李家旭

（陜西飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，陜西 漢中 723213）

某飛機(jī)在高度4000m，速度330～340km/h時(shí)，出現(xiàn)異常抖動(dòng)，駕駛艙抖動(dòng)明顯。當(dāng)飛機(jī)加速至380km/h以上平飛，抖動(dòng)減弱，異常抖動(dòng)不明顯。

1 問題定位

1.1 建立故障樹

根據(jù)故障現(xiàn)象，對(duì)可能引起飛機(jī)異常抖動(dòng)的原因從動(dòng)力裝置誘發(fā)抖動(dòng)、氣動(dòng)外形異常引發(fā)氣流分離和活動(dòng)舵面非指令偏轉(zhuǎn)三方面進(jìn)行分析，建立故障樹，見圖1。

圖1 建立故障樹

1.2 故障排查

根據(jù)故障樹制定排查方案，分步進(jìn)行排查，分別對(duì)故障樹底事件進(jìn)行逐一排查。

1.2.1 動(dòng)力裝置振動(dòng)值偏大問題排查

（1）通過飛行檢查和飛參記錄數(shù)據(jù)分析表明，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)值未超過發(fā)動(dòng)機(jī)允許范圍，發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳未發(fā)生故障。可排除動(dòng)力裝置故障引起的飛機(jī)異常抖動(dòng)。

（2）復(fù)查發(fā)動(dòng)機(jī)漿帽，漿盤動(dòng)平衡，完成了動(dòng)力裝置水平測(cè)量，均無問題。檢查了發(fā)動(dòng)機(jī)主減振器，發(fā)現(xiàn)1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)主減振器下沉量比其他發(fā)動(dòng)機(jī)下沉量略大，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)調(diào)后試飛驗(yàn)證，抖動(dòng)未改善，排除了動(dòng)力裝置安裝問題。

1.2.2 氣動(dòng)外形異常引起氣流分離造成抖動(dòng)的排查

（1）對(duì)機(jī)身、機(jī)翼、尾翼等的外觀、操縱系統(tǒng)和收放機(jī)構(gòu)的摩擦力及運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、機(jī)上設(shè)備的連接緊固性等進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。從氣動(dòng)外形檢查未發(fā)現(xiàn)外形異常引發(fā)的氣流分離。

（2）飛行振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)未能發(fā)現(xiàn)與機(jī)體異常抖動(dòng)相關(guān)的振動(dòng)源。從而排除外形異常引起氣流分離造成的機(jī)體異常抖動(dòng)。

1.2.3 活動(dòng)舵面非指令偏擺造成機(jī)身抖動(dòng)的排查

（1）方向舵、升降舵、副翼間隙排查。對(duì)舵面外形、對(duì)合情況、間隙以及調(diào)整片間隙進(jìn)行了檢查，均滿足要求，可以排除由于上述舵面間隙引起的機(jī)身遺產(chǎn)抖動(dòng)。

（2）襟翼游動(dòng)間隙排查。檢查發(fā)現(xiàn)，右側(cè)襟翼后緣的有的間隙擺動(dòng)量大于相關(guān)技術(shù)條件的要求。經(jīng)分析和檢查，發(fā)現(xiàn)右側(cè)1號(hào)滑輪架處的襟翼安裝位置下移了約3mm，改變了右側(cè)襟翼游動(dòng)間隙，同時(shí)產(chǎn)生了較大的裝配應(yīng)力，后續(xù)檢飛，襟翼受載，游動(dòng)間隙變化，從而偏大超標(biāo)。

對(duì)檢出的問題，通過拆下右側(cè)襟翼，對(duì)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)滑輪架進(jìn)行了檢查和間隙調(diào)整。減小右側(cè)襟翼后緣的游動(dòng)間隙擺動(dòng)量。經(jīng)飛行驗(yàn)證，機(jī)身異常抖動(dòng)現(xiàn)象有所改善。后，更換右側(cè)襟翼2號(hào)滑輪架，并在原位置基礎(chǔ)上下移1.2mm安裝，減小并均衡了襟翼裝配應(yīng)力和游動(dòng)間隙，經(jīng)飛行驗(yàn)證，機(jī)上人員未感受到機(jī)身異常抖動(dòng)。

2 問題定位

按照故障樹逐一排查、排故及飛行驗(yàn)證表明：異常抖動(dòng)時(shí)襟翼在產(chǎn)生較大的裝配應(yīng)力和游動(dòng)間隙不均衡導(dǎo)致的。

3 機(jī)理分析

襟翼通過多個(gè)滑軌和滑輪與機(jī)翼連接，滑軌和滑輪典型連接形式見圖1。右側(cè)襟翼在1號(hào)滑輪架位置下移3mm安裝，由于襟翼滑軌位置沒有變化，導(dǎo)致襟翼強(qiáng)迫裝配，襟翼滑輪架上每組上下滑輪與襟翼滑軌工作面間隙不均勻，1號(hào)2號(hào)襟翼滑輪架與襟翼滑軌下側(cè)工作面、3號(hào)襟翼滑輪架與襟翼滑軌上側(cè)工作面間隙變?yōu)?，襟翼在2號(hào)襟翼滑輪架位置區(qū)域存在沿襟翼展向的一定程度的微小變形，參見圖2.

圖2

由于襟翼存在以上問題，襟翼處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在飛機(jī)飛行過程中，襟翼受一定載荷時(shí)，由于襟翼滑輪架與襟翼滑軌工作面間隙的不均勻以及襟翼存在一定的微小變形，導(dǎo)致各個(gè)襟翼滑輪架與襟翼滑軌工作面間的間隙不斷變化，同時(shí)，襟翼沿展向不連續(xù)變形。

間隙引發(fā)復(fù)剛度動(dòng)力學(xué)特性，間隙變化導(dǎo)致襟翼運(yùn)動(dòng)頻率在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。當(dāng)襟翼變化頻率波動(dòng)至動(dòng)力裝置的激振頻率時(shí)，會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)急劇放大；同時(shí)，間隙的不規(guī)則變化和襟翼沿展向不連續(xù)變形易引發(fā)襟翼非指令偏擺，致使機(jī)翼的流場(chǎng)和氣流分離規(guī)律變化。

當(dāng)襟翼受到的氣動(dòng)載荷較小時(shí)，襟翼在游隙內(nèi)微幅振動(dòng)，隨著氣動(dòng)載荷的增加，間隙不斷變化，引發(fā)襟翼振動(dòng)頻率逐漸逼近激振頻率，當(dāng)襟翼振動(dòng)頻率接近激振頻率時(shí)振動(dòng)響應(yīng)增大，舵面變形的非指令偏轉(zhuǎn)引發(fā)的非定常擾動(dòng)也增大，進(jìn)一步加劇了襟翼振動(dòng)，引發(fā)機(jī)體抖動(dòng)。當(dāng)襟翼受到的氣動(dòng)載荷達(dá)到一定程度時(shí)，襟翼振動(dòng)頻率越過激振頻率，響應(yīng)迅速衰減，同時(shí)，氣動(dòng)載荷迫使各個(gè)襟翼滑輪架與襟翼滑軌工作面間隙處于一定水平，襟翼變形也平衡和涵蓋了襟翼強(qiáng)迫裝配造成的微小變形，襟翼處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生非指令偏擺。氣動(dòng)載荷與速度相關(guān)，故當(dāng)飛行到達(dá)一定速度時(shí)，飛機(jī)出現(xiàn)異常抖動(dòng)，當(dāng)飛機(jī)超過一定速度范圍后，異常抖動(dòng)消失。

4 問題復(fù)現(xiàn)

為了驗(yàn)證含間隙模型的動(dòng)力學(xué)特征，通過基于接觸力方法并考慮材料阻尼效應(yīng)的L-N模型，建立了簡(jiǎn)化的間隙旋轉(zhuǎn)鉸機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行了含不同大小間隙的機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)仿真，計(jì)算結(jié)果（見圖3）表明，含間隙機(jī)構(gòu)的加速度較理想機(jī)構(gòu)出現(xiàn)了加速度波動(dòng)毛刺，間隙的存在使鉸關(guān)節(jié)間碰撞沖擊加大，間隙越大，碰撞加速度波動(dòng)量越大。

圖3 含不同間隙的旋轉(zhuǎn)鉸機(jī)構(gòu)響應(yīng)仿真

通過地面模態(tài)試驗(yàn)，以漸進(jìn)力法對(duì)過裝配的襟翼運(yùn)動(dòng)模態(tài)進(jìn)行了測(cè)試。采取漸進(jìn)力法主要是為了克服襟翼面非線性因素，尤其是間隙非線性和摩擦非線性的影響。具體為，采用漸進(jìn)加力的方式分別測(cè)試F=20N、30N、40N、…Fmax狀態(tài)下的模態(tài)，得到不同激振力下的測(cè)試頻率，繪出力-頻曲線。試驗(yàn)結(jié)果(見圖4)表明，襟翼運(yùn)動(dòng)模態(tài)隨激振力的增加，呈現(xiàn)先降后升再平穩(wěn)的形態(tài)，且動(dòng)力裝置頻率正處于過裝配的襟翼運(yùn)動(dòng)頻率變化范圍內(nèi)。

圖4 含間隙的襟翼力-頻實(shí)測(cè)曲線

基于仿真和試驗(yàn)，可知，間隙是引發(fā)抖動(dòng)（非線性振動(dòng)）的主因，合理調(diào)配間隙及降低間隙是解決問題的關(guān)鍵。

機(jī)體異常抖動(dòng)問題定位右襟翼后，通過拆下襟翼，對(duì)襟翼1號(hào)2號(hào)3號(hào)襟翼滑輪架進(jìn)行了檢查和間隙調(diào)整，經(jīng)試飛驗(yàn)證，通過機(jī)上人員感受，發(fā)現(xiàn)異常抖動(dòng)現(xiàn)象有所改善。

通過更換右側(cè)襟翼2號(hào)滑輪架，并在原位置基礎(chǔ)上下移1.5mm安裝，調(diào)整并均衡了裝配應(yīng)力和游動(dòng)間隙后再次試飛驗(yàn)證，機(jī)上人員未再感受到機(jī)體異常抖動(dòng)。

5 舉一反三

本次異常振動(dòng)，是由于襟翼帶應(yīng)力安裝和間隙控制不當(dāng)引起的，過程中暴露的問題值得警醒：

（1）是否采用下壓襟翼安裝位置的方式來排除襟翼安裝故障。

（2）在安裝、調(diào)整襟翼間隙過程中，是否大幅單點(diǎn)調(diào)整。

（3）襟翼擺動(dòng)量相關(guān)測(cè)量要求是否全面貫徹。

（4）對(duì)改裝及排故過程涉及到活動(dòng)部位的間隙變化，受力變化等可能影響力學(xué)特性、氣動(dòng)特性時(shí)，即使最終狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)公差要求，也許綜合評(píng)估其影響，加強(qiáng)過程控制。

6 結(jié)語

提出了抖振問題排查思路，識(shí)別出間隙導(dǎo)致了非指令偏轉(zhuǎn)和非線性振動(dòng)耦合，從而引發(fā)抖振的技術(shù)路徑。分析了間隙抖振機(jī)理，給出了調(diào)整并均衡裝配應(yīng)力和游動(dòng)間隙的解決措施，具有較高的工程指導(dǎo)意義。