Drehschwingungen im Griff:
Analyse eines Flugzeugmotors mit FAMOS
Drehschwingungen sind eine ernste Herausforderung in der Antriebstechnik, mit potenziell großen Auswirkungen auf die Sicherheit und Langlebigkeit von Komponenten. In einem unserer Demoprojekte zeigen wir Ihnen beispielhaft, wie Sie eine umfassende Torsionsschwingungsanalyse an einem 12-Zylinder-Verbrennungsmotor für Kleinflugzeuge durchführen.
Von Daniel Förder, Strategischer Produkt Manager Software and FAMOS-Experte
Mit dem FAMOS Demo-Projekt loslegen
Der Einstieg in die Analyse ist denkbar einfach: Nach dem Download des FAMOS-Demoprojekts genügt ein Doppelklick, um die Anwendung sowie alle enthaltenen Daten: Insgesamt etwa 200 MB aus zwei Messungen – in FAMOS zu laden. Die Benutzeroberfläche ist übersichtlich in verschiedene Seiten unterteilt. Auf der ersten Seite können Sie die Analyse konfigurieren, indem Sie beispielsweise den Drehzahlbereich für den Hochlauf oder Auslauf einschränken, die Anzahl der Zähne für die Zahnräder festlegen oder die zu untersuchenden Ordnungen anpassen.
Was wurde gemessen?
Um die Belastung der Propellerflügel so gering wie möglich zu halten, kommen Schwingungsdämpfer zum Einsatz. Mithilfe von sechs magnetischen Pick-Up-Sensoren, die an verschiedenen Stellen im Antriebsstrang, vom Motor (direkt an der Kurbelwelle) bis hin zum Propeller, platziert wurden, werden Drehzahlen gemessen und daraus Drehzahlschwankungen über der Zeit und über der mittleren Drehzahl abgeleitet. Damit wird die Wirksamkeit der Dämpfungssysteme genau unter die Lupe genommen.
Interaktive Datenanalyse
FAMOS ermöglicht eine besonders tiefe und interaktive Auseinandersetzung mit den Messdaten. Sie können direkt in die Drehzahlsignale hineinzoomen, um die teils massiven Schwankungen visuell einzuschätzen. Sie können einfach mit der Maus die Farbskalen der resultierenden Spektren verschieben, stauchen und strecken, um die Signalverläufe klarer zu sehen. Ein Highlight der Analyse-Seiten sind die verlinkten Cursor: Wenn Sie einen Schnitt durch ein Spektrum ziehen, beeinflusst dies synchron die Anzeige in den verknüpften x- bzw. y-Kurvenfenstern. So lassen sich Details in den Daten präzise korrelieren und im Detail untersuchen.
Ergebnisse
Die Analyse zeigt die Dämpfungsleistung auf mehrere Arten:
Reduktion des Fluktuationsmaximums: Während am ersten Sensor (direkt am Motor) Drehzahlabweichungen von bis zu 90 Umdrehungen pro Minute gemessen werden, sinkt dieser Wert hinter allen Dämpfern am sechsten Sensor auf unter 7 Umdrehungen pro Minute. Zu sehen ist das sowohl in den Frequenz- als auch in den Ordnungsspektren.
Ordnungsanalyse: Die Ordnungsspektren zeigen deutlich, dass zu Beginn insbesondere die dritte Ordnung den Hauptanteil der Schwingungen verursacht.
Vielseitige Darstellung: Ergebnisse können sowohl als Drehzahlfluktuation als auch als Drehwinkelabweichung in Grad dargestellt werden. Für die Darstellung im Winkelbereich werden die Drehzahlsignale zunächst in °/s umskaliert und dann aufintegriert zu absoluten Winkelwerten, bevor der übliche Hochpassfilter angewendet wird.
Gesamtschwingung: Neben den einzelnen Ordnungslinien (z. B. 1., 3. und 6. Ordnung) wird die Gesamtschwingung als RMS-Wert (Effektivwert) über den gesamten Drehzahlbereich visualisiert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Drehschwingungsanalyse mit FAMOS wertvolle Beiträge zur Optimierung von Flugzeugantrieben und Antrieben im Allgemeinen darstellt. In diesem Beispiel ist die Wirksamkeit von Schwingungsdämpfern klar erkennbar, nachvollziehbar und aussagekräftig dokumentierbar – in verschiedenen Skalierungen und Darstellungsarten, um alle Aspekte zu betrachten.
Die Erstellung einer angepassten Benutzeroberfläche wie in diesem Beispiel ist in FAMOS schnell erledigt, wodurch Sie interaktive Diagnosewerkzeuge wie verlinkte Cursor-Schnitte mit den mächtigen Analysefunktionen kombinieren können. Dieses FAMOS-Demoprojekt bietet Ihnen hierfür den idealen Einstieg, verwendet aber nur einen Teil der Funktionen, die FAMOS für Drehschwingungsapplikationen insgesamt bereithält.
