李斌

摘 要：結(jié)合直升機(jī)旋翼錐體及槳葉的振動(dòng)特性，本文對(duì)直升機(jī)旋翼錐體及動(dòng)平衡調(diào)整要求和難點(diǎn)展開(kāi)了分析，然后提出了錐體及動(dòng)平衡的調(diào)整策略，并結(jié)合實(shí)例對(duì)調(diào)整策略進(jìn)行了運(yùn)用，從而為關(guān)注這一話(huà)題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；旋翼錐體；動(dòng)平衡

中圖分類(lèi)號(hào)：V267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）19-0076-02

在直升機(jī)制造和維修的過(guò)程中，都要對(duì)旋翼部件進(jìn)行頻繁檢查和調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直升機(jī)振動(dòng)大小的有效控制。而能否實(shí)現(xiàn)對(duì)直升機(jī)旋翼錐體及動(dòng)平衡的合理調(diào)整，將會(huì)直接影響直升機(jī)性能和壽命，需要按照規(guī)定要求采取科學(xué)的調(diào)整方法。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)直升機(jī)旋翼錐體及動(dòng)平衡調(diào)整策略的研究，以便更好的開(kāi)展相關(guān)工作。

1 直升機(jī)旋翼錐體及槳葉的振動(dòng)

直升機(jī)安裝有多種轉(zhuǎn)動(dòng)部件，振動(dòng)難以避免。而在直升機(jī)的旋翼系統(tǒng)中，錐體及槳葉振動(dòng)需要通過(guò)檢測(cè)和調(diào)整實(shí)現(xiàn)有效控制。振動(dòng)產(chǎn)生的原因，主要是由于槳葉錐體存在偏差。在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速條件下，作用在各片槳葉上的離心力不同，旋翼中心將會(huì)有離心力合力產(chǎn)生，導(dǎo)致其水平方向發(fā)生振動(dòng)，振動(dòng)大小取決于槳葉離心力不平衡量。在穩(wěn)定總矩和轉(zhuǎn)速條件下，槳葉上如果存在氣動(dòng)載荷不同的問(wèn)題，各槳葉槳尖軌跡將有一定差別，導(dǎo)致產(chǎn)生的鉸鏈力矩?zé)o法達(dá)到平衡，繼而導(dǎo)致旋翼垂直方向出現(xiàn)振動(dòng)，大小取決于槳葉氣動(dòng)不平衡量。在飛行的過(guò)程中，旋翼槳葉處在每轉(zhuǎn)進(jìn)行一次氣動(dòng)環(huán)境變化的狀態(tài)，槳葉上頻率為旋翼轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍，所以會(huì)產(chǎn)生持續(xù)氣動(dòng)激振力。受機(jī)體對(duì)尾流阻塞作用的影響，槳葉每次轉(zhuǎn)動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致一次交變氣動(dòng)激振力的產(chǎn)生，與質(zhì)量力共同構(gòu)成槳轂力，頻率為旋翼轉(zhuǎn)速的數(shù)千倍，決定了直升機(jī)的振動(dòng)水平。而直升機(jī)需要依靠旋翼高速轉(zhuǎn)動(dòng)提供升力，振動(dòng)的產(chǎn)生將給直升機(jī)飛行帶來(lái)安全威脅。持續(xù)振動(dòng)的存在，容易導(dǎo)致直升機(jī)關(guān)鍵部件出現(xiàn)疲勞斷裂、突然失效等問(wèn)題，也可能造成直升機(jī)操縱性能下降、設(shè)備壽命縮短和飛行員疲勞度增加等問(wèn)題。因此，需要通過(guò)實(shí)現(xiàn)旋翼部件動(dòng)平衡調(diào)整，將振動(dòng)控制在一定范圍內(nèi)，保證直升機(jī)飛行的可靠性。

2 直升機(jī)旋翼錐體及動(dòng)平衡的調(diào)整

2.1 調(diào)整要求

在對(duì)直升機(jī)旋翼錐體及動(dòng)平衡進(jìn)行調(diào)整時(shí)，需要認(rèn)識(shí)到旋翼作為重要的減振部件，其錐體軌跡和槳葉動(dòng)平衡調(diào)整結(jié)果將對(duì)直升機(jī)振動(dòng)水平產(chǎn)生直接影響，關(guān)系到直升機(jī)飛行的可靠性、舒適性等各種性能。調(diào)整的目的，則是對(duì)旋翼帶來(lái)的垂直和水平方向的振動(dòng)進(jìn)行有效控制，確保直升機(jī)整體振動(dòng)要求能夠得到滿(mǎn)足。在對(duì)旋翼錐體進(jìn)行調(diào)整時(shí)，需要在槳尖下表面進(jìn)行反光靶標(biāo)安裝。在各反光靶上，則要進(jìn)行形狀各異反光紙的粘貼，達(dá)到區(qū)分槳尖軌跡的目標(biāo)[1]。按照要求，不能對(duì)黃色變距拉桿進(jìn)行調(diào)整，所以需要將該槳葉發(fā)射靶作為定位基準(zhǔn)。旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，利用頻閃儀對(duì)靶標(biāo)進(jìn)行觀察，然后對(duì)變距拉桿長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整，則能使槳葉初始安裝角得到調(diào)整，同時(shí)對(duì)后緣調(diào)整片進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到通過(guò)改變升力進(jìn)行槳尖軌跡錐度進(jìn)行調(diào)整的目的。在對(duì)旋翼動(dòng)平衡進(jìn)行調(diào)整時(shí)，則要在主減速器上進(jìn)行振動(dòng)傳感器設(shè)置，對(duì)直升機(jī)1Ω水平方向振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，保證設(shè)備位置與飛機(jī)縱向軸線嚴(yán)格垂直。在駕駛艙底板上，需要設(shè)置振動(dòng)傳感器對(duì)1Ω垂直方向振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，保證設(shè)備位置與旋翼軸平行。在槳轂支臂下表面，需要進(jìn)行反光片安裝。此外，在發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩殼體上，需進(jìn)行光電傳感器的安設(shè)，使其射出的光束指向反光片。采用上述裝置，則能對(duì)旋翼動(dòng)平衡相位和數(shù)值進(jìn)行測(cè)量。不同型號(hào)直升機(jī)在錐體和動(dòng)平衡測(cè)量上，擁有不同的要求。一般來(lái)講，在地面開(kāi)車(chē)和無(wú)地效懸停狀態(tài)下，需要保證標(biāo)記差<1/2靶標(biāo)（7mm），在振動(dòng)速度上前一種狀態(tài)要求主減Y方向<0.25IPS，后一種狀態(tài)要求Y方向<0.25IPS；在水平飛行和轉(zhuǎn)彎飛行狀態(tài)下，要求Z方向<0.25IPS。

2.2 調(diào)整難點(diǎn)

從直升機(jī)旋翼錐體及動(dòng)平衡測(cè)量上來(lái)看，不僅需要完成地面檢查，還要進(jìn)行空中檢查。實(shí)際上，在新型直升機(jī)研制上，由于對(duì)性能和舒適性等方面要求越來(lái)越高，一些直升機(jī)還會(huì)對(duì)倒飛、側(cè)飛等狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)平衡檢查。而從難點(diǎn)上來(lái)看，錐體調(diào)整過(guò)程中，振動(dòng)測(cè)量過(guò)程中錐體將受外界不確定風(fēng)力作用的影響，導(dǎo)致錐體偏差變化較大。如果難以獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，就無(wú)法對(duì)錐體準(zhǔn)確狀態(tài)進(jìn)行判定，繼而導(dǎo)致錐體調(diào)整缺乏可靠數(shù)據(jù)依據(jù)。在動(dòng)平衡檢查時(shí)，由于直升機(jī)在空中運(yùn)行過(guò)程中以旋轉(zhuǎn)的旋翼為支撐點(diǎn)，而旋翼本身為柔性的，并不穩(wěn)定，受本身性能、外界風(fēng)和駕駛員操縱等因素的影響，因此測(cè)量過(guò)程中會(huì)得到較多不穩(wěn)定且復(fù)雜的振動(dòng)信號(hào)[2]。而大量偶然非平穩(wěn)低頻信號(hào)的產(chǎn)生，將導(dǎo)致低頻段運(yùn)行的旋翼動(dòng)平衡信號(hào)受到較大干擾。如果無(wú)法獲得準(zhǔn)確的動(dòng)平衡值，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡的合理調(diào)整。因此在對(duì)直升機(jī)旋翼錐體及動(dòng)平衡進(jìn)行調(diào)整時(shí)，還要采取措施解決這些問(wèn)題。

3 直升機(jī)旋翼錐體及動(dòng)平衡調(diào)整策略

3.1 錐體調(diào)整

對(duì)直升機(jī)錐體進(jìn)行調(diào)整，可以采用變距拉桿長(zhǎng)度的方法，通過(guò)調(diào)整初始安裝角對(duì)槳尖錐度進(jìn)行調(diào)整，從而使升力不平衡給水平振動(dòng)帶來(lái)的影響得到消除。在實(shí)際進(jìn)行錐體調(diào)整時(shí)，需要采用頻閃儀進(jìn)行各槳葉靶標(biāo)的狀態(tài)的判斷。以黃色槳葉槳尖軌跡為基準(zhǔn)，對(duì)其他槳葉變距拉桿長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整，還要確保各槳葉靶標(biāo)在某個(gè)視場(chǎng)同時(shí)得到顯示，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)各槳葉靶標(biāo)位置的準(zhǔn)確記錄。針對(duì)位置較高的槳葉，需要對(duì)其變距拉桿長(zhǎng)進(jìn)行縮減。針對(duì)位置低的槳葉，則要進(jìn)行適當(dāng)延長(zhǎng)。如果調(diào)整后錐度依然未能得到顯著改善，還要對(duì)操縱系統(tǒng)、槳葉等零部件的安裝情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否存在間隙異常等問(wèn)題。排除問(wèn)題后，需要重新進(jìn)行錐度調(diào)整。仍然無(wú)法達(dá)到要求，需要對(duì)第八號(hào)后緣調(diào)整片進(jìn)行調(diào)整。在軌跡位置高的條件下，需要對(duì)調(diào)整片進(jìn)行“+”方向折彎，反之向“-”方向折彎。調(diào)整片如果原本處在相對(duì)原始狀態(tài)，最大能夠達(dá)到±5°折彎，但一次僅能折彎1°。對(duì)調(diào)整片角度進(jìn)行調(diào)整，則是對(duì)槳葉外段局部剖面氣動(dòng)力進(jìn)行調(diào)整，將使槳葉產(chǎn)生附加俯仰力矩，使槳葉氣動(dòng)特性得到改變[3]。而針對(duì)測(cè)量不精確的難題，想要穩(wěn)定、清晰的看到靶標(biāo)，需要使頻閃儀保持穩(wěn)定的閃光頻率，頻率間隔相對(duì)槳葉轉(zhuǎn)速保持絕對(duì)穩(wěn)定。為此，還要采用高響應(yīng)速度的頻閃儀和具有較好反光效果的反光紙，通過(guò)提高測(cè)量穩(wěn)定度獲得更高的錐體測(cè)量精度。

3.2 動(dòng)平衡調(diào)整

對(duì)旋翼動(dòng)平衡進(jìn)行調(diào)整，需要對(duì)配重大小和安裝位置進(jìn)行調(diào)整，使槳葉弦向重心位置得到調(diào)整，從而使其與氣動(dòng)中心距離發(fā)生改變，達(dá)到改變槳葉氣動(dòng)特性的目的。實(shí)際進(jìn)行調(diào)整圖繪制時(shí)，需要經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，然后根據(jù)結(jié)果完成圖形繪制，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)動(dòng)平衡的精確調(diào)整提供指導(dǎo)。在圖形中，同心圓為振動(dòng)數(shù)值，將隨著圓半徑的增大而增加，相位是從12點(diǎn)到1點(diǎn)方向的相位角。在直升機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，重量不平衡將導(dǎo)致1次/轉(zhuǎn)振動(dòng)的產(chǎn)生，參數(shù)可以利用振動(dòng)速度或加速度幅值和相位進(jìn)行表示。結(jié)合測(cè)量得到的振動(dòng)信號(hào)，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)同步方位角信號(hào)，則能實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離，獲得1次/轉(zhuǎn)振動(dòng)信號(hào)，得到相應(yīng)的振動(dòng)幅值和相位。而得到的振動(dòng)幅值，則為目標(biāo)的不平衡度，相位為不平衡位置，然后放入平衡圖中進(jìn)行調(diào)整[4]?？紤]到動(dòng)平衡測(cè)量問(wèn)題，在動(dòng)平衡調(diào)整方面，針對(duì)測(cè)量得到的動(dòng)平衡信號(hào)，需要采用時(shí)域數(shù)字跟蹤窄帶濾波的方法進(jìn)行復(fù)雜度自動(dòng)識(shí)別，完成判定閾值的自動(dòng)選取，得到更加準(zhǔn)確的動(dòng)平衡值。完成地面動(dòng)平衡調(diào)整后，在空中狀態(tài)動(dòng)平衡調(diào)整方面，需要對(duì)初始安裝角和后緣調(diào)整片進(jìn)行調(diào)整，以便使多余重量和不平衡升力達(dá)到平衡。

3.3 案例分析

某X型直升機(jī)在旋翼錐體及動(dòng)平衡調(diào)整上，要求在主槳葉以306r/min額定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量。在實(shí)際調(diào)整時(shí)，需要在地面檢查調(diào)整到規(guī)定范圍內(nèi)后，進(jìn)行配重調(diào)整。按照要求，在地面開(kāi)車(chē)狀態(tài)下，錐體<1/3靶標(biāo)，無(wú)地效懸停和平飛狀態(tài)下錐體<1/2靶標(biāo)，而三種狀態(tài)下的振動(dòng)值<0.20IPS。在地面開(kāi)車(chē)狀態(tài)下，檢查發(fā)現(xiàn)主槳葉錐體相差較大，對(duì)相應(yīng)小拉桿長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整無(wú)法使錐體達(dá)到1/3靶標(biāo)內(nèi)。針對(duì)這一情況，采取了將軌跡最高和最低槳葉位置對(duì)調(diào)的方法，實(shí)現(xiàn)了錐體調(diào)整。而在無(wú)地效懸停和平飛狀態(tài)下，對(duì)主槳葉第7號(hào)后緣片進(jìn)行了調(diào)整。在動(dòng)平衡調(diào)整中，經(jīng)過(guò)多次試飛發(fā)現(xiàn)，黃色尾槳葉在11：00的位置，而并非是理論上的12：00位置，所以在繪制配重平衡調(diào)整圖時(shí)進(jìn)行了相位角調(diào)整，得到了如圖1所示的簡(jiǎn)化矢量圖。在配重調(diào)整時(shí)，使用的配重片重量為100g，可以個(gè)改變0.2-0.3IPS振動(dòng)值，單個(gè)槳葉增加的配重片不能超出9片，同時(shí)保證至少一片槳葉無(wú)配重片。通過(guò)動(dòng)平衡檢查可以發(fā)現(xiàn)，第一次檢查發(fā)現(xiàn)振動(dòng)為0.95IPS，時(shí)鐘相位為2：35（M點(diǎn)），位置與藍(lán)色槳葉時(shí)鐘位置接近，需要增加3塊配重片，測(cè)量得到振動(dòng)值為0.09IPS，時(shí)鐘相位為2：13，可以達(dá)到調(diào)整要求。再次檢查發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)值為0.73IPS，對(duì)應(yīng)時(shí)鐘相位為6：51（N點(diǎn)）。該點(diǎn)所在位置與黑色槳葉時(shí)鐘位置接近，因此需要在黑色槳轂上進(jìn)行2塊配重片的增加。通過(guò)測(cè)量，得到振動(dòng)值為0.43IPS，相位為7：58（W點(diǎn)）。該點(diǎn)位置與紅色槳葉時(shí)鐘位置接近，需要在槳轂上進(jìn)行2片配重片的增加，測(cè)量結(jié)果為0.13IPS，相位為8：10，因此可以滿(mǎn)足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，加強(qiáng)對(duì)直升機(jī)旋翼錐體及動(dòng)平衡的調(diào)整，才能使直升機(jī)振動(dòng)得到有效控制，使直升機(jī)整體性能得到改善。而在實(shí)際調(diào)整的過(guò)程中，則要明確錐體及動(dòng)平衡調(diào)整要求和難點(diǎn)，然后結(jié)合直升機(jī)實(shí)際情況采取科學(xué)的調(diào)整策略，從而達(dá)到削弱直升機(jī)振動(dòng)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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