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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.

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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)