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SISTEMA DE EQUILIBRAGEM DE HÉLICES DE AERONAVESUTILIZANDO UM COMPUTADOR PORTÁTIL COM UMA PLACA DE
AQUISIÇÃO DE DADOS A/D
AutoresNuno António Neves NunesProfessor Adjunto, Departamento Engenharia Mecânica, ESTSetúbal
Carlos Alberto da Costa DomingosProfessor Adjunto Equiparado, Departamento Engenharia Mecânica, ESTSetúbal
Teresa Maria Bettencourt CabralTen. EngAer., GQE, DMA/CLAFA, Força Aérea Portuguesa
Alice do Carmo Duarte RodriguesTen. EngAer., GQE, DMA/CLAFA, Força Aérea Portuguesa
Agradecimentos
Os autores agradecem toda a colaboração prestada para a realização deste trabalho pelaForça Aérea Portuguesa. Um especial agradecimento ao Chefe do Gabinete de Qualidadee Engenharia do CLAFA/DMA, Sr. TCor. Eng.Aer. Humberto Gonçalo pelo incentivo efacilidades dadas para a realização do sistema de equilibragem.
Resumo
Este trabalho descreve um sistema para ser utilizado na equilibragem de hélices de
aeronaves sem necessidade da sua remoção. É constituído por uma cadeia de medição
composto por transdutores (vibração e medição de fase), condicionadores de sinais, um
computador portátil com placa de aquisição de dados e uma aplicação informática
desenvolvida para o efeito. A aplicação informática permite identificar uma situação de
desequilíbrio e, caso tal se verifique, determinar o valor das massas e respectivos ângulos
de colocação. A aplicação interactua igualmente com uma base de dados onde se
encontram registados dados das aeronaves, motores e hélices e os dados das
equilibragens realizadas. O sistema foi testado na equilibragem de hélices das aeronaves
EPSILON utilizadas na Força Aérea Portuguesa.
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1. Introdução
A existência de vibrações numa aeronave é considerada normal desde que não sejam
ultrapassados determinados limites preestabelecidos. As vibrações têm origem no largo
número de componentes rotativos do motor, nas perturbações resultantes dos processos
de combustão (como por exemplo explosão nos cilindros) e nos esforços de origem
aerodinâmica provocados pelo hélice e escoamento do ar na estrutura da aeronave.
Uma das razões de se observarem níveis elevados de vibração pode dever-se à existência
de hélices desequilibrados. O desequilíbrio ocorre quando a distância do centro de
massas do componente rotativo ao seu eixo de rotação é superior a um valor estabelecido.
O nível de vibração registado pode ser correlacionado com a distância atrás referida e
definidos limites máximos de vibração [1].
Antes de instalar o hélice é necessário equilibrá-lo. No entanto, ao longo da operação é
normal o hélice desequilibrar por diversas razões como por exemplo perda de material,
acções de manutenção, etc. O único processo de equilibrá-lo é pela adição ou subtracção
de massa ao hélice.
Segundo Kroes [2] o equilíbrio estático pode ser efectuado montando o hélice sobre dois
rolamentos de baixo atrito e, após provocar um movimento de rotação, deixá-lo livre até
à sua posição de repouso. Se o hélice se encontrar desequilibrado, a sua posição de
repouso será sempre a mesma e para o equilibrar deve ser adicionada massa no lado
superior do hélice. A equilibragem do hélice é conseguida quando a sua posição de
repouso for indiferente, ou seja, ter sido atingida a posição de equilíbrio indiferente.
O equilíbrio pode ser efectuado igualmente com analisadores de vibração dotados com
programas especiais de equilibragem. Medindo a vibração à velocidade de rotação do
hélice e determinada a respectiva amplitude e fase é possível calcular a massa correctora
e o seu ângulo de colocação. Apesar de este procedimento ser efectuado colocando
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massas num só plano é comum ser designado por equilibragem dinâmica em virtude de
ser efectuado com o hélice em funcionamento.
Estes analisadores são dispendiosos e alguns destinam-se exclusivamente para este fim.
Por outro lado, exigem conhecimentos da área das vibrações e da técnica de equilibragem
pelo que se torna necessário treinar pessoal especificamente para este fim.
Nos últimos anos surgiram placas de aquisição de dados destinadas a computadores
portáteis que permitem a recolha dos sinais necessários para efectuar uma equilibragem
desde que seja desenvolvido software específico. A utilização de computadores no
procedimento de equilibragem tem vantagens adicionais porque permite automatizar o
processo de cálculo das massas correctoras, como por exemplo, a divisão de massas
segundo duas direcções. Por outro lado permite a interface com bases de dados contendo
informações relevantes para o processo de equilibragem e no registo do seu histórico.
2. Procedimento de equilibragem
Considere um disco rodando a velocidade ω constante em torno de um eixo fixo O. O
sistema de eixos xy com origem no centro de rotação roda solidário com o disco.
Sabendo que o centro de massas do disco tem uma excentricidade e relativamente ao eixo
de rotação, a posição do centro de massas pode ser representado pelo vector e . O vector
da massa desequilibrada desconhecida pode ser expresso como uU me= .
Fig. 2.1 – Disco com massa desequilibrada
A força centrífuga resultante da velocidade de rotação do disco é dada por
2cF meω= (1)
x
y
θ
Fc=meω2ωe
m
O O
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Se se medir as vibrações na direcção vertical, a força responsável pela vibração à
velocidade de rotação é dada por:2( ) sin( ) sin( )v cf t F t me tω ω ω= = (2)
De Silva [3] mostra que para se efectuar uma equilibragem, através da adição de massas,
deverá ser colocada uma massa m na posição e− . O objectivo de equilibrar passa por
determinar o vector de desequilíbrio uU .
Para se efectuar uma equilibragem devem ser efectuados os seguintes passos:
a) Medir a amplitude de vibração Vu e ângulo de fase φu (vector uV ) resultante da
massa desequilibrada desconhecida; A relação entre a velocidade medida e a
massa desequilibrada pode ser obtida através da relação
u uV A U= × (3)
onde A é designado por vector reflector;
b) Colocar uma massa conhecida (massa de teste) Mt num ângulo conhecido e
designe-se tU como o vector da massa de teste;
c) Medir a amplitude vibração Vu+t e o ângulo de fase φu+t (vector u tV + ) resultante
da massa desequilibrada desconhecida e da massa de teste entretanto colocada.
O vector velocidade é relacionado com o vector da massa desequilibrada de
modo idêntico à Eq. (3) sendo dado por:
( )u t u tV A U U+ = × + (4)
d) Com os dados registados é possível determinar o vector reflector A subtraindo a
Eq.(4) da Eq.(3).
u t u
t
V VAU+ −
= (5)
Deste modo é possível calcular o vector da massa desequilibrada da Eq.(3)
através de
5
uu
VUA
= (6)
A massa correctora e a sua localização (vector cU ) podem ser obtidas através de
c uU U= − (7)
3. Equilibragem de hélices de aeronaves
O objectivo de equilibrar um hélice é o de reduzir o nível de vibrações provocado por
esta situação. Esta vibração transmitida à estrutura e a outros componentes é responsável
por um aumento de avarias e de danos por fadiga. Dependendo do tipo de apoios do
motor, um desequilíbrio do hélice pode diminuir o tempo esperado de vida de um
componente, aumentar a ocorrência de falhas em uniões e ligações, provocar o
surgimento de fissuras na estrutura, desgaste prematuro em rolamentos e vedantes,
problemas em instrumentos electrónicos (como por exemplo gyros e aparelhos de rádio).
Equilibrar um hélice e, consequentemente diminuir o nível de vibração para valores
admissíveis, assegurará uma maior longevidade dos componentes, aumentará a eficiência
operacional e diminuirá os custos de exploração.
Os métodos tradicionais de equilibragem utilizados pelos fabricantes e recomendados nas
intervenções de manutenção estão, na maior parte das vezes, limitados à realização de
uma equilibragem estática nos moldes atrás referidos. Devido aos avanços tecnológicos,
ao nível de sensores e de analisadores/colectores de sinais de vibrações é possível a
realização, com uma certa facilidade, do que se designou por equilibragem dinâmica de
hélices.
Estudos realizados pela USAF (United States Air Force) mostraram que o MFHBF
(Mean Flight Hours Between Failure) aumentou significativamente após a realização da
equilibragem dinâmica dos hélices das aeronaves Hercules C-130. Verificou-se que
diminuíram problemas ao nível da caixa redutora, de fugas de óleo, nos sistemas
electrónicos, etc.
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A equilibragem dinâmica permite a realização da operação com o hélice instalado pelo
que a massa correctora de equilibragem equilibra os componentes rotativos que rodam
solidários com o hélice (por exemplo a cambota no caso de motores alternativos). Outra
vantagem da equilibragem dinâmica é a de não necessitar de remover o hélice, ao
contrário da equilibragem estática que ao necessitar, obriga à realização de um voo de
ensaio após a sua instalação. Pelo que foi atrás referido, conclui-se que a equilibragem
dinâmica reduz o tempo de intervenção que, sendo efectuado por técnicos com
experiência, se estima em quarenta e cinco minutos. Deste modo a equilibragem
dinâmica poupa tempo e dinheiro.
Como foi já referido, a equilibragem é efectuada através da adição de massa a um ângulo
específico de modo a minimizar a distância entre o centro de massas e o eixo de rotação.
Muitas das vezes, devido a limitações geométricas, não é possível a colocação de massas
num ângulo qualquer revelando-se possível só em determinadas localizações do hélice.
Por questões de normalização de termos, serão designados neste sistema por quadrantes.
Também é habitual encontrar situações em que o ângulo de localização da massa
correctora calculada se situa a uma distância radial diferente da que se utilizou para a
massa de teste, pelo que se torna necessário corrigir o seu valor. Seja M a massa
correctora destinada a ser colocada a um determinado ângulo à mesma distância radial R
da massa de teste. Se para o referido ângulo apenas for possível colocar a massa à
distância r o valor da massa m a colocar é dado por
Rm Mr
= (8)
De um modo geral, a massa correctora de equilíbrio de um hélice necessita de ser
dividida em duas direcções (quadrantes) e de serem corrigidas as distâncias radiais de
acordo com a Eq. (8). No entanto, é preciso ter em consideração que, por questões de
segurança, o fabricante limita o valor máximo de massa a colocar em cada posição.
A Fig. 3.1 apresenta os sensores utilizados na cadeia de medição (acelerómetro e
fototack) e uma das localizações possíveis de colocação de massas no hélice.
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Acelerómetro
FototackMassa correctora
Fig. 3.1 – Sensores para determinação da equilibragem e massas correctoras
4. Descrição do Sistema
O sistema de equilibragem desenvolvido tem vantagens relativamente aos equipamentos
tradicionais porque pode ser operado por técnicos que não necessitam de grandes
conhecimentos no domínio das vibrações. A aplicação de informática desenvolvida pode
efectuar todos os cálculos para determinar a massa de equilibragem, dividi-la segundo
duas direcções e corrigir, se necessário, as distâncias ao eixo de rotação. Por outro lado,
em virtude de estes cálculos serem efectuados automaticamente, reduz o tempo total do
procedimento de equilibragem.
Uma outra vantagem do sistema é a possibilidade de interactuar com bases de dados.
Para cada equilibragem é possível obter informação da identificação da aeronave, motor
e hélice. Os dados dos registos de vibrações e as massas colocadas são gravados na base
de dados para fins de histórico, refinação do algoritmo de equilibragem e possibilitar a
investigação de problemas através do cruzamento de informação.
A cadeia de medição (sensores de vibração e de fase), hardware (placa de aquisição de
dados A/D e computador portátil PC) e software (aplicação de aquisição/análise de dados
e de cálculo dos valores de equilibragem) constituem o sistema.
Os vários componentes encontram-se representados esquematicamente na Fig. 4.1
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SensoresUnidade de
Condicionamentode Sinais
Placa de Aquisiçãode Dados Computador
Portátil
Painel TerminalBNC Placa
PCMCIAFototack
Acelerómetro
Fig. 4.1 – Sistema de equilibragem para hélices de aeronaves
4.1 Cadeia de medição
O sensor de vibração regista o sinal de vibração no ponto de medida enquanto o sensor
de fase regista o sinal de referência que permite determinar o ângulo de fase.
O sensor de vibração utilizado é um acelerómetro piezoeléctrico. Este tipo de sensor usa
um material piezoeléctrico que gera um sinal eléctrico proporcional à aceleração do
ponto de medida. O acelerómetro escolhido é da marca IMI, modelo 601A01, do tipo ICP
com uma sensibilidade de 100 mV/g.
O fototack é um sensor de infra-vermelhos que produz um sinal eléctrico (tipo TTL)
quando encontra um alvo reflector (marca de referência). Este sensor tem duas funções:
calcular a velocidade de rotação do hélice para determinar a frequência central do filtro
passa-banda e determinar posteriormente o ângulo de fase relativamente à marca de
referência. O sensor seleccionado é da marca MONARCH, modelo ROS-5P.
A escolha do local de fixação do acelerómetro foi baseada em diversos ensaios
experimentais efectuados na aeronave de modo a determinar qual o local que permite
obter com melhor rigor o valor de desequilíbrio do hélice evitando locais de pontos
nodais de vibração [4]. Após a realização de diversos ensaios verificou-se que a parte
posterior do motor era o local mais adequado para serem efectuadas as medições com o
acelerómetro. A selecção do ponto de fixação do acelerómetro resultou de um
compromisso entre o objectivo de medir a vibração e a possibilidade de fixar o
acelerómetro de um modo prático e eficaz.
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A unidade de condicionamento de sinais tem por função alimentar os sensores. O
acelerómetro é alimentado por um condicionador da marca PCB, modelo 480B10 que
tem igualmente a possibilidade de integrar o sinal de modo a obter a vibração expressa
em velocidade.
A escolha da cadeia de medição foi efectuada de acordo com requisitos técnicos e
operacionais. Tecnicamente, o sistema de equilibragem desenvolvido seguiu as principais
recomendações e especificações referidas por Mitchell [5] e tendo em atenção as
compatibilidades em termos de hardware. Sendo a segurança do pessoal que opera com
aeronaves uma questão importante, foi dada uma especial atenção no que se refere à
localização dos operadores e do equipamento durante a realização do procedimento de
equilibragem. Também foi prevista a fixação dos cabos dos sensores firmemente à
estrutura da aeronave por questões de segurança. Assumindo que o sistema se destina a
ser utilizado regularmente pela manutenção está previsto a concepção de componentes
robustos e a inclusão do sistema numa caixa (por exemplo mala) para possibilitar de um
modo prático o seu transporte e facilitar a montagem da cadeia de medição.
4.2 Hardware
Um dos cuidados que se teve na selecção do hardware do sistema foi a de garantir que
era suficientemente robusto para ser utilizado em trabalho de campo por técnicos da
manutenção (linha da frente), devendo para isso ser o mais compacto possível e de fácil
transporte.
O computador utilizado no sistema é da marca Compaq, modelo Armada Pentium III,
possuindo um processador a 600 MHz e 128 MB de memória RAM. A placa de aquisição
de dados é da marca National Instruments (NI), do tipo PCMCIA, modelo 6062-E,
possuindo 8 canais diferenciais, uma resolução de 12 bits e uma frequência máxima de
amostragem de 500 kHz. O painel terminal BNC é igualmente da NI modelo BNC-2120.
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4.3 Software
O sistema operativo utilizado é o MS Windows 2000. As aplicações informáticas foram
desenvolvidas utilizando duas plataformas: National Instruments Labview 6i para a
aquisição de dados e processamento de sinais [6] e MS Visual Basic 6.0 para
processamento de dados, interface com as bases de dados em MS Access 97 e interfaces
com o utilizador [7].
A Fig. 4.2 representa o esquema de arquitectura utilizado no desenvolvimento das
aplicações informáticas.
AccessBase de Dados
Visual BasicProcessamento
de Dados
LabviewAquisição e
Processamento de Sinais
Sistema Operativo(MS Windows 2000)
NI DSADrivers
NI DAQ(Hardware)
Active X
Visual BasicInterface com
Utilizador
Fig. 4.2 – Arquitectura do Software utilizado no sistema de equilibragem
A aplicação em Labview 6i foi desenvolvida para adquirir os sinais do acelerómetro e do
fototack e processar dados de modo a apenas enviar os dados necessários para o cálculo
dos valores de equilibragem necessários à aplicação em Visual Basic 6.0. A transferência
de dados é controlada através de Active X pela aplicação específica de processamento de
dados denominada TequiLaN.
Pode ser dividida em dois módulos: a) avaliação do grau de desequilibragem, b) cálculo
das massas de equilibragem.
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O primeiro módulo é utilizado para determinar o grau genérico de desequilíbrio. No
início do procedimento, apenas com o acelerómetro instalado é recolhido o sinal e, após
processamento, obtem-se o valor global do sinal e a componente à velocidade de rotação
recorrendo-se a análise de Fourier (FFT). Esta informação é enviada à aplicação de
processamento de dados. No final do procedimento efectua-se uma verificação final
utilizando o mesmo módulo.
O módulo de cálculo das massas de equilibragem usa os dois sensores, acelerómetro e
fototack de modo a determinar a amplitude e a fase da vibração à velocidade de rotação
do hélice. Para se conseguir estes valores o sinal do fototack (Fig. 4.3 a)), após ser
adquirido é delimitado entre dois valores máximo e mínimo de modo a eliminar as
imperfeições e ruído existente (Fig. 4.3 b)). O sinal do acelerómetro (Fig. 4.3 c)) é
recolhido e submetido a um filtro passa-banda com frequência central igual à velocidade
de rotação do hélice, cujo valor é obtido através da medição do período do sinal do
fototack (Fig. 4.3 d)).
Sinal fototack
Sinal acelerómetro
Sinal fototack corrigido
Sinal acelerómetro filtrado
a) b)
c) d)
Cortarmáximo / mínimo
Filtropassa-banda
Fig. 4.3 – Sinal do fototack antes e após correcção e sinal do acelerómetro antes e após filtragem
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O filtro passa-banda escolhido é do tipo Butterworth porque não tem ripple na banda
passante e a resposta em frequência é mais plana em todas as frequências [8].
αA
Fig. 4.4 – Determinação da amplitude e fase
Da conjugação dos sinais do acelerómetro filtrado e do fototack corrigido são
determinados os valores de amplitude A de vibração e do ângulo de fase α relativamente
à marca de referência (Fig. 4.4).
A Fig. 4.5 representa a interface com o utilizador desenvolvido em Labview para
obtenção da amplitude e fase. Os valores de amplitude e fase apresentados são valores
médios adquiridos em medições sucessivas. Foram estabelecidos critérios com base na
variação dos valores médios (estabilidade dos dados adquiridos) para aferição dos valores
a enviar para o cálculo das massas correctoras.
Estável
Estável
ips0.23
253
1200
Fig. 4.5 – Módulo de determinação da amplitude/fase em Labview
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Os valores de amplitude, fase e velocidade de rotação são enviados à aplicação TequiLaN
em Visual Basic recorrendo a Active X para posteriormente serem utilizados no cálculo
da equilibragem
A aplicação TequiLaN tem como função principal o cálculo das massas de equilibragem.
Como já referido interactua com os módulos desenvolvidos em Labview e permite o
acesso às bases de dados em Access. O fluxograma da aplicação encontra-se representado
na Fig. 4.6.
IdentificaçãoEquilibragem
VerificaçãoInicial
Parâmetrossetup
Desequilíbrio
Ensaio deEquilibragem
Equilibrou
VerificaçãoFinal
Relatório
Início
Fim
AplicaçãoLabview
Base deDados
Não
Não
Sim
Sim
Impressora
Fig. 4.6 – Fluxograma da aplicação TequiLaN
Na Identificação da Equilibragem (Fig. 4.7) é necessário introduzir os dados referentes à
aeronave, motor e hélice, assim como a identificação do operador. De referir que todos os
dados encontram-se numa base de dados sendo seleccionados por escolha múltipla. Após
a introdução dos dados é sugerido ao operador a sequência de acções que deve seguir
através de uma seta que aponta para o módulo a efectuar.
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Fig. 4.7 – Menu principal e de identificação da equilibragem
A Verificação Inicial (Fig. 4.8) destina-se a identificar se existe uma situação de hélice
desequilibrado. A medição a efectuar apenas necessita de instalar o acelerómetro e é
realizada com o hélice na situação normal de operação (spinner instalado). São registados
os valores de vibração global e de vibração à velocidade de rotação do hélice. Para
facilitar a avaliação do grau de desequilíbrio do hélice existe um semáforo que, em
função dos limites definidos no menu de setup indica o nível de desequilíbrio (vermelho
– fora de limites; amarelo – próximo do valor de desequilíbrio; verde – dentro de
limites).
Fig. 4.8 – Menu de verificação inicial
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Caso seja verificada uma situação de desequilíbrio do hélice procede-se à equilibragem.
Para tal é necessário remover o spinner do hélice e as massas de equilibragem que
eventualmente se encontrem no hélice.
Fig. 4.9 – Menu de Equilibragem
Sendo a equilibragem um processo experimental e que o valor da massa correctora
poderá ser melhorada através de ensaios sucessivos, o programa prevê que os valores de
equilíbrio do hélice sejam atingidos num máximo de quatro corridas (run up). A Fig. 4.9
representa o menu para o run up. Após a aplicação de Labview adquirir a amplitude e
fase nos moldes atrás referidos, calcula o valor da massa correctora com base no vector
reflector A , efectua a divisão da massa segundo as duas direcções mais próximas, corrige
a distância radial numa direcção caso seja necessário. Para facilidade do operador é
apresentado um esquema do hélice com a localização das massas a colocar. Uma vez que
será bastante difícil colocar as massas sugeridas o operador introduz no programa as
massas reais colocadas para efeitos de registo e de cálculo para correcções futuras.
Assim que o valor se encontre dentro de limites é sugerido ao operador para efectuar uma
verificação final idêntica à verificação inicial. Para esta medição o hélice deve se
encontrar na situação normal de operação com o spinner instalado. Após esta verificação
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é elaborado o relatório da equilibragem e enviado os dados para a base de dados para
registo do histórico.
Para a realização destas medições é necessário que o programa possua um conjunto de
valores de referência para efectuar a equilibragem. Os valores são registados na base de
dados e contêm informação sobre a geometria do hélice, limites de vibração, massas
mínimas a considerar na equilibragem. Contem também os dados referentes a uma
equilibragem utilizando uma massa de teste para determinação do vector reflector A que
se aplica ao hélice em causa quando se utiliza os sensores nas localizações seleccionadas
para a medição.
Fig. 4.10 – Menu de setup
5. Aplicações
O sistema desenvolvido foi testado na equilibragem de hélices das aeronaves EPSILON
da Esquadra 101 da Força Aérea Portuguesa. No procedimento foram tidos em conta as
recomendações do manual do hélice [9]. No entanto, conforme ficou claro no descrito
atrás, o sistema foi concebido de modo a generalizar o sistema para equilibrar qualquer
hélice.
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O sistema foi inicialmente testado num simulador em laboratório composto por um disco
rotativo cujo desequilíbrio foi possível controlar. A localização das massas correctoras
são as indicadas na Fig. 5.1. De referir que existe uma analogia com as localizações
relativas verificadas na hélice da aeronave EPSILON: direcções não ortogonais e
distâncias radiais diferentes.
A
BC
D
0º
135º180º
315ºR=1
r=0.5
Sentido de rotação
Fig. 5.1 – Disco utilizado nos ensaios laboratoriais para simular a localização de massas de umhélice de avião
O sistema foi instalado no simulador e, em primeiro lugar, determinou-se o valor
reflector A de acordo com o descrito no parágrafo 2. Após obtenção dos dados
experimentais da Tabela 5.1, determinou-se o vector reflector dado por
0.9151 / 224A g mm s= ⋅ °
Tabela 5.1 – Valores obtidos para determinação do vector reflectorValor Ângulo
Vibr. Ref. 2.75 mm/s 73º
Massa Teste 3.3 g 0º
Vib. Teste 1.40 mm/s 160º
Para testar o procedimento de equilibragem, colocou-se uma massa desconhecida de
desequilíbrio no disco e procedeu-se à sua equilibragem utilizando a aplicação
informática descrita no parágrafo 4.3.
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Foram efectuados quatro corridas (run up) para determinação do desequilíbrio e cálculo
das massas correctoras a colocar nos quadrantes atrás definidos. Obtiveram-se os dados
indicados na Tabela 5.2.
Tabela 5.2 – Valores obtidos no procedimento de equilibragem
Ampl Fase Valor Ângulo Suger. Coloc. Suger. Coloc. Valor Ângulomm/s º g º g g g g g º
0 4.250 36 3.3 338 A 1.8 1.8 D 3.5 3.6 3.3 3371 0.604 97 3.5 345 A 2.5 2.4 D 2.6 2.7 3.5 3442 0.278 112 3.5 348 A 2.7 2.7 D 2.1 2.0 3.5 3483 0.175 91 3.6 350 A 2.9 2.8 D 1.7 1.6 3.4 350
Massa Eq. Coloc.Run up
Qd Qd
Vibração Massa Sugerida Quadrante 1 Quadrante 2
Como se pode verificar na medição do run up #0, a vibração registada devido ao
desequilíbrio inicial foi de 4.250 mm/s. Para equilibrar foi sugerido colocar uma massa de
3.3g a um ângulo de 338º. Os quadrantes seleccionados para colocar as massas
equivalentes foram: A (0º) com 1.8g e D (315º) com 3.5g. Não tendo sido possível no
quadrante D colocar o valor sugerido, optou-se pela massa mais próxima que se
conseguiu no valor de 3.6g. A massa equivalente colocada foi de 3.3g a um ângulo de
337º.
Consultando a tabela acima verifica-se que a vibração diminuiu significativamente tendo
sido registado o valor de vibração de 0.604 mm/s, correspondendo a uma redução de 86%
relativamente à vibração inicial.
Embora o valor de vibração já se encontre dentro dos limites admissíveis, decidiu-se
prosseguir com o procedimento de equilibragem uma vez que o algoritmo utiliza a
informação processada nos run up anteriores para refinação dos valores das massas de
equilibragem. Conforme se pode verificar o valor final de vibração foi de 0.175 mm/s que
equivale a uma redução de 96% relativamente à vibração inicial. A Fig. 5.2 ilustra a
redução de vibração ao longo dos diversos run up.
19
0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5
0 1 2 3
run up
Vibr
ação
[mm
/s]
Fig. 5.2 – Evolução dos níveis de vibração nos run up
6. Conclusões
Estas tecnologias abrem novas perspectivas que possibilitam uma maior versatilidade das
ferramentas tradicionais. O sistema de equilibragem aqui apresentado é um exemplo
disso e podem ser tiradas as seguintes conclusões:
• O sistema desenvolvido pode substituir com a mesma eficiência um analisador
tradicional de vibrações utilizado na equilibragem de hélices de aeronaves;
• Este sistema tem vantagens relativamente aos equipamentos tradicionais de análise.
Permite efectuar cálculos paralelos que possibilita efectuar a divisão de massas,
corrigindo as distâncias radiais segundo duas direcções. O recurso a interfaces com
esquemas visuais da localização das massas correctoras ajuda a evitar erros que por
vezes ocorrem neste procedimentos;
• Uma outra vantagem deste algoritmo é a possibilidade de ser programado de modo a
ser minimizado o número de operações manuais que um equipamento tradicional
obriga. O algoritmo foi optimizado para diminuir o número de corridas (run up) de
equilibragem, podendo ser efectuado numa única corrida;
• A possibilidade de permitir a gravação dos dados em base de dados apresenta a
vantagem destes dados poderem ser utilizados no refinamento do algoritmo de
equilibragem, nomeadamente na determinação do vector reflector;
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• Como os dados são gravados juntamente com o número de cauda da aeronave,
número de série do motor e hélice pode auxiliar com grande facilidade a investigação
de anomalias pelo recurso ao histórico e no cruzamento de dados.
Actualmente o sistema encontra-se numa fase de teste na equilibragem de hélice das
aeronaves EPSILON. Existe a possibilidade e está na mente dos autores a equilibragem
de rotores de helicóptero que, sendo um sistema flexível, faz antever um conjunto de
novos desafios.
Referências
[1] Norma ISO 1940/1-1986, Mechanical Vibration – Balance quality requirements ofrigid rotors – Part 1: Determination of permissible residual unbalance
[2] Kroes, Michael J. and Wild, W. Thomas – Aircraft Powerplants - seventh edition,McGraw-Hill, (1995)
[3] De Silva, Clarence W. – Vibration: Fundamentals and Practice – Library of CongressCataloging-in-Publication Data, (1999)
[4] Facler, Jim – The Art of Propeller Balancing – Custom Planes (1998)
[5] Mitchell, John S. – Introduction to Machinery Analysis and Monitoring – secondedition, PennWell Books, (1993)
[6] Chugani, Mresh L., Samant, Abhay R. and Cerna, Michael – Labview SignalProcessing – Prentice Hall (1998)
[7] Petroutsos, Evangelos – Mastering Visual Basic 6 – Sybex, (1998)
[8] Marven, Craig and Ewers, Gilian – A Simple Approach to Digital Signal Processing-John Wiley & Sons, Inc., (1996)
[9] Manuel de Revision Helices Hartzell, (1984)