RU2519583C2 - System for data collection, control and diagnostics of helicopter rotor drive units and electronic unit - Google Patents
System for data collection, control and diagnostics of helicopter rotor drive units and electronic unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2519583C2 RU2519583C2 RU2012136057/11A RU2012136057A RU2519583C2 RU 2519583 C2 RU2519583 C2 RU 2519583C2 RU 2012136057/11 A RU2012136057/11 A RU 2012136057/11A RU 2012136057 A RU2012136057 A RU 2012136057A RU 2519583 C2 RU2519583 C2 RU 2519583C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- helicopter
- sensors
- electronic unit
- rotor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение касается системы сбора данных, контроля и диагностики технического состояния агрегатов привода винтов вертолета по вибрации деталей, узлов и агрегатов при работающих двигателях вертолета (виброконтроль и вибродиагностика).The invention relates to a data acquisition system, monitoring and diagnostics of the technical condition of helicopter propeller drive units for vibration of parts, components and assemblies with helicopter engines running (vibration monitoring and vibration diagnostics).
Под техническим состоянием здесь понимается фактическое (полетное) техническое состояние (а не рассчетная оценка технического состояния по статистическим данным) агрегатов привода винтов работающего вертолета в текущем полете.Here, the technical condition is understood as the actual (flight) technical condition (and not the estimated assessment of the technical condition according to statistics) of the drive units of the propellers of a working helicopter in the current flight.
Известно использование при создании систем диагностики авиадвигателей внутреннего сгорания датчиков, содержащих информацию о вибрациях двигателя, штатного агрегат-генератора. Снимаемое с датчика напряжение подвергают спектральному анализу с выделением гармонических составляющих, соответствующих появившемуся или развивающемуся дефекту (патент РФ №2287142, опубл. 2006 г.).Known use when creating diagnostic systems for aircraft internal combustion engines of sensors containing information about the vibration of the engine, a full-time unit generator. The voltage taken from the sensor is subjected to spectral analysis with the allocation of harmonic components corresponding to the emerging or developing defect (RF patent No. 2287142, publ. 2006).
Известен ГОСТ 26382-84. Двигатели газотурбинные гражданской авиации. Допустимые уровни вибрации и общие требования к контролю вибрации. Согласно указанному ГОСТу измеряют и регистрируют вибрацию двигателя и его элементов и частоту вращения роторов в виде амплитудно-частотного спектра гармонических составляющих. По превышению допустимого уровня частоты первой роторной гармоники судят о наличии дефектов и принадлежности к определенным элементам двигателя.Known GOST 26382-84. Gas turbine engines of civil aviation. Permissible vibration levels and general requirements for vibration control. According to the specified GOST, the vibration of the engine and its elements and the rotational speed of the rotors are measured and recorded in the form of the amplitude-frequency spectrum of harmonic components. By exceeding the permissible frequency level of the first rotor harmonic, it is judged about the presence of defects and belonging to certain elements of the engine.
Известен способ диагностики технического состояния элементов авиадвигателя, при котором по приборам измеряют и регистрируют вибрацию двигателя и его элементов и частоту вращения роторов в виде амплитудно-частотного спектра гармонических составляющих (патент РФ №2380670, опубл. 2010 г.). В этом спектре выделяют частоту первой роторной гармоники и определяют наличие дефектов определенных элементов, при этом делают вывод о наличии касания валов по появлению расщепления гармонических составляющих спектра на частотах первых роторных гармоник.There is a known method for diagnosing the technical condition of aircraft engine elements, in which the vibration of the engine and its elements and the rotor speed in the form of the amplitude-frequency spectrum of harmonic components are measured and recorded by instruments (RF patent No. 2380670, publ. 2010). In this spectrum, the frequency of the first rotor harmonic is distinguished and the presence of defects of certain elements is determined, and the conclusion is made about the presence of contact of the shafts by the appearance of splitting of the harmonic components of the spectrum at the frequencies of the first rotor harmonics.
Известно устройство для контроля авиадвигателя (патент РФ №2249119, опубл. 2005, F02C 9/2, G01L 23/22 54), которое может быть использовано для бортового контроля авиадвигателя, преимущественно газотурбинного. Устройство содержит бортовой вычислитель и командный блок. На вход бортового вычислителя поступают текущие значения контролируемых параметров, а на вход командного блока - текущие значения предельных и опасных параметров авиадвигателя. В командном блоке сравнивают текущие значения этих параметров, соответственно, с текущими значениями предельных и опасных величин, и при выходе значений параметров за границы предельных или опасных величин формируют предельные и опасные команды и передают их в аварийную систему самолета и в бортовой вычислитель.A device for controlling an aircraft engine is known (RF patent No. 2249119, publ. 2005, F02C 9/2, G01L 23/22 54), which can be used for on-board monitoring of an aircraft engine, mainly a gas turbine. The device contains an on-board computer and a command unit. The current values of the monitored parameters are received at the input of the on-board computer, and the current values of the limit and hazardous parameters of the aircraft engine are received at the input of the command unit. In the command unit, the current values of these parameters are compared, respectively, with the current values of the limit and dangerous values, and when the parameter values go beyond the limits of the limit or dangerous values, limit and dangerous commands are generated and transferred to the aircraft emergency system and to the on-board computer.
Известные технические решения обладают невысокой эффективностью контроля и диагностики технического состояния, т.к. не содержат средств для осуществления мониторинга (контроля) вибраций узлов, деталей, агрегатов привода винтов вертолета, которые являются жизненно важными показателями, отражающими фактическое техническое состояние машины.Known technical solutions have low monitoring and diagnostics of the technical condition, because they do not contain the means for monitoring (controlling) the vibrations of components, parts, and units of the helicopter propeller drive, which are vital indicators that reflect the actual technical condition of the machine.
Постоянный контроль этих вибраций позволяет предсказать проблемы вертолета до того, как они принесут серьезный ущерб, предотвратить повреждение оборудования и непредвиденных отказов, в том числе аварийных.Constant monitoring of these vibrations allows predicting helicopter problems before they cause serious damage, preventing equipment damage and unforeseen failures, including emergency ones.
Известно устройство для диагностики технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов газотурбинного двигателя (ГТД), например, вертолета (патент РФ №2379645, опубл. 2010 г.). Устройство содержит последовательно соединенные средства измерения вибросигналов в виде лазерного вибропреобразователя с измерительной головкой, объективом и электронным блоком и средства обработки вибросигналов в виде регистратора-анализатора с возможностью цифровой обработки вибросигналов. Регистратор-анализатор может содержать энергонезависимую память и обрабатывать вибросигнал в диапазоне частот от 0,5 Гц до 30 кГц в широком амплитудном диапазоне.A device for diagnosing the technical condition of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine (GTE), for example, a helicopter (RF patent No. 2379645, publ. 2010). The device comprises serially connected means for measuring vibration signals in the form of a laser vibration transducer with a measuring head, a lens, and an electronic unit and means for processing vibration signals in the form of a recorder-analyzer with the possibility of digital processing of vibration signals. The recorder-analyzer can contain non-volatile memory and process a vibrational signal in the frequency range from 0.5 Hz to 30 kHz in a wide amplitude range.
Известно устройство для диагностики технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов газотурбинного двигателя (патент РФ на полезную модель №70005, опубл. 2008 г.), которое может быть использовано для бесконтактной диагностики авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и приводных агрегатов (ПА). Устройство содержит последовательно соединенные средство измерения вибросигналов (ВС) в виде лазерного вибропреобразователя с измерительной головкой, объективом и электронным блоком, а также средство обработки ВС в виде регистратора-анализатора с возможностью цифровой обработки ВС, выполненного с возможностью определения оборотов первичного вала при отсутствии тахосигнала по соотношениям характерных частот путем выбора участков ВС во временной реализации ВС при стационарных оборотах, спектрального анализа ВС, осуществления процедуры сглаживания спектра вибрации (СВ), совмещения исходного и сглаженного СВ, удаления из исходного СВ дискретных составляющих, сопоставления выделенных дискретных составляющих с расчетными значениями характерных частот, определяемых по кинематическим характеристикам диагностируемых узлов.A device for diagnosing the technical condition of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine (RF patent for utility model No. 70005, publ. 2008), which can be used for non-contact diagnostics of aircraft gas turbine engines (GTE) and drive units (PA). The device comprises serially connected means of measuring vibration signals (VS) in the form of a laser vibration transducer with a measuring head, a lens and an electronic unit, as well as means for processing aircraft in the form of a recorder-analyzer with the possibility of digital processing of aircraft, made with the possibility of determining the speed of the primary shaft in the absence of a tacho correlations of characteristic frequencies by selecting aircraft sections in the temporary implementation of aircraft at stationary speeds, spectral analysis of aircraft, process urs smoothing vibration spectrum (CB), and combining the smoothed original CB, CB Removal of the original discrete components, comparing the selected discrete components with the calculated values of the characteristic frequency defined by kinematic characteristics diagnosed nodes.
Известен способ и устройство мониторинга состояния и работоспособности транспортного средства, например, вертолета (заявка США №2009/0216398), позволяющие контролировать состояние и/или работопригодность одного или более его компонентов. Используется множество вариантов расположения беспроводных датчиков вибраций, чтобы по вибрациям во время работы транспортного средства контролировать один или более элементов транспортного средства и передавать полученные данные в пункт доступа данных с переключением режимов сбора и накопления. Пункт доступа данных может передать данные в реальном времени или доступ к данным может быть получен позже.A known method and device for monitoring the condition and performance of a vehicle, for example, a helicopter (application US No. 2009/0216398), allowing to control the condition and / or operability of one or more of its components. There are many options for the location of wireless vibration sensors in order to control one or more vehicle elements by vibration during vehicle operation and transmit the received data to a data access point with switching of collection and accumulation modes. A data access point can transmit data in real time or data access can be obtained later.
Известна система для мониторинга состояния и работопригодности транспортного средства, такого как вертолет, содержащая, по меньшей мере, один свободный беспроводной датчик (патент Великобритании 2457789, опубл. 2009 г). Общее количество датчиков, которые контролируют транспортное средство, и вес транспортного средства, таким образом, уменьшены. Такие беспроводные датчики могут использоваться вместе с другими датчиками. Свободный беспроводной датчик размещают в одном месте на транспортном средстве, проводят мониторинг при работающем транспортном средстве, затем этот беспроводный датчик демонтируют и помещают в другое место. Датчик может быть временно помещен в одно положение, чтобы контролировать один или более компонентов транспортного средства, и затем перемещен в другое положение, чтобы контролировать один или более других компонентов транспортного средства.A known system for monitoring the condition and operability of a vehicle, such as a helicopter, containing at least one free wireless sensor (UK patent 2457789, publ. 2009). The total number of sensors that monitor the vehicle and the weight of the vehicle are thus reduced. Such wireless sensors can be used with other sensors. A free wireless sensor is placed in one place on the vehicle, monitoring while the vehicle is running, then this wireless sensor is dismantled and placed in another place. The sensor may be temporarily placed in one position to monitor one or more components of the vehicle, and then moved to another position to monitor one or more other components of the vehicle.
Известна также система и способ мониторинга состояния и работоспособности транспортного средства, например, вертолета (патент Великобритании №2457795, опубл. 2009 г.). Множество беспроводных датчиков виброускорения (акселерометров) активируются посредством вибраций транспортного средства и настраиваются так, чтобы контролировать один или более компонентов транспортного средства и сообщать в пункт доступа данных. Пункт доступа может передать данные в реальном времени оператору и/или обеспечить доступ к данным позже. Датчики при контроле вертолета размещают на важнейших узлах вертолета, таких как главный редуктор, хвостовая трансмиссия, промежуточный редуктор, хвостовой редуктор.There is also known a system and method for monitoring the condition and performance of a vehicle, for example, a helicopter (UK patent No. 2457795, publ. 2009). Many wireless vibration acceleration sensors (accelerometers) are activated by vehicle vibrations and configured to monitor one or more vehicle components and report data to the access point. An access point may transmit real-time data to an operator and / or provide access to data later. Sensors during helicopter monitoring are placed on the most important components of the helicopter, such as the main gearbox, tail transmission, intermediate gearbox, and tail gearbox.
В некоторых вариантах исполнения, по крайней мере, один беспроводной датчик сконфигурирован так, что при определенной вибрации на первой рабочей частоте вертолета он переключается из режима ожидания в режим сбора. Датчики переключаются из режима ожидания в активное состояние получения и накопления данных, если, по крайней мере, активна первая рабочая частота вибрации вертолета или вторая рабочая частота вибрации вертолета.In some embodiments, at least one wireless sensor is configured so that, with a certain vibration at the first operating frequency of the helicopter, it switches from standby to collection mode. Sensors switch from standby to the active state of receiving and accumulating data if at least the first working helicopter vibration frequency or the second helicopter vibration working frequency is active.
Однако мониторинг с перемещением беспроводных датчиков из одной позиции в другую не позволяет одновременно получить пространство признаков достаточной полноты. Беспроводные датчики, составляющие основу указанных систем, не обладают достаточной точностью при использовании на изделии в эксплуатации, не универсальны, не имеют широкого диапазона по частоте и амплитуде, достаточного для мониторинга работающих узлов, деталей, агрегатов привода винтов вертолета. Все это снижает информативность собранных данных и эффективность контроля и диагностики технического состояния, прогнозирования отказов и предотказного состояния. Кроме этого, беспроводные системы сложны и дороги в эксплуатации.However, monitoring with the movement of wireless sensors from one position to another does not allow to simultaneously obtain a space of signs of sufficient completeness. The wireless sensors that form the basis of these systems do not have sufficient accuracy when used on the product in operation, they are not universal, they do not have a wide range in frequency and amplitude sufficient to monitor the working units, parts, and units of the helicopter propeller drive. All this reduces the information content of the collected data and the effectiveness of monitoring and diagnostics of the technical condition, prediction of failures and pre-failure condition. In addition, wireless systems are complex and expensive to operate.
В основу изобретения положена задача создать эффективную систему сбора данных, контроля и диагностики технического состояния агрегатов привода винтов вертолета по вибрациям деталей, узлов и агрегатов при работающих двигателях вертолета, стабильную, простую и недорогостоящую в эксплуатации.The basis of the invention is the task of creating an effective system for collecting data, monitoring and diagnosing the technical condition of the helicopter propeller drive units by vibration of parts, components and assemblies with the helicopter engines running, stable, simple and inexpensive to operate.
Техническим результатом является повышение эффективности сбора данных, информативности контроля и диагностики технического состояния агрегатов привода винтов работающего вертолета. Техническим результатом является также доступность монтажа и демонтажа датчиков вибраций и кронштейнов, а также снижение стоимости обслуживания вертолета.The technical result is to increase the efficiency of data collection, informative monitoring and diagnostics of the technical condition of the drive units of the propellers of a working helicopter. The technical result is also the availability of mounting and dismounting vibration sensors and brackets, as well as reducing the cost of helicopter maintenance.
Поставленная задача решается тем, что система сбора данных, контроля и диагностики технического состояния агрегатов привода винтов работающего вертолета включает пьезоэлектрические датчики вибрации, которые установлены на корпусе, по меньшей мере, одного из агрегатов привода винтов вертолета и расположены так, что получают данные с полнотой, достаточной для диагностики технического состояния деталей, узлов, по меньшей мере, одного агрегата привода винтов работающего вертолета, и бортовой электронный блок, который связан с выходами указанных датчиков вибраций и выполнен с возможностью цифровой обработки вибросигналов, управления и осуществления сбора, первичной обработки и оценки параметров сигналов отдельных датчиков и/или их комбинаций, накопления данных датчиков и сохранения их на внешних и/иди съемных носителях, пригодных для считывания компьютером и вторичной обработки в наземных условиях.The problem is solved in that the system of data collection, monitoring and diagnostics of the technical condition of the screw drive units of a working helicopter includes piezoelectric vibration sensors that are installed on the housing of at least one of the helicopter screw drive units and are located so that they receive data with completeness, sufficient for diagnosing the technical condition of parts, assemblies of at least one drive unit for the propellers of a working helicopter, and an on-board electronic unit, which is connected to the outputs of vibration sensors and is configured to digitally process vibration signals, control and carry out the collection, primary processing and evaluation of signal parameters of individual sensors and / or their combinations, accumulate sensor data and store them on external and / or removable media suitable for reading by a computer and secondary ground processing.
Целесообразно, чтобы установка датчиков на корпусах агрегатов была выполнена с помощью крепежа, который был бы приспособлен непосредственно под место установки каждого датчика на агрегатах привода винтов вертолета и выполнен в виде кронштейнов, болтов и шпилек.It is advisable that the installation of sensors on the bodies of the units was performed using fasteners that would be adapted directly to the installation location of each sensor on the units of the helicopter propeller drive and made in the form of brackets, bolts and studs.
Выгодно, чтобы крепление датчиков было выполнено в технологических отверстиях, приспособленных непосредственно под датчик.It is advantageous for the sensors to be mounted in technological holes adapted directly under the sensor.
Крайне целесообразно, чтобы на вертолете Ми-8 и его модификациях, в частности Ми-8МТВ, система включала множество пьезоэлектрических датчиков вибрации, которые установлены на корпусах агрегатов привода винтов вертолета и расположены так, что получают данные с полнотой, достаточной для диагностики технического состояния деталей, узлов и агрегатов привода винтов работающего вертолета, причем датчики были установлены следующим образом: однокомпонентные датчики вибрации закреплены на кронштейнах или шпильках в технологических отверстиях на левой стороне фланца переднего пояса крепления левого (датчик 1) и правого (датчик 2) двигателей, на передней крышке главного редуктора с левой (датчики 3 и 5) и с правой стороны (датчики 4 и 6), на крышке привода карданного вала вентилятора (датчик 7), на заднем правом технологическом отверстии на верхней крышке (датчик 8) и в правом технологическом отверстии на задней лапе крепления (датчик 9) главного редуктора на шпильке крепления корпуса тормоза несущего винта (датчик 10), на хвостовой трансмиссии на шести местах крепления опор хвостового вала вместо штатных передних по полету болтов крепления болтом вниз (датчики 11-16), в нижнем отверстии крепления промежуточного редуктора (датчик 17), на месте задней, нижней по горизонтальной оси, гайки крышки редуктора рулевого винта (датчик 18), трехкомпонентные датчики вибраций для контроля дисбаланса несущего винта закреплены на кронштейнах, например, в кабине экипажа под правым блистером и на полке за левым пилотом, в редукторном отсеке на вертикальной панели за главным редуктором и на корпусе токосъемника рулевого винта.It is extremely advisable that on the Mi-8 helicopter and its modifications, in particular the Mi-8MTV, the system includes many piezoelectric vibration sensors that are installed on the bodies of the helicopter rotor drive assemblies and are located so that they receive data with a completeness sufficient to diagnose the technical condition of the parts , components and assemblies of the propeller drive of a working helicopter, and the sensors were installed as follows: one-component vibration sensors are mounted on brackets or studs in the process holes on the left side of the front flange of the front mounting belt of the left (sensor 1) and right (sensor 2) engines, on the front cover of the main gearbox on the left (
Система включает датчик фазы несущего винта и прерыватель (индуктор) магнитного потока, закрепленный на кронштейнах на автомате перекоса, датчик фазы рулевого винта, закрепленный на кронштейнах на корпусе его токосъемника, и прерыватель магнитного потока, закрепленный на кронштейне провода токосъемника.The system includes a rotor phase sensor and a magnetic flux chopper (inductor) mounted on the brackets on the swash plate, a tail rotor phase sensor mounted on brackets on its current collector body, and a magnetic flux chopper mounted on the bracket of the current collector wire.
Кронштейны для трехкомпонентного датчика вибрации для контроля дисбаланса несущего винта выбраны из ряда кронштейнов, показанного на фиг.3, а кронштейны для других датчиков вибрации выбраны из ряда кронштейнов, которые показаны на фиг.2.The brackets for the three-component vibration sensor for controlling the rotor unbalance are selected from the row of brackets shown in FIG. 3, and the brackets for the other vibration sensors are selected from the row of brackets shown in FIG. 2.
Поставленная задача решается также тем, что электронный блок, предназначенный для сбора, предварительной обработки и накопления измеряемой информации системы сбора данных, контроля и диагностики технического состояния агрегатов привода винтов работающего вертолета, включает, по меньшей мере, один модуль аналого-цифрового преобразования аналоговых сигналов от, по меньшей мере, одного пьезоэлектрического датчика вибрации в цифровую форму, по меньшей мере, один процессор для цифровой обработки сигналов, по меньшей мере, одну программируемую логическую матрицу для обработки оцифрованных сигналов, средства записи на энергонезависимые носители накопленной информации датчиков и управляющий компьютер с установленным системным программным обеспечением, содержащим алгоритм осуществления сбора, первичной обработки и оценки параметров сигналов отдельных датчиков и/или их комбинаций, накопления данных и сохранения на внешних носителях, пригодных для считывания компьютером и вторичной обработки в наземных условиях.The problem is also solved by the fact that the electronic unit, designed to collect, pre-process and accumulate the measured information of the data acquisition system, monitor and diagnose the technical condition of the screw drive units of a working helicopter, includes at least one module of analog-to-digital conversion of analog signals from at least one piezoelectric vibration sensor in digital form, at least one processor for digitally processing signals, at least one programmer a removable logical matrix for processing digitized signals, means for recording non-volatile media of accumulated sensor information and a control computer with installed system software containing an algorithm for collecting, primary processing and evaluating the parameters of the signals of individual sensors and / or their combinations, data storage and storage on external media suitable for computer reading and secondary processing in terrestrial conditions.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием и фигурами, где:The invention is further explained in the description and figures, where:
на фиг.1 представлена структурная схема агрегатов приводов винтов вертолета и системы их контроля и диагностики согласно изобретению (вид сбоку и сверху),figure 1 presents the structural diagram of the aggregates of the drives of the propellers of the helicopter and the systems for their monitoring and diagnostics according to the invention (side view and top),
на фиг.2 представлены варианты воплощения кронштейнов однокомпонентных датчиков вибрации приспособленных непосредственно под место установки на агрегатах привода винтов вертолета,figure 2 presents embodiments of the brackets of one-component vibration sensors adapted directly under the installation location on the units of the drive screws of the helicopter,
на фиг.3 представлены варианты воплощения кронштейнов трехкомпонентных датчиков вибрации, приспособленных непосредственно под место установки на агрегатах привода винтов вертолета,figure 3 presents embodiments of the brackets of three-component vibration sensors, adapted directly to the installation site on the units of the drive screws of the helicopter,
на фиг.4 и фиг.5 представлена технологическая установка однокомпонентного пьезоэлектрического датчика вибрации с креплением кронштейном на двигателе вертолета,figure 4 and figure 5 presents the technological installation of a one-component piezoelectric vibration sensor with bracket mounting on the helicopter engine,
на фиг.6 и фиг.7 представлена технологическая установка однокомпонентных пьезоэлектрических датчиков вибрации с креплением кронштейном на шпильке передней крышки главного редуктора вертолета.in Fig.6 and Fig.7 presents the technological installation of one-component piezoelectric vibration sensors with mounting bracket on the stud of the front cover of the main gearbox of the helicopter.
Лучший вариант системы контроля и диагностики агрегатов привода винтов вертолетов согласно изобретению содержит, как показано на фиг.1, восемнадцать пьезоэлектрических датчиков 1-18 вибрации и электронный блок 23, который установлен на борту вертолета (бортовой электронный блок) и связан с выходами указанных датчиков вибраций.The best version of the system for monitoring and diagnosing helicopter rotor drive aggregates according to the invention contains, as shown in FIG. 1, eighteen piezoelectric vibration sensors 1-18 and an electronic unit 23 that is mounted on board the helicopter (on-board electronic unit) and is connected to the outputs of these vibration sensors .
Каждый датчик 1-18 связан с электронным блоком 23.Each sensor 1-18 is associated with an electronic unit 23.
К контролируемым агрегатам привода винтов относятся двигатели, главный редуктор, привод карданного вала вентилятора, несущий вал, хвостовая трансмиссия с хвостовым валом, промежуточный редуктор и редуктор рулевого винта. Контролируемыми могут быть иные агрегаты, если такое необходимо для полноты информации в зависимости от типа вертолета. Система контроля согласно изобретению может иметь исполнение для контроля определенных агрегатов вертолета, например, главных редукторов вертолета.Controlled screw drive assemblies include engines, a main gearbox, a fan drive shaft drive, a bearing shaft, a tail transmission with a tail shaft, an intermediate gearbox and a tail rotor gearbox. Other units may be controlled if this is necessary for completeness of information depending on the type of helicopter. The control system according to the invention may be configured to control certain helicopter assemblies, for example, helicopter main gearboxes.
Для различных типов вертолетов возможно количество датчиков, отличное от 18. Их число определено полнотой, достаточной для диагностики технического состояния деталей, узлов и агрегатов привода винтов работающего вертолета определенного типа.For various types of helicopters, the number of sensors possible is different from 18. Their number is determined by the completeness sufficient to diagnose the technical condition of parts, components and assemblies of the propeller drive of a working helicopter of a certain type.
Каждый датчик 1-18 может быть связан с электронным блоком 23 через собственный согласующий усилитель 24. Усилитель 24 может быть встроен в датчик или разъем кабеля датчика.Each sensor 1-18 can be connected to the electronic unit 23 through its own matching amplifier 24. The amplifier 24 can be integrated into the sensor or the connector of the sensor cable.
Агрегаты привода винтов вертолета имеют суровые условия эксплуатации, приземления и взлета на различных площадках.Helicopter propeller drive units have severe operating, landing and take-off conditions at various sites.
Пьезоэлектрические датчики могут быть устойчивыми для повреждений в результате сильных ударов и вибрации, иметь защиту от грязи, масла и большинства химических сред. Пьезоэлектрический элемент датчика производит сигнал, пропорциональный ускорению.Piezoelectric sensors can be resistant to damage due to strong impacts and vibrations, and have protection against dirt, oil and most chemical environments. The piezoelectric sensor element produces a signal proportional to acceleration.
Пьезоэлектрические датчики, составляющие основу системы согласно изобретению, простые, обладают достаточной точностью при использовании на изделии в эксплуатации, универсальны, имеют широкий диапазон по частоте и амплитуде, достаточный для мониторинга работающих узлов, деталей, агрегатов привода винтов вертолета. Важная проблема состоит в их установке на корпусах агрегатов привода винтов вертолета и расположении так, чтобы получить данные с достаточной полнотой для диагностики технического состояния деталей, узлов и агрегатов привода винтов работающего вертолета.The piezoelectric sensors that form the basis of the system according to the invention are simple, have sufficient accuracy when used on the product in operation, are universal, have a wide range in frequency and amplitude, sufficient to monitor the working nodes, parts, and units of the helicopter propeller drive. An important problem is their installation on the bodies of the helicopter rotor drive aggregates and their location so as to obtain data with sufficient completeness to diagnose the technical condition of the parts, assemblies and rotor drive assemblies of the working helicopter.
Для решения этого пьезоэлектрические датчики (в лучшем варианте, датчики 1-18 на фиг.1) установлены на корпусах агрегатов привода винтов вертолета, таких как главный редуктор, хвостовая трансмиссия, промежуточный редуктор, хвостовой редуктор, в определенных местах, на специальных кронштейнах, выбранных из ряда кронштейнов 26-33, показанных на фиг.2, приспособленных непосредственно под место установки однокомпонентных датчиков вибрации на агрегатах привода винтов вертолета, и кронштейнов 34-36, показанных на фиг.3, приспособленных непосредственно под место установки трехкомпонентных датчиков вибрации и/или на шпильках.To solve this, piezoelectric sensors (in the best case, sensors 1-18 in figure 1) are installed on the bodies of the helicopter propeller drive assemblies, such as the main gear, tail gear, intermediate gear, tail gear, in certain places, on special brackets selected from a number of brackets 26-33, shown in figure 2, adapted directly under the installation site of one-component vibration sensors on the helicopter propeller drive units, and brackets 34-36, shown in figure 3, adapted directly but under the installation site of the three-component vibration sensors and / or studs.
Эти кронштейны приспособлены непосредственно под место установки и выполнены так, как показано на фиг.2 и на фиг.3, и пригодны для использования варианта исполнения системы.These brackets are adapted directly to the installation location and are made as shown in FIG. 2 and FIG. 3, and are suitable for using an embodiment of the system.
В системе согласно изобретению могут быть применены, например, контактные пьезоэлектрические вибрационные датчики марки МВ-04-4. Они обладают высокой долгосрочной стабильностью, универсальны, имеют широкий рабочий частотный диапазон, большой динамический диапазон, достаточный для измерения вибраций работающих узлов, деталей, агрегатов привода винтов вертолета, дают выход, пропорциональный абсолютному ускорению в месте крепления датчика. Кроме того, они просты в эксплуатации и недорогостоящие.In the system according to the invention, for example, contact piezoelectric vibration sensors of the brand MV-04-4 can be used. They have high long-term stability, are universal, have a wide working frequency range, a large dynamic range, sufficient to measure vibrations of working units, parts, helicopter propeller drive aggregates, give an output proportional to the absolute acceleration at the sensor mounting location. In addition, they are easy to operate and inexpensive.
Расположение указанных датчиков определяется с учетом следующих факторов:The location of these sensors is determined taking into account the following factors:
- положением относительно оцениваемой детали (направление измерительной оси и кратчайшее расстояние до деталей, учет направления сил, возбуждающих вибрации при работе редуктора);- the position relative to the part being evaluated (the direction of the measuring axis and the shortest distance to the parts, taking into account the direction of the forces that excite vibration during gear operation);
- удобством монтажа и демонтажа датчика вибраций и кронштейна;- ease of installation and dismantling of the vibration sensor and bracket;
- возможностью контровки кронштейна относительно корпуса редуктора и датчика относительно кронштейна;- the ability to lock the bracket relative to the gear housing and the sensor relative to the bracket;
- возможностью установки кронштейна и датчика без демонтажа штатных деталей редуктора;- the ability to install the bracket and sensor without dismantling the standard gear parts;
- возможностью обеспечения требований состояния контактирующих поверхностей редуктора-кронштейна и кронштейна-датчика.- the ability to meet the requirements of the state of the contacting surfaces of the gearbox-bracket and bracket-sensor.
Наиболее целесообразно, чтобы в системе для вертолетов, в частности Ми-8 и его модификаций, например, Ми-8МТВ, датчики 1-18 были установлены следующим образом: однокомпонентные датчики вибрации закреплены на кронштейнах или шпильках в технологических отверстиях на левой стороне фланца переднего пояса крепления левого (датчик 1) и правого (датчик 2) двигателей, на передней крышке главного редуктора с левой (датчики 3 и 5) и с правой стороны (датчики 4 и 6), на крышке привода карданного вала вентилятора (датчик 7), на заднем правом технологическом отверстии на верхней крышке (датчик 8) и в правом технологическом отверстии на задней лапе крепления (датчик 9) главного редуктора, на шпильке крепления корпуса тормоза несущего винта (датчик 10), на хвостовой трансмиссии на шести местах крепления опор хвостового вала вместо штатных передних по полету болтов крепления болтом вниз (датчики 11-16), в нижнем отверстии крепления промежуточного редуктора (датчик 17), на месте задней, нижней по горизонтальной оси, гайки крышки редуктора рулевого винта (датчик 18).It is most advisable that in a system for helicopters, in particular Mi-8 and its modifications, for example, Mi-8MTV, sensors 1-18 should be installed as follows: one-component vibration sensors are mounted on brackets or studs in the technological holes on the left side of the front belt flange fastenings of the left (sensor 1) and right (sensor 2) engines, on the front cover of the main gearbox on the left (
Для обеспечения качественного крепления датчики 1-18 установлены на специальных кронштейнах, выбранных из ряда кронштейнов, приспособленных непосредственно под место установки, и показанных на фиг.2. Датчики могут быть установлены в технологических отверстиях корпусов и соединений, приспособленных непосредственно под датчик (на фигурах не показаны).To ensure high-quality fastening, sensors 1-18 are mounted on special brackets selected from a number of brackets, adapted directly to the installation site, and shown in figure 2. The sensors can be installed in the technological openings of the housings and joints, adapted directly under the sensor (not shown in the figures).
Система также содержит трехкомпонентные датчики вибраций для контроля дисбаланса несущего винта. Датчики могут располагаться в кабине экипажа под правым блистером и на полке за левым пилотом, в редукторном отсеке на вертикальной панели за главным редуктором, на корпусе токосъемника рулевого винта (не показаны). Трехкомпонентные датчики также закреплены на кронштейнах, приспособленных непосредственно под место установки, которые выбирают из ряда кронштейнов, показанных на фиг.3.The system also contains three-component vibration sensors to monitor the rotor imbalance. Sensors can be located in the cockpit under the right blister and on the shelf behind the left pilot, in the gearbox on the vertical panel behind the main gearbox, on the tail rotor current collector case (not shown). Three-component sensors are also mounted on brackets adapted directly to the installation site, which are selected from a number of brackets shown in FIG. 3.
Кроме того, система может быть снабжена датчиком фазы несущего винта и прерывателем (индуктор) магнитного потока, закрепленными на кронштейнах на автомате перекоса, датчиком фазы рулевого винта, закрепленным на кронштейнах на корпусе его токосъемника, и прерывателем магнитного потока, закрепленным на кронштейне провода токосъемника (не показаны).In addition, the system can be equipped with a rotor phase sensor and a magnetic flux chopper (inductor) mounted on the brackets on the swash plate, a tail rotor phase encoder mounted on the brackets on its current collector body, and a magnetic flux chopper mounted on the bracket of the current collector wire ( not shown).
На фиг.4 на фиг.5 представлена технологическая установка однокомпонентных пьезоэлектрических датчиков вибрации в технологическом отверстии на левой стороне фланца переднего пояса крепления левого двигателя (датчик 1, с креплением кронштейном 27, выбранным из ряда кронштейнов на фиг.4), и в технологическом отверстии на левой стороне фланца переднего пояса крепления правого двигателя (датчик 2, фиг.5) с креплением кронштейном 27, выбранным из ряда кронштейнов на фиг.2.Figure 4 in figure 5 shows the technological installation of one-component piezoelectric vibration sensors in the technological hole on the left side of the flange of the front belt of the left engine mount (sensor 1, with the
На фиг.6 и фиг.7 представлена технологическая установка однокомпонентных пьезоэлектрических датчиков вибрации на главном редукторе: на передней крышке с левой стороны датчики 3 и 5 (фиг.6) с креплением кронштейном 26, выбранным из ряда кронштейнов на фиг.2, на передней крышке с правой стороны датчики 4 и 6 (фиг.7) с креплением кронштейном 26, выбранным из ряда кронштейнов на фиг.2.Fig.6 and Fig.7 shows the technological installation of one-component piezoelectric vibration sensors on the main gear: on the front cover on the left side of the
Система контролирует дисбалансы винтов и при наличии датчика фазы несущего винта производит динамическую балансировку несущего винта. Индукционные датчики частот (например, с датчиками вращения свободных турбин двигателей вертолета) и датчики фазы несущего винта являются штатными (не показаны).The system monitors the imbalances of the screws and, in the presence of the rotor phase sensor, dynamically balances the rotor. Induction frequency sensors (for example, with rotation sensors of free turbines of helicopter engines) and rotor phase sensors are standard (not shown).
Электронный блок 23, предназначенный для сбора, предварительной обработки и накопления измеряемой информации системы сбора данных, контроля и диагностики технического состояния агрегатов вертолета, включает, по меньшей мере, один модуль аналого-цифрового преобразования аналоговых сигналов датчиков в цифровую форму, по меньшей мере, один процессор для цифровой обработки сигналов, по меньшей мере, одну программируемую логическую матрицу для обработки оцифрованного сигнала, средства записи на энергонезависимые носители накопленной информации датчиков и управляющий компьютер с установленным системным программным обеспечением, содержащим алгоритм осуществления сбора, первичной обработки и диагностической оценки параметров сигналов отдельных датчиков и/или их комбинаций, накопления данных датчиков и сохранения на внешних носителях, пригодных для считывания компьютером и вторичной обработки в наземных условиях.The electronic unit 23, designed to collect, pre-process and accumulate the measured information of the data acquisition system, monitor and diagnose the technical condition of the helicopter units, includes at least one module for analog-to-digital conversion of analog sensor signals to digital form, at least one a processor for digitally processing signals, at least one programmable logic matrix for processing a digitized signal, means for recording on non-volatile media of stored information sensor radiation and a control computer with installed system software that contains an algorithm for collecting, primary processing and diagnostic evaluation of signal parameters of individual sensors and / or their combinations, accumulating sensor data and storing it on external media suitable for computer reading and secondary processing in ground conditions .
Электронный блок 23 может быть снабжен бортовым пультом 25 дистанционного управления с дисплеем, с помощью которого возможно управление сбором и накоплением информации. Возможны варианты исполнения пульта со съемными модулями памяти. Выходы датчиков вибрации 1-18 (см. фиг.1) через согласующие усилители 24 связаны с электронным блоком. Вход электронного блока может быть также связан со штатными индукционными датчиками частот (например, с датчиками вращения свободных турбин двигателей вертолета) и датчиками фазы несущего винта (не показаны).The electronic unit 23 may be equipped with an on-board remote control 25 with a display, with which it is possible to control the collection and accumulation of information. Remote control options with removable memory modules are possible. The outputs of the vibration sensors 1-18 (see figure 1) through matching amplifiers 24 are connected to the electronic unit. The input of the electronic unit can also be connected with standard induction frequency sensors (for example, with rotation sensors of free turbines of helicopter engines) and rotor phase sensors (not shown).
Электронный блок 23 выполнен с возможностью сбора и накопления сигналов вибраций в широком частотном и динамическом диапазонах, включая уровень шумов, а также, в результате обработки этих сигналов методами синхронного следящего анализа, получения на рабочих режимах параметров вибраций каждого отдельного вала и его деталей, включая зубчатые колеса и подшипники, двигателей, многопоточных редукторов, коробок приводов агрегатов. Параметры вибраций оцениваются блоком на информативных частотах, включая частоты форм собственных колебаний этих деталей и зубцовые составляющие дифференциальных рядов. Также электронный блок может быть выполнен с возможностью контроля и диагностики изменения дисбалансов и дефектов деталей, включая развитие трещин в тонкостенных диафрагмах зубчатых колес с использованием данных датчиков частот и фаз несущего винта.The electronic unit 23 is configured to collect and accumulate vibration signals in a wide frequency and dynamic ranges, including the noise level, and also, as a result of processing these signals by synchronous tracking analysis, to obtain vibration parameters of each individual shaft and its parts, including gear, in operating modes wheels and bearings, engines, multi-threaded gearboxes, gearboxes of drive units. The vibration parameters are evaluated by the unit at informative frequencies, including the frequencies of the forms of natural vibrations of these parts and the tooth components of the differential series. Also, the electronic unit can be configured to monitor and diagnose changes in imbalances and defects of parts, including the development of cracks in thin-walled diaphragms of gear wheels using data from frequency sensors and rotor phases.
Электронный блок может иметь модуль обмена информацией со штатными бортовыми системами вертолета.The electronic unit may have a module for exchanging information with regular on-board helicopter systems.
Электронный блок может быть снабжен бортовым пультом дистанционного управления с дисплеем.The electronic unit can be equipped with an on-board remote control with a display.
Система контроля и диагностики агрегатов приводов винтов вертолетов также может включать рабочую станцию для наземной обработки сигналов вибраций.The system for monitoring and diagnosing helicopter rotor drive aggregates may also include a workstation for ground processing of vibration signals.
Система работает следующим образом.The system operates as follows.
При работающем вертолете электрические сигналы с выхода всех датчиков вибраций, частот вращения и фаз поступают на вход электронного блока, где преобразуются в цифровую форму, и с помощью управляющего компьютера с установленным системным программным обеспечением, содержащим алгоритм осуществления сбора, первичной обработки и оценки параметров сигналов с отдельных датчиков и/или их комбинаций, обрабатываются, оценивая как отдельные параметры сигналов, так и их комбинаций. При этом в памяти электронного блока накапливаются и сохраняются2 как сами преобразованные сигналы, так и результаты их предварительной обработки, включая оценки параметров с привязкой ко времени выполнения измерения. Электронный блок сохраняет всю информацию на съемных энергонезависимых носителях для вторичной обработки в наземных условиях. Контроль уровней вибрации в процессе работы вертолета позволяет заранее предсказать отказы и поломки агрегатов вертолета до того, как они принесут серьезный ущерб. Он позволяет предотвратить повреждение оборудования и непредвиденных отказов, в том числе аварийных. Если проблемы обнаруживаются рано, имеется возможность планировать техническое обслуживание, сократить время простоя и повысить экономическую эффективность. Анализ вибрационных процессов, сопровождающих работу вертолета, наряду с другими видами анализа позволяет определить состояние машины и конкретную неисправность, ее местоположение. Это снижает аварийность, ускоряет ремонт и минимизирует затраты.When the helicopter is operating, the electrical signals from the output of all vibration sensors, rotational speeds and phases are fed to the input of the electronic unit, where they are converted to digital form, and using a control computer with installed system software containing an algorithm for collecting, primary processing and evaluating signal parameters using individual sensors and / or their combinations are processed, evaluating both individual parameters of the signals and their combinations. At the same time, both the converted signals themselves and the results of their preliminary processing are accumulated and stored2 in the memory of the electronic unit, including parameter estimates with reference to the time of the measurement. The electronic unit stores all the information on removable non-volatile media for secondary processing in ground conditions. Monitoring vibration levels during the operation of the helicopter allows you to predict in advance the failures and breakdowns of the helicopter units before they cause serious damage. It helps prevent equipment damage and unexpected failures, including emergency ones. If problems are detected early, you can plan maintenance, reduce downtime, and increase cost-effectiveness. Analysis of the vibration processes accompanying the operation of the helicopter, along with other types of analysis, allows you to determine the condition of the machine and a specific malfunction, its location. This reduces accidents, speeds up repairs and minimizes costs.
Изобретение может быть использовано в системах сбора данных, контроля и диагностики технического состояния агрегатов привода винтов вертолета различных модификаций.The invention can be used in systems for data collection, monitoring and diagnostics of the technical condition of the drive units of helicopter propellers of various modifications.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012136057/11A RU2519583C2 (en) | 2012-08-23 | 2012-08-23 | System for data collection, control and diagnostics of helicopter rotor drive units and electronic unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012136057/11A RU2519583C2 (en) | 2012-08-23 | 2012-08-23 | System for data collection, control and diagnostics of helicopter rotor drive units and electronic unit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012136057A RU2012136057A (en) | 2014-02-27 |
| RU2519583C2 true RU2519583C2 (en) | 2014-06-20 |
Family
ID=50151660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012136057/11A RU2519583C2 (en) | 2012-08-23 | 2012-08-23 | System for data collection, control and diagnostics of helicopter rotor drive units and electronic unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2519583C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2631557C1 (en) * | 2016-07-27 | 2017-09-25 | Публичное акционерное общество "Казанский вертолетный завод" | Method of determination in flight of bending stresses on rotor shaft of helicopter with torsional rotor head |
| RU2667830C1 (en) * | 2017-12-15 | 2018-09-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of diagnostics of the technical condition of the aviation drive aggregate |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090216398A1 (en) * | 2008-02-27 | 2009-08-27 | Simmonds Precision Products, Inc. | Vehicle health and usage monitoring system and method |
| GB2457789A (en) * | 2008-02-27 | 2009-09-02 | Simmonds Precision Products | Roving wireless sensor for vehicle health and usage monitoring system |
| RU2379645C2 (en) * | 2007-06-19 | 2010-01-20 | Андрей Павлович Ушаков | Method to diagnose health of gas turbine engine assembly units and parts and device to this end |
-
2012
- 2012-08-23 RU RU2012136057/11A patent/RU2519583C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2379645C2 (en) * | 2007-06-19 | 2010-01-20 | Андрей Павлович Ушаков | Method to diagnose health of gas turbine engine assembly units and parts and device to this end |
| US20090216398A1 (en) * | 2008-02-27 | 2009-08-27 | Simmonds Precision Products, Inc. | Vehicle health and usage monitoring system and method |
| GB2457789A (en) * | 2008-02-27 | 2009-09-02 | Simmonds Precision Products | Roving wireless sensor for vehicle health and usage monitoring system |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2631557C1 (en) * | 2016-07-27 | 2017-09-25 | Публичное акционерное общество "Казанский вертолетный завод" | Method of determination in flight of bending stresses on rotor shaft of helicopter with torsional rotor head |
| RU2667830C1 (en) * | 2017-12-15 | 2018-09-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of diagnostics of the technical condition of the aviation drive aggregate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012136057A (en) | 2014-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102963533B (en) | Helicopter health and usage monitoring system (HUMS) and method thereof | |
| EP2812661B1 (en) | Frequency-adaptable structural health and usage monitoring system | |
| CA2202771C (en) | Vibration monitoring system | |
| CN102456419B (en) | Method for monitoring nuclear reactor canned motor pump operation fault and monitoring system | |
| EP1762831B1 (en) | Health monitoring of a mechanical system | |
| US10006441B2 (en) | Management system for operating a wind energy plant and method using the management system | |
| CN108918069B (en) | A kind of bolt flange connection structure rotor test bench and test method | |
| EP1168121A2 (en) | Data acquisition for remote monitoring system and method for remote monitoring | |
| CN212620867U (en) | Pump equipment monitoring system | |
| CN103267637A (en) | Self-balancing motorized spindle comprehensive performance test platform | |
| KR102068077B1 (en) | A Diagnosis Apparatus For Rotating Machinery Using Complex Signals | |
| RU2519583C2 (en) | System for data collection, control and diagnostics of helicopter rotor drive units and electronic unit | |
| US10386264B2 (en) | Self-powered multi-functional structural health monitoring sensor | |
| US11790701B2 (en) | Systems and methods for monitoring component failure in a gear train based system | |
| Laws et al. | Periodic and continuous vibration monitoring for preventive/predictive maintenance of rotating machinery | |
| Paulmann et al. | Condition Monitoring of hydraulic pumps-lessons learnt | |
| CN202933948U (en) | High-speed wire mill gear case fault detection device | |
| CN212275218U (en) | Vibration detection device of large megawatt fan | |
| Mironov et al. | The Role of Advanced Technologies of Vibration Diagnostics to Provide Efficiency of Helicopter Life Cycle | |
| Grządziela et al. | An application of order tracking procedure for diagnosis technical state of rotor system in shut-down process | |
| KR20190129250A (en) | A Diagnosis Apparatus For Rotating Machinery | |
| Martin et al. | Integrating vibration, motor current, and wear particle analysis with machine operating state for on-line machinery prognostics/diagnostics systems (MPROS) | |
| Edwards et al. | AH-64D Swashplate Test Stands-Improving Understanding of Component Behavior in Rotorcraft Swashplates through External Sensors | |
| Wolf et al. | Diagnostics using self-sufficient wireless sensor network for a condition-based maintenance strategy strategy for tram bearing diagnostics | |
| CN118934486A (en) | Wind turbine vibration detection device and detection method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170712 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210804 |