周小猗中國民航飛行學(xué)院新津分院，四川成都　611431

平衡圖在直升機(jī)動(dòng)平衡調(diào)整中的應(yīng)用

周小猗
中國民航飛行學(xué)院新津分院，四川成都611431

摘要旋轉(zhuǎn)部件（主旋翼和尾槳）是直升機(jī)的主要振動(dòng)源，對(duì)直升機(jī)旋轉(zhuǎn)部件動(dòng)平衡進(jìn)行精確調(diào)整，對(duì)提高直升機(jī)運(yùn)行可靠性有重要意義。平衡圖是直升機(jī)動(dòng)平衡工作中最重要的工具，對(duì)精確調(diào)整旋轉(zhuǎn)部件動(dòng)平衡起著重要的指導(dǎo)作用。本文詳細(xì)闡述了平衡圖的原理、組成、要素、創(chuàng)建過程和使用技巧，對(duì)正確、高效使用平衡圖具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞直升機(jī)；動(dòng)平衡；平衡圖

振動(dòng)是直升機(jī)的常見故障，也是較難徹底排除的故障。持續(xù)振動(dòng)不僅使直升機(jī)操縱性能降低、飛行員疲勞度增加、機(jī)載設(shè)備壽命減少，同時(shí)也使關(guān)鍵部件磨損、疲勞斷裂和突然失效的可能性增加。而旋轉(zhuǎn)部件（主旋翼和尾槳）是直升機(jī)的主要振動(dòng)源，因此，對(duì)直升機(jī)旋轉(zhuǎn)部件動(dòng)平衡進(jìn)行精確調(diào)整，降低其振動(dòng)值至可接受的范圍，對(duì)保證直升機(jī)飛行安全，提高其運(yùn)行可靠性有重要意義。

平衡圖是直升機(jī)動(dòng)平衡工作中最重要的工具，對(duì)精確調(diào)整旋轉(zhuǎn)部件動(dòng)平衡起著重要的指導(dǎo)作用。下面筆者將對(duì)平衡圖的原理和使用技巧進(jìn)行詳細(xì)的說明。

1　平衡圖的組成

平衡圖是用來描述旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)的不平衡量或不平衡點(diǎn)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心位置的圖表。

基本平衡圖由兩個(gè)刻度組成，第一部分是代表振動(dòng)量的同心圓，第二部分是由中心向外延伸的時(shí)鐘角或相位角。振動(dòng)量刻度值由中心向外呈線性等額遞增，單位通常表示為IPS(英寸每秒)，振幅刻度為0.0IPS至1.0IPS。時(shí)鐘角或相位角用于在旋轉(zhuǎn)平面360度范圍內(nèi)指示不平衡點(diǎn)的時(shí)鐘位置。典型的直升機(jī)平衡圖使用12小時(shí)制的角度格式（如圖1所示）。

2　平衡圖的創(chuàng)建

下面將舉例說明平衡圖的創(chuàng)建過程。在這個(gè)例子中，我們使用有四個(gè)調(diào)整點(diǎn)的雙葉尾槳（圖2）來做說明，這四個(gè)調(diào)整點(diǎn)分別位于每一片槳葉的葉尖[標(biāo)靶槳葉（Target）葉尖和空白槳葉（Blank）葉尖]以及槳葉根部的葉弦配重點(diǎn)（A點(diǎn)和B點(diǎn)）。

我們通過四個(gè)步驟來創(chuàng)建這種具有四點(diǎn)調(diào)整點(diǎn)的雙葉尾槳的完整平衡圖：

1）通過測(cè)量和記錄尾槳的初始振動(dòng)值和相位角來建立尾槳的初始(基準(zhǔn))條件。

2）在其中一個(gè)調(diào)整點(diǎn)上放置已知重量的配重，然后測(cè)量并記錄振動(dòng)值和相位角的變化。

3）將同一配重放置在另外三個(gè)調(diào)整點(diǎn)，然后測(cè)量并記錄所有條件下振動(dòng)值和相位角的變化。

4）計(jì)算每個(gè)調(diào)整點(diǎn)的影響系數(shù)，繪制平衡圖。

2.1 基準(zhǔn)平衡圖的建立

先在空白的平衡圖上精確記錄初始的振幅和方位角。初始振幅為0.3IPS，方位角為2點(diǎn)時(shí)鐘方位，如圖3所示，將初始的振幅和方位角標(biāo)記為“1”。

第二次動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)前，先在標(biāo)靶槳葉葉尖調(diào)整點(diǎn)上放置5克的配重。第二次測(cè)量結(jié)果為：振動(dòng)值為0.7IPS，方位角為12:45。將這一結(jié)果在圖4中標(biāo)記為“2”?！?”和“2”點(diǎn)之間的虛線代表在標(biāo)靶槳葉葉尖調(diào)整點(diǎn)上增加配重后振動(dòng)點(diǎn)的移動(dòng)方向。換句話說，若在標(biāo)靶槳葉葉尖調(diào)整點(diǎn)上增加配重后，振動(dòng)點(diǎn)將會(huì)從時(shí)鐘方位6點(diǎn)向12點(diǎn)方向移動(dòng)。

接下來，將5克配重依此放置在剩余的幾個(gè)調(diào)整點(diǎn)，測(cè)量的振動(dòng)值和方位角如下所示：

“空白”槳葉葉尖：振動(dòng)值為0.43IPS，方位角為4:50，標(biāo)記為“3”。

“A”調(diào)整點(diǎn)：振動(dòng)值為0.3 IPS，方位角為 1:00，標(biāo)記為“4”。

“B”調(diào)整點(diǎn)：振動(dòng)值為0.38 IPS，方位角 2:45，標(biāo)記為“5”。

如圖5所示，將配重放置在各個(gè)調(diào)整點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果同時(shí)標(biāo)注在同一平衡圖上。

2.2 移動(dòng)線的建立

通過把初始(基準(zhǔn))點(diǎn)位置作為平衡圖中心，將前面實(shí)驗(yàn)獲得的幾個(gè)振動(dòng)點(diǎn)位置遷移到平衡圖的中心。如圖6所示。

下一步，始于基準(zhǔn)點(diǎn)作兩條貫穿于整個(gè)平衡圖，并將所有振動(dòng)點(diǎn)連在一起的線條，如圖7所示。

然后，在平衡圖外，作兩條平行于連接線的線條，并在這兩條線上標(biāo)示調(diào)整點(diǎn)的名稱，調(diào)整類型，以及每個(gè)調(diào)整點(diǎn)的影響因素(如圖8所示)。

在圖8中各個(gè)振動(dòng)點(diǎn)都有一條與基準(zhǔn)點(diǎn)相連的移動(dòng)線。利用此圖表，如要減小振動(dòng)值，只需使振動(dòng)點(diǎn)向平衡圖的中心移動(dòng)即可。圖8標(biāo)示了調(diào) 整點(diǎn)名稱的平衡圖

2.3 調(diào)整點(diǎn)影響系數(shù)（ICF）

到目前為止，雖然在平衡圖中標(biāo)示了調(diào)整點(diǎn)和移動(dòng)線，但我們還需要知道采取什么樣的方法和精確的調(diào)整量，以把振動(dòng)值降低到可接受的范圍內(nèi)。

調(diào)整點(diǎn)影響系數(shù)（ICF）是用來描述減小定量振動(dòng)值所需的精確調(diào)整量[1]。影響系數(shù)（ICF）通常用克、度、螺面調(diào)整數(shù)和螺紋調(diào)整圈數(shù)等表示。所需調(diào)整量是通過測(cè)量移動(dòng)線的長度來計(jì)算的。如圖9所示，當(dāng)把配重放置在葉尖調(diào)整點(diǎn)時(shí)，5克配重可改變振動(dòng)值0.5 IPS，經(jīng)計(jì)算可知，每改變振動(dòng)值1 IPS，需配重10克；而把配重放置在翼弦調(diào)整點(diǎn)時(shí)，5克配重可改變振動(dòng)值0.15 IPS，經(jīng)計(jì)算可知，每改變振動(dòng)值1 IPS，需配重33克。

圖10為完整的平衡圖，在圖中添加了影響系數(shù)（ICF），同時(shí)也繪制了坐標(biāo)網(wǎng)線，以便能夠更加精確地查找到調(diào)整量。

3　平衡圖的應(yīng)用

下面將使用幾個(gè)不同布局的平衡圖來說明平衡圖的正確使用方法。

如圖11所示，若初始振動(dòng)值為0.4IPS，方位角為8:00。第一步應(yīng)在圖中標(biāo)示出初始振動(dòng)點(diǎn)所在的位置，記為“1”。從圖中可以看出，無法通過單一的調(diào)整使振動(dòng)點(diǎn)沿移動(dòng)線直接向平衡圖中心移動(dòng)，因此需要同時(shí)使用兩種調(diào)整方法減小振動(dòng)值。

從前面例子中所列舉的平衡圖可以看出，每個(gè)調(diào)整點(diǎn)都有一條特定的振動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)線，因此，當(dāng)初始振動(dòng)點(diǎn)(基準(zhǔn)點(diǎn))沒有位于振動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)線上時(shí)，第一步調(diào)整就是采取適當(dāng)?shù)姆椒?，使之移?dòng)到第二次調(diào)整能夠直接向圓心移動(dòng)的移動(dòng)線上。如圖11所示，初始振動(dòng)點(diǎn)“1”沒有直接位于任何一條振動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)線上，因此，在“B”點(diǎn)增加配重后，振動(dòng)點(diǎn)將沿10:30至4:30方向由“1”移動(dòng)到“2”，再通過在標(biāo)靶槳葉葉尖增加適量的配重，即可使振動(dòng)點(diǎn)沿6:00至12:00方向移動(dòng)到圓心。增加配重的重量取決于振動(dòng)值的變化量，“1”移動(dòng)到“2”時(shí)，需要在“B”點(diǎn)增加的配重量約為17克，而由“2”移動(dòng)到圓心時(shí)，需在標(biāo)靶槳葉葉尖增加的配重約為5.5克。

第二個(gè)例子如圖12所示，若初始振動(dòng)值是0.78 IPS，方位角為 2:05(標(biāo)記為“1”)。同樣“1” 沒有直接位于任何一條振動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)線上，無法通過一次調(diào)整使振動(dòng)點(diǎn)直接向圓心移動(dòng)，因此，需要采用同時(shí)在兩邊增加配重的方法來減小振動(dòng)值。首先，需在“A”點(diǎn)增加配重約3.0克，使振動(dòng)點(diǎn)“1”沿12:00至6:00方向移動(dòng)到振動(dòng)點(diǎn)“2”，然后，需在“D”點(diǎn)增加配重約7.0克，使振動(dòng)點(diǎn)沿3:00至9:00方向向圓心移動(dòng)。

最后一個(gè)例子如平衡圖13所示，若初始振動(dòng)值為0.89 IPS，方位角為 3:55(標(biāo)記為“1”)。從圖中可以看出，振動(dòng)點(diǎn)幾乎位于“黃色槳葉調(diào)整點(diǎn)”的振動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)線上，因此，首先應(yīng)增加黃色槳葉俯仰連桿長度，使振動(dòng)點(diǎn)沿3:45至9:45方向移動(dòng)，調(diào)節(jié)量約為3.75螺面。第二次可通過增加紅色槳葉俯仰連桿長度，使振動(dòng)點(diǎn)向圓心移動(dòng)。但此時(shí)調(diào)節(jié)的量已經(jīng)非常小了，約為0.2螺面，如此精確的調(diào)整將變得非常困難，而且其影響也非常的小，因此可不作調(diào)整，振動(dòng)值也能達(dá)到允許的精度范圍內(nèi)。

以上例子中的三個(gè)平衡圖是當(dāng)今直升機(jī)振動(dòng)與平衡研究的典型代表。

參考文獻(xiàn)

[1]ACES Systems/TEC Aviation Division.Model 2020 ProBalancer Analyzer User Manual[M]. TEC. 2005，Section 1，1-28

作者簡介：周小猗，副主任，畢業(yè)院校：北京航空航天大學(xué)，工作單位：民航飛行學(xué)院新津分院機(jī)務(wù)工程部，研究方向：民用航空器維修管理

中圖分類號(hào)V21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2015）139-0109-03