馬旭東

（航空工業(yè)直升機設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

直升機的工作原理和工作狀態(tài)特性決定其振動環(huán)境相對其他航空器和運輸平臺具有非常突出、非常特殊的振動環(huán)境，其振動環(huán)境特性也非常鮮明，它屬于在隨機振動基礎(chǔ)上疊加強烈周期正弦振動、很復(fù)雜的綜合振動。我國在直升機研制領(lǐng)域，開展了直升機振動環(huán)境的研究，取得了大量的成果。

本文針對已知直升機振動頻率情況，通過探究MIL-STD-810和 RTCA /DO-160這兩大規(guī)范較新版本核心技術(shù)內(nèi)容的發(fā)展和變化，為開展直升機振動環(huán)境基礎(chǔ)研究提供參考。

1 發(fā)展歷程

當前歐美振動環(huán)境試驗通用規(guī)范主要有MILSTD-810和 RTCA /DO-160（EUROCAE ED-14），最新版分別是2008年發(fā)布的MIL-STD-810G和2010年12月發(fā)布的RTCA /DO-160G。軍用直升機研制一般采用MIL-STD-810進行剪裁或直接采用，而民用直升機研制一般采用RTCA /DO-160進行剪裁或直接采用，或者兼顧兩個規(guī)范。

1.1 MIL-STD-810體系發(fā)展

MIL-STD-810是美國國防部制定的機載設(shè)備環(huán)境試驗規(guī)范，目的是用謹慎設(shè)計得到的環(huán)境應(yīng)力來消除“過”或者“欠”設(shè)計/測試，以確保對設(shè)計有影響的環(huán)境都已經(jīng)在設(shè)計中系統(tǒng)地做了考慮。

MIL-STD-810強調(diào)對相關(guān)材料的剪裁以符合在它的壽命周期內(nèi)所會承受的環(huán)境，并且要測試對應(yīng)對象。從基本版1962年發(fā)布至今，共有“MIL-STD-810Base”和“MIL-STD-810A至 E”8個 版 本。MIL-STD-810F是在總結(jié)國際環(huán)境工程管理和環(huán)境試驗應(yīng)用經(jīng)驗，充分吸收美國國防部D0DD系統(tǒng)采購標準和英國國防部標準DEF 00-35《國防裝備環(huán)境手冊》等標準有關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上制訂的。

1.2 DO-160體系發(fā)展

《機載設(shè)備的環(huán)境條件和測試程序》是由美國航空無線電技術(shù)委員會（RTCA）135分會（SC-135）制定，為機載設(shè)備定義了一系列的最低性能環(huán)境試驗條件（類別）和相應(yīng)的試驗方法，簡稱“RTCA/DO-160”或“DO-160”。

DO-160及其前身DO-138從1958年開始用作環(huán)境鑒定試驗的標準，其作為機載設(shè)備最低工作性能規(guī)范（MOPS）的參考。隨著航空業(yè)界不斷提出更新的要求，以及試驗技術(shù)的快速發(fā)展和對機載設(shè)備工作環(huán)境的深入了解，DO-160一直不斷的更新和修訂，共產(chǎn)生“DO-160A至E等”10個修訂版本。

2 通用規(guī)范技術(shù)要求分析

2.1 主要要求

振動環(huán)境試驗是指在現(xiàn)場或?qū)嶒炇彝ㄟ^模擬的方法使機載設(shè)備承受其安裝位置振動環(huán)境的試驗，檢驗機載設(shè)備在真實振動環(huán)境中工作的可靠性，評估使用壽命，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)，找出改進方向等。在其規(guī)范修訂過程中，試驗程序、合格判據(jù)相對固化，各個版本之間以及各型號應(yīng)用基本一致。下面詳細分析MILSTD-810和DO-160兩大振動環(huán)境試驗規(guī)范中直升機機載設(shè)備部分主要技術(shù)要求的修訂變化情況和原因。

2.2 MIL-STD-810核心要求

MIL-STD-810作為美國軍用裝備振動環(huán)境試驗規(guī)范，其中有關(guān)直升機艙內(nèi)、外機載設(shè)備的振動環(huán)境試驗要求，是美國各直升機公司制定自身直升機型號機載設(shè)備振動環(huán)境試驗要求的裁剪依據(jù)和基礎(chǔ)。

MIL-STD-810后期各版本要求的直升機正弦振動試驗頻率見表1，F(xiàn)版對正弦試驗頻率進行了較大的修改，增加了主槳和尾槳工作轉(zhuǎn)速頻率，刪除了主槳和尾槳四階通過頻率。

表1 MIL-STD-810后期各版本要求的直升機正弦振動試驗頻率

MIL-STD-810C/D/E版和F/G版要求的直升機振動試驗譜曲線頻率分別見圖1。在一般振動區(qū)域，F(xiàn)版大幅降低了隨機振動的量值，峰值減小一半，并且對10～300Hz頻段的隨機振動功率譜曲線，由隨頻率變大等量遞增的四方形改為隨頻率變大增量遞增的梯形。

圖1 MIL-STD-810C/D/E版（上圖）和F/G版（下圖）直升機振動環(huán)境試驗譜曲線

2.3 DO-160規(guī)范核心要求

DO-160系列從1958年的DO-138，到2010年DO-160G版本，其技術(shù)要求發(fā)生很大的變化，內(nèi)容得到不斷補充、完善和修正。下面主要從目前仍在應(yīng)用的D版和E版對其核心技術(shù)要求進行分析。

（1）D版中，在機身和尾部結(jié)構(gòu)振動分區(qū)，只考慮主、尾槳工作頻率和一階通過頻率的振動；E版中，在機身結(jié)構(gòu)振動分區(qū)，在尾部結(jié)構(gòu)振動分區(qū)，考慮主、尾槳一、二階通過頻率這幾個頻率的振動。

（2）D版中，除發(fā)動機、主減安裝平臺振動分區(qū)外，其他振動分區(qū)均考慮了主槳錐體和動平衡對其振動環(huán)境的影響，而且在機體結(jié)構(gòu)和尾部結(jié)構(gòu)還考慮尾槳錐體和動平衡對振動環(huán)境的影響；E版及以后的版本中，所有的振動分區(qū)均不再考慮主、尾槳錐體和動平衡對其振動環(huán)境的影響。

（3）試驗譜修訂的基礎(chǔ)，來自美國從事直升機振動環(huán)境工程的專家和工程師對直升機振動環(huán)境現(xiàn)狀的充分掌握，包括直升機不同部位振動環(huán)境的頻率及不同頻率振動幅值的差異，并通過數(shù)理統(tǒng)計的方法進行分析，得到當前直升機總體振動環(huán)境特性。

2.4 綜合分析

在DO-160規(guī)范中對于已知直升機振動環(huán)境頻率的振動環(huán)境試驗，采用正弦振動疊加隨機振動的方式，機載設(shè)備若按8．8．1節(jié)的要求通過了試驗考核，則認為該設(shè)備合格，但沒有給出使用壽命（或使用期限）。該評判結(jié)論與GJB150或GJB150A中的評判結(jié)論差別很大，存在以下兩種理解：第一，僅說明通過試驗的設(shè)備具備裝機的條件；第二，該設(shè)備安裝的直升機上的使用壽命與機體同壽。

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