letu (stroboskopski). Traki-ranje je postupak dovođenja krajeva svih pet lopatica u istu ravan, tj. u granicu od 1 inca. Trakiranje na zemlji vrši se tako što se krajevi lopatica obeleže kredom različitih boja, pa pri okretanju rotora lo-patice ostavljaju zapis na papiru. Ukoli-ko je maksimalno rastojanje krajeva lopatica veće od 1" vrši se podešavanje fletnera i postupak se ponavlja. Za prove-re koje se vrše u letu, na krajevima lopatica postavljaju se pločice u raznim boja-ma koje reflektuju svetlosni zrak strobo-skopa. Operater može uočiti koja lopatica „iskače“, pa se nakon sletanja vrše ko-rekcije ugla ugradnje lopatica i postupak u letu se ponavlja, dok se ne dobije „utra-kiran“ helikopter. Ista ekipa obavila je uravnotežavanje i trakiranje rotora sa obe vrste lopatica, dovodeći ih na propisane kvalitete uravnotežavanja i trakiranja. Analizom dobijenih podataka ustanovljeno je da je najdominantnija frekvencija oscilovanja strukture 16 Hz, a i nešto manja po amplitudi, ali takođe značajna i frekvencija od 3,2 Hz.

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2004.

617

Merenje i analizu vibracija izvršila je stručna ekipa VTI iz čijeg izveštaja [13] su preuzeti rezultati prikazani u ovom članku. Rezultati merenja i analiza ovog ispitivanja dati su na oko pet stotina stranica teksta [13] i [14]. Ovde je prika-zan samo deo, na osnovu kojeg se može steći uvid o tome na koji način je vršeno ispitivanje i obrada rezultata.

U toku svakog leta obavljeno je, u proseku, po deset snimanja za potrebe analize vibracija na helikopteru, pri razli-čitim brzinama i manevrima, kao i na različitim visinama. Na helikopteru je ugrađeno osam pretvarača vibracija. Na ekranu notebook računara praćeni su spektri za svako memo mesto u jednom od frekventih domena, a mogao je da se prati i signal u vremenskom domenu. Za uporednu analizu je odabrano da se prati niži spektar - do 100 Hz. Na slici 9 pri-kazan je autospektar izmerenih ubrzanja na mernom mestu u kabini (sedište pilo-ta) u pravcu z ose, pri horizontalnom letu brzinom od v; = 225 km/h.

Na mernom mestu u transportnoj kabini helikoptera „padobranac“ (slika 10), takođe su dominantna ubrzanja na učestalosti prolaska lopatica nosećeg ro-tora, ali se primećuju i vrhovi koji odgo-varaju i repnom rotoru i reduktoru.

[m/s2] Autospectrum(PILOT Z) - Mark 1 (Magnitude)

Sl. 9 — Autospektar u opsegu do 100 Hz izmerenih vibracija upravcu z ose na mernom mestu „kod pilota“pri horizontalnom letu brzinom od 225 km/h

[m/s2] Autospectrum(PADB Z) - Mark 1 (Magnitude)

Sl. 10 — Autospektar u opsegu do 100 Hz izmerenih vibracija u pravcu z ose na mernom mestu „kodpadobranca“pri horizontalnom letu brzi-nom od 225 km/h

[m/s2] Autospectrum(KONUS Z) - Mark 1 (Magnitude)

HT-40 E _L08-f07 In put FFT An alyzer1 6K

ж» И! Я Як AJtn . InUJti Sfcfc&fe ке&Л

0 200 4QQ 600 800 1 k 12k 14k 1 6k

[Hz]

Sl. 11 — Autospektar u opsegu do 1600 Hz izmerenih vibracija u pravcu z ose na mernom mestu ,,repni konus“pri horizontalnom letu brzinom od 225 km/h

Na mernim mestima na reduktoru i u konusu dominantne su vibracije koje poti-ču od rada motora, transmisije i reduktora. Tako je na slici 11 prikazan autospektar izmeren na mernom mestu „repni konus“ u pravcu z ose. Vidi se da su nivoi ubrzanja izmereni na višim učestalostima neko-liko puta veći od nivoa izmerenog na uče-stalosti prolaska lopatica.

Na osnovu merenja za različite brzi-ne u horizontalnom letu, na dve visine, urađeni su dijagrami zavisnosti intenziteta vibracija od brzine leta za merna mesta „pilot“ i „padobranac“. Na slici 12 vidi se da je najveći nivo vibracija u prela-znom režimu od lebdenja u horizontalni let, pri brzini od v; = 60 km/h (u ovoj fazi leta dolazi do prelaska struje vazduha sa donjake aeroprofila lopatice na gornjaku), zatim se vibracije smiruju i od v; = 180 km/h sa povećanjem brzine i one rastu. Treba imati u vidu da su ove vrednosti iz-merene na podu pilotske kabine i da treba

618

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2004.

I— -4— pilot 8 Pez AP—Д— pilot 9 Pez AP Л pilot 8 И pilot 9|

Sl. 12 — Intenzitet vibracija na UPL glavnog rotora u funkciji brzine leta

uzeti u obzir amortizaciju pilotskog sedi-šta pri oceni komfora i granice zamora u skladu sa propisima [9], [12]. Na izvrše-nim merenjima vibracija helikoptera HT-40 u letu, memo mesto „pilot“ bilo je naj-bliže sedištu pilota. Na ovom mestu, u pravcu z-ose izmerene su RMS vrednosti na učestanosti prolaska lopatica nosećeg rotora od 0,8 m/s2 do 1,1 m/s2 u horizon-talnom letu pri brzinama v; = 150 km/h do 180 km/h. Najveće izmerene vrednosti bile su ispod 1,9 m/s2 u ekstremnim slučaje-vima pri v; = 60 km/h. To znači da u leto-vima sa revitalizovanim lopaticama nije dostignuta granica smanjenja psihofizič-kih osobina (samim tim i granica štetnog uticaja) za period izloženosti od jednog sata. Prenosna funkcija od ovog mernog mesta do površine i naslona sedišta pilota nije određivana, ali kako se sedište i pro-jektuje da amortizuje vibracije, to je sigur-no da su one manje na sedištu. Zbog toga se zaključuje da kod pilota nije došlo do prekoračenja definisane granice komfora. Po završetku letova sa etalon-lopaticama urađena je analiza izmerenih vibracija na učestalosti prolaska lopatica po mernim mestima. Najviše vrednosti RMS ubrzanja na učestalosti prolaska lopatica (UPL) izmerene su na mernom mestu „padobra-nac“ u pravcu y ose i mernom mestu „pi-

lot“ u pravcu z ose. Na mernom mestu „pilot“ u pravcu z ose najveće vrednosti su se kretale između 1,5 m/s2 i 2 m/s2. Najveća snimljena vrednost na ovom ak-celerometru za radne tačke po programu merenja bila je 2,3 m/s2 u horizontalnom letu brzinom v; = 60 km/h, bez uključenog autopilota. Na mernom mestu „padobra-nac“ u pravcu y ose najveće vrednosti su se kretale između 2 m/s2 i 2,5 m/s2. Ove vrednosti prikazane su na slici 13.

Standard ISO 2631-1 definiše ogra-ničenja izloženosti ljudskog organizma mehaničkim vibracijama. Što je vreme izlaganja vibracijama duže, to je dozvo-ljeni nivo ubrzanja niži. Ovaj nivo takođe zavisi i od učestanosti i pravca vibracija i najniži je između 5 Hz i 8 Hz u pravcu

ETALON LOPATICE-PADOBRANAC Y (SVI LETOVI)

I^Metl -^Iet2 let3 —»^l e^4 —le^5 ^Met6 —^le^7 le^8 Iet9 —le^10 ^^let11 ^^zemlial

Sl. 13 — Izmerene vrednosti RMS ubrzanja na UPL, na mernom mestu „padobranac “ u pravcu y ose u svim radnim tackama

Sl. 14 — Vremenska ogranicenja izlozenosti cove-ka vibracijama u pravcu z ose prema standardu ISO2631, definisani su granica komfora i maksi-malno dozvoljeni nivo

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2004.

619

vertikalne z ose tela. U standardu je defi-nisan način merenja, merna mesta i prav-ci merenja. Takođe, date su težinske funkcije od učestalosti, sa kojima se množe izmerene vrednosti ubrzanja radi njihovog poređenja sa graničnim nivoi-ma. Na osnovu ovih funkcija nacrtan je dijagram prikazan na slici 14. Za učesta-lost prolaska lopatica nosećeg rotora od 16 Hz i za jedan sat leta određena je RMS vrednost ubrzanja od 0,8 m/s2 -granica komfora, 2,45 m/s2 - granica smanjenja psihofizičkih osobina i 5 m/s2 - granica štetnog uticaja na čoveka. Ove vrednosti važe za merna mesta na stajnoj površini, odnosno na površini sedišta i naslona.

MIL-H-8501A

Sl. 15 — Dozvoljeni nivo vibracija po propisu MIL-H-8501A

U standardu MIL-H-8501A defini-sane su granice dozvoljenih nivoa ubrzanja za merna mesta na komandama, kod pilota, kod posade i putnika pri različitim režimima leta. Za učestalost prolaska lo-patica nosećeg rotora od 16 Hz, ove granice iznose:

0,4 g («0,28gRMS) - a - na komandama leta;

0,15 g («0,11gRMs) - b1 - kod pilota, posade, putnika na brzinama do brzi-ne krstarenja;

0,2 g («0,14gRMs) - b2 - kod pilota, posade, putnika na brzinama iznad brzine krstarenja;

0,3 g («0,21gRMs) - c - kod pilota, posade, putnika pri ubrzavanju i uspora-vanju.

Na komandama leta nisu merena ubrzanja. U letovima sa revitalizovanim lopaticama granice b1 i b2 bile su preko-račene samo pri v; = 60 km/h i pri letovima sa maksimalnom brzinom od v; = 250 km/h. Granica c nije bila prekoračena.

Vibracije koje se javljaju tokom leta helikoptera utiču na mernu opremu i ote-žavaju proces ocenjivanja kvaliteta leta. Najbolji metod za prevazilaženje ovog problema bio bi proračun i ugradnja anti-vibracionog postolja, ili kućišta za mernu opremu. Sa antivibracionim postoljem može se prigušiti osnovna frekvencija, u našem slučaju od 16 Hz, a softverskim predfiltriranjem ili postfiltriranjem može se prigušiti frekvencija od 3,2 Hz. Iz literature [6] je poznato da je najbolje iza-brati elastomerne izolatore i postaviti ih na takav način da se rotacioni i transla-torni vibro inputi dobro priguše. Kao do-bar izbor izolatora mogli bi se koristiti neopren izolatori (ME500-1) sa koefici-jentom prigušenja 0,05, ali i neki drugi od materijala sa većim stepenom priguše-nja, kao, na primer, Barry-LT smeša. Od-ređivanje broja elastomernih izolatora, kao i njihov raspored mogao bi se ispitati u laboratorijskim uslovima, pa tek onda ugraditi na helikopter. Pokušano je sa ugradnjom izolatora prikazanim na slici 3 koji je bio na raspolaganju, ali rezultat nije bio zadovoljavajući. Nažalost, usled nedostatka resursa, kao i ograničenih ro-kova nije bilo mogućnosti za dugotrajne

620

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 6/2004.

eksperimente, pa su dobijeni podaci o ubrzanjima i ugaonim brzinama propu-šteni kroz poznate softverske filtere. Bilo je na raspolaganju nekoliko metoda, ali najbolji rezultati su dobijeni koriš}enjem Parks-McClellanov metoda, tj. equiripple (Equal ripple), i na taj način su prevazi-đeni tekući problemi.

Zaključak

Analize podataka dobijenih iz letova sa domaćim lopaticama pokazuju da su performanse helikoptera, kao i vibracije izazvane rotirajućim delovima helikoptera u granicama definisanim odgovarajućim standardima, a u odnosu na ruske lopatice daju čak i nešto bolje rezultate. Da bi se iz-vršila ovakva analiza obavljena su obimna ispitivanja. Programom letnih ispitivanja definisani su manevri koje su piloti morali da izvedu na graničnim režimima leta. Ta-kođe, oprema korišćena za određivanje performansi, statičke i dinamičke stabilno-sti helikoptera spada u red visoko sofistici-rane, počev od digitalnog PCM akvizicio-nog sistema, do telemetrijskog prenosa po-dataka i on-line prikaza merenih parameta-ra na ekranu računara. Direktna

komunikacija opitnog inženjera i pilota omogućava ponavljanje nekih elemenata leta, odmah nakon uočenog nedostatka -ukoliko postoji potreba za tim. Tako je iz-begnuto ponavljanje letova, а skraćeno je vreme i resursi potrebni za ovakav zadatak.

Problem uticaja vibracija helikoptera na mernu opremu je poznat. On se,

uglavnom, rešava ugradnjom merne opreme na antivibraciona postolja ili u antivibracione kutije. Pošto svaki heli-kopter ima specifične vibracije, potrebno je uraditi detaljne proračune antivibracio-nih postolja, tj. amortizera koji nose ta postolja i koji treba da priguše uticaj do-minantnih vibracija helikoptera na mernu opremu. Takođe, moguće je koristiti i softverske filtere koji iz podataka dobijenih merenjem prigušuju one koji su na frekvenciji učestanosti prolaženja njiho-vih lopatica.

Literatura

[1] Dević, V., Kovačević, P., Rakonjac, V.: Merenje vibracija na transportnom helikopteru Mi-8, Zbornik radova XLVII Konferencije za ETRAN, Igalo, Sveska II, str. 311-313, jun 2003.

[2] Marković, M., Filipović, Z., Pavlović, D.: Dizajniranje pa-rametara PCM/FM telemetrijskog sistema, TELFOR, Beograd, 2001.

[3] Filipović, Z., Marković, M., Pavlović, D.: PCM/FM teleme-trijski sistem za merenje vazduhoplova i fizioloških karak-teristika pilota, TELFOR, Beograd, 2002.

[4] Nikodinović, D.: Istraživanje spektra i definisanje kriteriju-ma dozvoljenih vibracija helikoptera, LOLA Saopštenja, 23 (1988) 36, Beograd 20. septembar 1988.

[5] MIL-F-83300 Military specification, Flying Qualities of Piloted V/STOL Aircraft, 31. December 1974.

[6] Avionics system for a small unmanned helicopter Performing agressive maneuvers. V. Gavrilets, A. Shterenberg, M. A. Dahleh, E. Feron, M. I. T., Cambridge, MA.

[7] FAR, Part 29-Airworthiness Standards: Transport Category Rotorcraft.

[8] MIL-H-8501A Military specification, Helicopter flying and ground handling qualities, 5. November 1952.

[9] Standard ISO2631/1, 1985.

[10] AGARD-AG-160-VOL-10, Helicopter flight test instrumentation. Keneeth, R.Ferrell.

[11] Bruel& Kj^r, Vibracije helikoptera.

[12] Giurgiutiu, V., Grant, L., Helicopter Health Monitoring And Failure Prevention Through Vibration Management Enhancement Program, 54th Meeting of the Society for Machinery Failure Prevention Technology, May 1-4, 2000.

[13] Izveštaj Vojnotehnički institut, Merenje vibracija na heli-kopteru HT-40 u letu, 2003.

[14] Izveštaj VOC, Ispitivanje revitalizovanih lopatica na helikopteru HT-40, Vazduhoplovni opitni centar, 2003.

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 6/2004.

621