直升機振動監(jiān)測分析

曾烈田

【摘 要】直升機震動較大，不同的部件及位置震動形式不同，通過監(jiān)控這些震動，可以發(fā)現(xiàn)部件功能失效，大大提高直升機的安全水平，節(jié)省維護時間。

【關(guān)鍵詞】直升機；震動；HUMS；EC225

1.直升機振動形式

由于直升機設(shè)計及工作特性，轉(zhuǎn)動部件很多，不可避免地存在振動。振動來自各種活動件，槳葉、傳動機構(gòu)、發(fā)動機、這些振動對機體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力，縮短部件的使用壽命，影響直升機的舒適程度，對安全威脅很大.本文主要分析來自于主槳及尾槳振動。

振動為一種快速的振蕩運動。這樣的振蕩運動可以表述為：如左下圖振動曲線，位移或振幅、頻率。直升機描述旋翼系統(tǒng)中的振動水平，常用振動頻率與旋翼旋轉(zhuǎn)速率相比較。每圈一振：在旋翼旋轉(zhuǎn)一周發(fā)生振動5個循環(huán)，也就是5R振動或者比率為5：1。

現(xiàn)代直升機通常使用了震動監(jiān)控系統(tǒng)，可以采集到整機不同部位震動的頻譜。這對于分析全機震動很直觀。如右上圖，可以在不同的震動頻率看到振幅大小，不同頻率通常指向不同的部件，震動值的突變，?？梢园l(fā)現(xiàn)部件的功能損傷失效。

2.引起振動的原因

轉(zhuǎn)動部件的振動頻率一般與部件的轉(zhuǎn)動速度有關(guān)，而直升機上部件的轉(zhuǎn)動速度各不相同，因此振動頻率是識別振動來源主要指標(biāo)。振動按頻率一般分三類：低頻振動，主要來自于主槳系統(tǒng)，中頻振動，主要來自于尾槳系統(tǒng)，高頻振動，主要來自于發(fā)動機和高速傳動軸，一些固定頻率的震動也指向特定轉(zhuǎn)動附件。根據(jù)振動的幅度大小，再輔助以轉(zhuǎn)動速度、飛行速度等其他因素，可以準(zhǔn)確地找到振動的原因。

2.1低頻振動

對各種主槳系統(tǒng)來說，最常見的振動原因是槳葉錐體偏差。錐體是指直升機所有槳葉葉尖轉(zhuǎn)動軌跡都在一個平面內(nèi)，首先應(yīng)該在地面進行槳葉錐體的檢查，合格后，再進行懸停狀態(tài)的檢查。一般振動可以分為兩種形式：

垂直振動：是由于槳葉產(chǎn)生的升力不相等，即主槳錐體超標(biāo)而引起，與飛行速度有直接關(guān)系，飛行速度越大，振動越大。如果振動發(fā)生在低速狀態(tài)下可以通過調(diào)節(jié)變距拉桿長度來減小振動；如果振動發(fā)生在高速度狀態(tài)下，調(diào)節(jié)槳葉調(diào)整片角度來減小振動值。頻率匹配器失效也可產(chǎn)生意外震動。

橫向振動：因主槳系統(tǒng)平衡超標(biāo)而引起，與主槳轉(zhuǎn)速有直接關(guān)系。如果振動隨著旋翼轉(zhuǎn)速的增大而增加，是展向平衡超標(biāo)，應(yīng)該在輕的一端加配重，通常有重量平衡片或鉛沙。如果振動隨著轉(zhuǎn)速減小而增大，是弦向平衡超標(biāo)引起槳葉后掠過大。頻率匹配器設(shè)定及相位不正確，也會產(chǎn)生橫向震動。

2.2中頻振動

尾槳轉(zhuǎn)速高，中頻振動一般由尾槳引起。尾槳出現(xiàn)缺陷，中頻振動值很可能超標(biāo)。以下列舉一些常見起因： 尾槳組件不平衡、尾減速器傳動軸同軸度偏離設(shè)計值、 水平安定面連接點松動、 減速箱齒輪磨損。

2.3高頻振動

高頻振動是由高速運轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生，如發(fā)動機，有一些傳動部件的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機相同，如：自由輪、飛輪機構(gòu)、連接發(fā)動機與主減速箱的輸入軸，進行高頻振動分析時，這些部件也應(yīng)被考慮為潛在起因。

3.主槳錐體校正

“打錐體”的定義就是盡量使所有主槳葉片翼尖軌跡在轉(zhuǎn)動中處于同一平面上的過程。

錐體調(diào)整可以采用以下兩種方法中的一種，或者同時兩種：

地面錐體調(diào)整一般是通過調(diào)整變距桿的長度來實現(xiàn)。通常情況下的做法是將飛行控制系統(tǒng)以及變距桿恢復(fù)到其基準(zhǔn)狀態(tài)下，重新進行錐體檢查。維護手冊中通常會給出每個變距桿調(diào)整量相對于翼尖軌跡的移動變化量。調(diào)整量的單位通常為“圈“，維護手冊還會注明變距桿伸長或縮短的最大允許長度。如下圖歐直EC225飛機旋翼給出的固定Δi值，就是轉(zhuǎn)動變距拉桿i/10圈，調(diào)整翼尖軌跡的同時還有調(diào)整了槳葉的攻角。經(jīng)過這個粗調(diào)，翼尖旋轉(zhuǎn)軌跡基本在同一平面了。

飛行錐體通常通過調(diào)整固定安裝的調(diào)整片來實現(xiàn)，進行微小的錐體調(diào)整。主槳葉通常會有6到9片調(diào)整片，有二片是用來進行飛行錐體調(diào)整的，其它的都是不可調(diào)的，保持出廠時設(shè)定的狀態(tài)。維護手冊中會給出調(diào)整片的最大允許調(diào)整量，如EC225直升機最大調(diào)整量是正負7度。下圖所示，左面的槳葉當(dāng)將調(diào)整片向下扳動調(diào)整后，將會使槳葉迎角變大；右面的槳葉當(dāng)將調(diào)整片向上扳動調(diào)整后，槳葉迎角變小。

槳葉后緣調(diào)整片

使用“彎板器”和量角器對調(diào)整片進行調(diào)整。彎板器必須與需要進行調(diào)整的調(diào)整片尺寸長度是一致的，這樣調(diào)整時整個調(diào)整片都被扳動，而不會造成變形或裂紋。

4.尾槳葉錐體校正

應(yīng)用于主槳葉錐體檢查中的方法也可以應(yīng)用于尾槳葉錐體檢查中。尾槳葉片一般沒有槳葉后緣調(diào)整片，錐體調(diào)整一般通過改變變距桿長度來實現(xiàn)，通過調(diào)整置于偏心的重量調(diào)整片，也能達到一定效果。

5.機載震動監(jiān)控系統(tǒng)

大型現(xiàn)代直升機加裝了直升機應(yīng)用及監(jiān)控系統(tǒng)（HUMS）。該系統(tǒng)是用來監(jiān)控一些影響飛行安全的參數(shù)。其中的一部分就是探測及記錄槳葉、傳動機構(gòu)和機體的振動水平。

圖示歐直EC225，有多達23個加速度計來探測傳動機構(gòu)振動的幅度，頻率，方向。3個探測主槳；2探測尾槳，4個探測發(fā)動機上，另外有11個探測機體振動，主要探測各個減速器、傳動軸、滑油散熱風(fēng)扇軸的震動。

飛行后的報告對分析振動很必要，數(shù)據(jù)通常包含（下轉(zhuǎn)第186頁）（上接第142頁）振動出現(xiàn)位置、振動的頻率、幅度、發(fā)生的階段、飛行速度等、有無直接后果等。下載機載CMDR上的數(shù)據(jù)至地面站分析，可以看到振動水平，與設(shè)定的閾值比較，?？梢园l(fā)現(xiàn)潛在的故障，可以大大節(jié)省排故時間，提高直升機維護的質(zhì)量。如上圖0.25ips黃色的提示閾值，0.35ips的紅色警告閾值。一旦震動指標(biāo)跨越了紅色警告區(qū)，必須仔細檢查飛機，判斷出失效部件，進行必要的維修處理。 [科]

【參考文獻】

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