Bir savunma sisteminin dönen her bileşeni — mobil tespit ve yönlendirme istasyonunun tareti, jet tahrik sisteminin tahrik mili, seyir füzesi güdüm ünitesindeki jiroskobun rotoru — hizmete girmeden önce dinamik olarak balanslanmalıdır. Savunma uygulamalarında dengesizliğin sonuçları, ticari makinelerde olabileceği gibi titreşim şikâyetleri ya da erken rulman aşınması değildir. Bunlar, silah doğruluğunun düşmesi, sensör kararlılığının azalması, saha servisinin imkânsız olduğu ortamlarda bileşen ömrünün kısalması ve en kötü durumda görevin başarısızlığıdır.
Dinamik balanslama, dönen bir bileşenin düzensiz kütle dağılımını ölçme ve düzeltme işlemidir; amaç, bileşenin asal atalet ekseninin geometrik dönme eksenine çakışmasını sağlamaktır. Savunma sanayii üretiminde bu çakışma için öngörülen toleranslar, hemen her sektörün en sıkı toleransları arasındadır; üstelik balanslama gerektiren bileşenlerin çeşitliliği, modern platformların neredeyse tüm alt sistemlerine yayılır.
Savunma sektörü dönen bileşenleri neden farklıdır
Ticari ve endüstriyel balanslama, elektrik motorları, fanlar, pompalar ve kontrollü koşullarda bilinen devirlerde çalışan turboşarj rotorları gibi nispeten ılımlı ortamlarda çalışan bileşenleri ele alır. Savunma sektörü dönen bileşenleri ise aşırı çalışma ortamlarından mevzuat ve izlenebilirlik gereksinimlerine kadar temelden farklı bir zorluk profili sunar.
Aşırı çalışma ortamları. Bileşenler, −51°C ile +71°C arasındaki sıcaklıklarda (MIL-STD-810 uç değerleri), sürekli titreşim ve şok yükleri altında ve uçuş ya da manevra sırasında sürekli değişen konumlarda çalışabilir. Sabit bir endüstriyel tesiste tolere edilebilen bir dengesizlik, çok eksenli titreşim ve ivmeye maruz kalan bir platformda rezonans ya da rulman bozulması oluşturabilir.
Görev açısından kritik performans gereksinimleri. Bir atalet seyrüsefer sistemindeki jiroskop rotoru, dönme kararlılığını öyle bir düzeyde korumalıdır ki düzeltme düzlemindeki miligramın küçük bir kesri kadar bile kalıntı dengesizlik, ölçülebilir bir seyrüsefer kaymasına yol açar. Titreşimin yol açtığı aşınma geliştiren bir taret yatağı, desteklediği silah ya da sensör sisteminin izleme doğruluğunu etkiler.
Saha servisi imkânı yoktur. Savunma sektörü dönen bileşenlerinin çoğu, güdüm sistemlerinin içinde, sızdırmaz tahrik ünitelerinde ve basınçlı kaplarda bulunanlar gibi kapalı ya da erişilemeyen tertibatlarda çalışır. Planlı bakım sırasında yeniden balanslanabilen ticari ekipmanın aksine, savunma bileşenlerinin üretim sırasında doğru şekilde balanslanması gerekir; çünkü devreye alma sonrasında dengesizliği düzeltmek için pratik bir fırsat yoktur.
Mevzuat ve izlenebilirlik gereksinimleri. Savunma sanayii üretimi, seri numaralı her bileşen için her ölçümün, her düzeltmenin ve her nihai balans durumunun tam izlenebilirliğini zorunlu kılan AS9100, ITAR ve programa özgü kalite gereksinimleri kapsamında yürütülür.
Savunma balanslama uygulamalarının kapsamı
Ascential Technologies markası olan Cimat, aşağıdaki uygulamalar dahil olmak üzere savunma sektörü dönen bileşenlerinin tamamı için dinamik balans makineleri üretme konusunda geniş bir deneyime sahiptir.
Taret sistemleri
Mobil tespit ve yönlendirme istasyonu taretleri (radar, elektro-optik ve silah sistemlerini taşıyan dönen platformlar), saha koşullarında düzgün ve doğru bir dönüş sağlamak için balanslama gerektirir. Taret dengesizliği izleme hataları oluşturur, tahrik motoru yüklerini artırır ve platform üzerine monte edilen sensörlerin ya da silahların performansını düşüren titreşim üretir. Taret tertibatlarının balanslanması; ağır ve karmaşık tertibatlardaki küçük dengesizlikleri çözümleyebilen hassas ölçüm sistemlerine sahip, büyük kapasiteli makineler gerektirir.
Tahrik rotorları ve tahrik milleri
Konvansiyonel ve jet tahrik sistemlerinin rotorları ile tahrik milleri, aşırı termal ve mekanik yükler altında yüksek d/d'de çalışır. Bir tahrik rotorundaki dengesizlik, tüm gövde ya da araç yapısı boyunca yayılan ve ona bağlı her sistemi etkileyen titreşim üretir. Savunma ile havacılık ve uzay programları titreşim ve güvenilirlik gereksinimlerini sıkılaştırmaya devam ettikçe, tahrik bileşenlerine yönelik balanslama teknik özellikleri de giderek daha katı hâle geliyor.
Jiroskop rotorları
Güdüm ve seyrüsefer sistemlerindeki jiroskop rotorları, savunma imalatındaki en zorlu balanslama uygulamasını modeller. Bazı yüksek hassasiyetli jiroskop rotorları, on binlerce rpm'e ya da daha fazlasına ulaşan son derece yüksek devirlerde çalışabilir ve balans toleransları miligram-milimetre (mg·mm) cinsinden ölçülür. Bu devirlerde bir miligramın küçük bir kesri kadar dengesizlik bile seyrüsefer doğruluğunu bozan kuvvetler üretir. Jiroskop rotorlarının balanslama işlemi, ölçüm çözünürlüğü standart endüstriyel balanslama ekipmanının kat kat ötesinde olan özel makineler gerektirir.
Statik, çift ve dinamik dengesizlik
Dengesizlik türlerini anlamak, doğru balanslama yaklaşımını belirlemek için şarttır.
Statik dengesizlik, kütle merkezi dönme ekseninden ofsetli olduğunda ya da rotor "bir tarafı ağır" olduğunda ortaya çıkar. Statik dengesizlik, rotoru döndürmeden ve düşük sürtünmeli yataklarda hangi yöne doğru eğildiği gözlemlenerek tespit edilebilir. Savunma uygulamalarında toleranslar statik tespit yöntemleri için fazla sıkıdır ve dinamik ölçüm gerekir.
Çift dengesizliği, asal atalet ekseni dönme eksenine göre açısal olarak kaydığında ya da rotor kütle merkezi açısından dengeli olduğu hâlde boyu boyunca kütle dağılımı asimetrik olduğunda ortaya çıkar. Çift dengesizliği yalnızca dinamik olarak tespit edilip düzeltilebilir ve iki düzeltme düzleminde ölçüm yapılmasını gerektirir.
Dinamik dengesizlik, statik dengesizlik ile çift dengesizliğinin vektörel toplamıdır ve en genel durumu oluşturur. Gerçek dünyadaki dönen bileşenlerin hemen hemen tamamında dinamik dengesizlik görülür; savunma sektörü bileşenlerinde standart yaklaşımın iki düzlemli dinamik balanslama olmasının nedeni budur.
Balanslama süreci
Dinamik balanslamanın temel adım sırası bileşen türlerinde aynıdır; ancak hassasiyet düzeyi ile takım ve aparat imalatı büyük farklılıklar gösterir.
- Ölçüm devri: Bileşen hassas bir balans makinesine monte edilir ve kontrollü bir devirde döndürülür. Titreşim sensörleri, dengesizlik izini, yani hem büyüklüğünü hem de açısal konumunu, her düzeltme düzleminde tespit eder.
- Düzeltme hesabı: Balans makinesinin ölçüm sistemi, rotoru tolerans içine getirmek için her düzlemde gereken düzeltme kütlesini ve açısal konumunu hesaplar.
- Malzeme düzeltmesi: Hesaplanan konumlarda malzeme ya taşlama, frezeleme, delme veya lazer ablasyonu ile çıkarılır ya da düzeltme ağırlıkları ve epoksi reçine ile eklenir.
- Doğrulama devri: Düzeltmenin gereken balans toleransına ulaştığını doğrulamak için bileşen yeniden döndürülür.
- Dokümantasyon: İlk dengesizlik, uygulanan düzeltme ve nihai kalan dengesizlik, izlenebilirlik için bileşenin kalite kaydına işlenir.
Savunma sektörü bileşenlerinde bu süreç, gereken toleransa ulaşmak için birkaç kez tekrarlanabilir. Ölçüm verileri, seri numaralı bileşenin geçmişinin bir parçası olarak saklanır.
Savunma sınıfı bir balans makinesini ne belirler
Her balans makinesi savunma uygulamalarına hizmet veremez. Savunma sınıfı balans makineleri şunları sağlamalıdır:
- Toleransa uygun ölçüm çözünürlüğü: jiroskop rotorlarında mg·mm, tahrik bileşenlerinde g·mm gibi
- Tekrarlanabilirlik: gereken tolerans düzeyinde güvenilir düzeltme kararları almaya yeterlidir
- Ortam kontrolü: balans durumu sıcaklığa duyarlı bileşenler için sıcaklığı sabitlenmiş ölçüm sağlar
- Veri toplama ve izlenebilirlik: tüm ölçüm ve düzeltme verilerinin kalite yönetim sistemleriyle entegre biçimde otomatik olarak kaydedilmesi
- Esnek bağlama sistemi: her bileşen türünün kendine özgü montaj ve tahrik gereksinimlerine uyum sağlar
Cimat, her savunma uygulamasının özel gereksinimlerine göre uyarlanmış balans makineleri tasarlar ve üretir; yüksek kapasiteli taret balanslama sistemlerinden, ölçüm çözünürlüğü mg·mm altı aralığa inen ultra hassas jiroskop rotoru balans makinelerine kadar.
