宋亞平（中國民航飛行學(xué)院新津分院，四川成都 611430）

淺談輕型直升機(jī)旋翼振動測試及調(diào)整方法

宋亞平
（中國民航飛行學(xué)院新津分院，四川成都 611430）

直升機(jī)作為一種特殊的飛行器，最顯著的特征是具有旋翼系統(tǒng)。旋翼系統(tǒng)既是直升機(jī)的升力面，又是操縱面，該系統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的交變載荷，是直升機(jī)重要的振動載荷源。本文詳細(xì)分析了輕型直升機(jī)旋翼系統(tǒng)的振動特點(diǎn)及成因，并對振動測試設(shè)備的組成和結(jié)構(gòu)作了說明，給出解決輕型直升機(jī)旋翼系統(tǒng)振動的調(diào)整方法及措施。

直升機(jī) 旋翼系統(tǒng) 振動 調(diào)整

1　引言

直升機(jī)作為一種特殊的飛行器，最顯著的特征是具有旋翼系統(tǒng)。過大的振動會使機(jī)組和乘客產(chǎn)生不適感，并造成直升機(jī)旋轉(zhuǎn)部件的損傷及結(jié)構(gòu)件的磨損、疲勞、甚至斷裂。如果對過大的旋翼系統(tǒng)振動不加處理，持續(xù)的振動導(dǎo)致部件剝蝕、損傷，這種損傷不僅使得直升機(jī)的維護(hù)費(fèi)用成倍增加，而且嚴(yán)重危及直升機(jī)及其使用者的安全。另外，過大的振動會在某些特定條件下引發(fā)全鉸接式旋翼直升機(jī)地面共振的出現(xiàn)。為保障直升機(jī)的飛行安全，針對旋翼系統(tǒng)的振動進(jìn)行調(diào)整與控制，降低直升機(jī)旋翼系統(tǒng)的振動水平顯得尤為重要。

2　旋翼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與振動分析

直升機(jī)旋翼系統(tǒng)通常包含以下幾個(gè)部件：

（1）主旋翼減速齒輪箱：其功用是用于主旋翼槳葉的動力輸入/出、改變扭矩的傳遞方向以及主旋翼槳葉旋轉(zhuǎn)角速度；（2）主旋翼自動傾斜器（斜盤）：用于改變主旋翼槳葉的迎角，增大或減少主旋翼系統(tǒng)的拉力，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)各方向的飛行；（3）主旋翼槳轂：其安裝在主旋翼減速器動力輸出軸上，功用是固定主旋翼槳葉；（4）主旋翼槳葉。旋翼系統(tǒng)作為直升機(jī)高速旋轉(zhuǎn)部件，是直升機(jī)振動的主要振源之一，也是直升機(jī)故障的多發(fā)部件。

該系統(tǒng)動平衡檢查調(diào)整的目的是將旋翼系統(tǒng)產(chǎn)生橫向與垂直方向的振動水平控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足全機(jī)的振動要求。直升機(jī)旋翼系統(tǒng)的振動分為兩種，即垂直振動和橫向振動。垂直振動是因?yàn)楦鳂~產(chǎn)生的升力不對稱引起的。其與飛行速度直接相關(guān)，飛行速度越大，振動值也就越大。這種振動的調(diào)節(jié)通常是通過改變槳葉的初始安裝角，使得各槳葉的迎角一致進(jìn)而達(dá)到各槳葉的升力一致，從而降低因各槳葉升力相差過大而產(chǎn)生的振動。一般在低速下產(chǎn)生的振動，可通過調(diào)節(jié)變距拉桿的長度來實(shí)現(xiàn)；如果振動發(fā)生在高速度狀態(tài)下，則通過調(diào)節(jié)槳葉調(diào)整片的角度來改變槳葉的軌跡，進(jìn)而減小旋翼系統(tǒng)的振動值。

橫向振動是由于槳葉的質(zhì)量不平衡造成的。槳葉的質(zhì)量不平衡通常有兩種情況：

（1）各槳葉的質(zhì)量不相等，氣動力不平衡，造成質(zhì)量重的槳葉始終對旋翼系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)力矩；（2）各槳葉的質(zhì)量雖然相等，但在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)各槳葉之間間距不相等，即其矢量的和未集中在旋翼的旋轉(zhuǎn)中心，旋翼系統(tǒng)產(chǎn)生離心力無法相互抵消，導(dǎo)致槳盤上始終有一個(gè)周期變化側(cè)向力。

這種振動的調(diào)節(jié)方法是在槳葉的展向或弦向增減配重，或前、后掠槳葉；在某些情況下需要調(diào)節(jié)槳轂相對于主軸（即旋轉(zhuǎn)中心）的位置。

圖1　典型的平衡圖

3　振動測試與調(diào)整

直升機(jī)常用的振動測試設(shè)備有查德威爾·赫爾姆斯分析儀（RADS-AT）、vibri2000及AECE公司的2020或4040設(shè)備。這些設(shè)備通常都是由加速度傳感器、磁傳感器和切割片或光探頭和反光條、頻閃儀、導(dǎo)線、主機(jī)等組成。加速度傳感器內(nèi)有由可移動的鎢金屬塊制成。當(dāng)這些可移動的鎢金屬塊受到拉伸或擠壓時(shí)會產(chǎn)生一個(gè)電流。發(fā)生振動時(shí)，加速度傳感器也跟著發(fā)生移動，其內(nèi)部的可移動鎢金屬塊就不斷地發(fā)生著擠壓和拉伸，也就產(chǎn)生了與振動度相關(guān)的電壓信號。磁傳感器和切割片（或光探頭和反光條），一方面用來產(chǎn)生旋翼每轉(zhuǎn)動一圈的轉(zhuǎn)速信號；另一方面，切割片或反光條已固定在轉(zhuǎn)動旋翼的一個(gè)已知點(diǎn)上，分析儀可將此信號與加速度傳感器的輸出相比較，求出失衡部件的角度位置。頻閃儀產(chǎn)生一個(gè)與主旋翼轉(zhuǎn)速頻率一致的脈沖燈光，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，就能得到各槳葉的高低及超前滯后情況，也就是測得槳葉的軌跡，用作調(diào)節(jié)振動的參考。

安裝設(shè)備時(shí)應(yīng)注意以下細(xì)節(jié)：

（1）安裝加速度傳感器的位置及安裝方向應(yīng)正確（以維護(hù)手冊為準(zhǔn)），其與支座、支座與機(jī)體結(jié)構(gòu)應(yīng)固定可靠。（2）磁傳感器和切割片或光探頭和反光條之間的間隙恰當(dāng)。磁傳感器和切割片的間隙過小，會影響傾斜盤的運(yùn)動并損壞磁傳感器和切割片；間隙過大，產(chǎn)生不了轉(zhuǎn)速信號。光探頭和反光條的間隙過小，產(chǎn)生不了轉(zhuǎn)速信號。間隙的具體要求參見相應(yīng)的維護(hù)手冊。反光條粘貼平整、不應(yīng)有皺褶，否則會產(chǎn)生錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)速信號，進(jìn)而影響振動值的準(zhǔn)確性。（3）各導(dǎo)線與主機(jī)相連時(shí)，確認(rèn)連接的通道正確；所有導(dǎo)線固定可靠與旋轉(zhuǎn)部件間有足夠的安全距離，不得妨礙飛行操縱以及防止松脫飛入旋翼轉(zhuǎn)動面。如有條件，可將檢查者一側(cè)的副駕駛操縱裝置拆除，以免影響飛行員的操縱。

設(shè)備安裝完后便可進(jìn)入振動測試階段。測試時(shí)應(yīng)從地面開始，懸停及低速至高速各種狀態(tài)速度逐一測試，一個(gè)狀態(tài)調(diào)節(jié)好后方可進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)測試。在對一狀態(tài)的振動進(jìn)行調(diào)節(jié)后，在對其進(jìn)行測試前應(yīng)逐一檢查先前已調(diào)整好的狀態(tài)，以確保所進(jìn)行的調(diào)節(jié)未影響到先前已調(diào)整好的各狀態(tài)。

在進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，不可避免地要使用平衡圖（圖1所示）。平衡圖是一個(gè)時(shí)鐘圖面，它上面的12條射線代表平衡測量結(jié)果的時(shí)鐘角。圍

············

繞時(shí)鐘圖面中心所畫出的同心圓劃分出不同的振幅值。在同心圓的外側(cè)是均勻切分的座標(biāo)線，其座標(biāo)軸表示直升機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)操作方法及操作量。振動測量值使我們能夠在時(shí)鐘圖面上標(biāo)出振幅和相位角的交叉點(diǎn)。該點(diǎn)對座標(biāo)軸的推算結(jié)果確定需要調(diào)整的位置和幅度：將該點(diǎn)至圖面中心的連線矢量分別沿座標(biāo)軸進(jìn)行矢量分解，得到將振動調(diào)至可接受水平的相應(yīng)調(diào)節(jié)方法及調(diào)節(jié)量。在大多數(shù)情況下，一個(gè)平衡點(diǎn)將表示兩個(gè)校正步驟—座標(biāo)軸圍繞著平衡點(diǎn)的每片槳葉各有一次校正。

旋翼系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)遵循以下基本規(guī)則：

（1）變距連桿改變所有速度下的槳葉軌跡，其會影響旋翼的垂直振動和橫向振動。（2）調(diào)整片改變在大速度下的槳葉軌跡，其主要影響旋翼的垂直振動。（3）前后掠槳葉改變所有速度旋翼的質(zhì)量分布，其會影響旋翼的垂直振動和橫向振動。（4）槳尖配重改變所有速度旋翼的質(zhì)量分布，其會影響旋翼的橫向振動。（5）先作粗調(diào)后作精細(xì)調(diào)節(jié)。在精細(xì)調(diào)節(jié)時(shí)，先調(diào)橫向振動，將其降到0.2IPS后，再進(jìn)行垂直振動的調(diào)節(jié)。

平衡圖不是根據(jù)旋翼特性的理論模型提取而成的，而是通過對特定的旋翼類型進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)測量并平均之后而形成的。這就意味著平衡圖不可能始終與實(shí)際的旋翼測量一致，在某些情況下，偏差足以妨礙正確的振動分析。制造和修理上的差別，以及機(jī)身穩(wěn)定性和共振頻率的變化，常常形成不同的平衡圖解。因此在進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)注意調(diào)節(jié)量的把握，宜少不宜多，逐步調(diào)節(jié)并做到具體問題具體分析，才能正確地解決問題。如90年代某單位一架貝爾206BIII直升機(jī)的槳葉受損送修回場后，經(jīng)過多次裝機(jī)調(diào)試均未達(dá)到放飛標(biāo)準(zhǔn)，在庫房存放近二十年。后來，經(jīng)過認(rèn)真地調(diào)整至放飛標(biāo)準(zhǔn)，飛行使用正常，既保證了安全，又節(jié)約了航材費(fèi)用。引起旋翼振動的原因較多，如變距拉桿的上下端軸承松動、旋翼操縱系統(tǒng)內(nèi)過大的間隙、甚至傾斜盤不清潔均有可能，因此在日常的維護(hù)中一定要嚴(yán)格按照維護(hù)手冊的具體標(biāo)準(zhǔn)檢查相關(guān)部件。

4　結(jié)語

定期對直升機(jī)主旋翼系統(tǒng)的振動進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)整，可有效的減少因旋翼系統(tǒng)振動而造成的機(jī)件磨損，對于提高直升機(jī)飛行訓(xùn)練的安全具有重要的意義。該系統(tǒng)的減振措施和方法已用于工程實(shí)踐，并取得了良好的效果，該方法對其他相似構(gòu)造的直升機(jī)也具有一定的借鑒作用。