淺談某型直升機(jī)旋翼錐體及動平衡調(diào)整方法

于懿源

摘 要：試驗(yàn)機(jī)在試飛階段因頻繁的定檢和貫改經(jīng)常拆裝旋翼部件，之后都需要進(jìn)行旋翼錐體及動平衡的調(diào)整，其結(jié)果直接影響到直升機(jī)振動的大小，從而影響機(jī)組成員和乘客的舒適度，影響直升機(jī)零件的壽命以及武器系統(tǒng)性能。而快速調(diào)整試驗(yàn)機(jī)旋翼錐體及動平衡到規(guī)定值直接關(guān)系到試飛任務(wù)節(jié)點(diǎn)，文章通過對某型直升機(jī)旋翼錐體及動平衡調(diào)整方法的研究，探索槳葉特性與振動規(guī)律，提高直升機(jī)旋翼錐體及動平衡調(diào)整效率。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)旋翼錐體及動平衡；振動規(guī)律；調(diào)整方法

中圖分類號：V275+.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0006-02

1 振動的危害及成因

由于直升機(jī)結(jié)構(gòu)和原理的特殊性，旋翼高速轉(zhuǎn)動為直升機(jī)提供升力，振動便不可避免地成為直升機(jī)最重要的不安全因素。持續(xù)振動不僅使直升機(jī)操縱性能下降、飛行員疲勞度增加、武器命中率降低、機(jī)載設(shè)備壽命減少，同時也使關(guān)鍵部件磨損、疲勞斷裂和突然失效的可能性增加。而旋轉(zhuǎn)部件是直升機(jī)的主要振源，因此，對直升機(jī)旋轉(zhuǎn)部件動平衡進(jìn)行精確調(diào)整，降低其振動值至可接受的范圍，對保證直升機(jī)飛行安全，提高其運(yùn)行可靠性有重要意義。

直升機(jī)在飛行時（地面試車、平飛、懸停），旋翼槳葉是在每轉(zhuǎn)變化一次的氣動環(huán)境中工作。在槳葉上產(chǎn)生頻率為旋翼轉(zhuǎn)速Ω的整數(shù)倍1Ω、2Ω、3Ω…的持續(xù)氣動激振力。由于機(jī)體對旋翼尾流的阻塞作用，也會形成旋翼槳葉每轉(zhuǎn)變化一次的交變氣動激振力。各片槳葉的氣動激振力和質(zhì)量力在槳轂上合成槳轂力，其頻率為旋翼槳葉片數(shù)乘以轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍1kΩ、2kΩ、3kΩ…這個槳轂力是直升機(jī)最主要的振源。其振動水平也主要取決于這個激振力。

2 旋翼錐體及動平衡調(diào)整的意義

由于旋翼是直升機(jī)減振的關(guān)鍵部件，旋翼錐體軌跡和槳葉動平衡調(diào)整的結(jié)果直接影響到直升機(jī)振動水平的大小，它對直升機(jī)的性能、可靠性、舒適性各方面都起著決定性的作用。旋翼錐體及動平衡檢查調(diào)整的目的是要將旋翼產(chǎn)生的水平方向（Y）和垂直方向（Z）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。

3 某型直升機(jī)振動測量及調(diào)整要求

3.1 旋翼錐體的測量及調(diào)整

在槳尖下表面安裝14mm高的反光靶標(biāo)，為區(qū)分槳尖軌跡，5個反光靶上貼不同形狀的反光紙，規(guī)定黃色變距拉桿不可調(diào)，黃色槳葉上的發(fā)射靶定位基準(zhǔn)。旋翼轉(zhuǎn)動時通過頻閃儀觀察靶標(biāo)。通過調(diào)整變距拉桿的長度來改變槳葉的初始安裝角或調(diào)整后緣調(diào)整片改變升力，以改變槳尖軌跡錐度。

3.2 旋翼動平衡的測量及調(diào)整

在主減速器上安裝有帶支座的振動傳感器，用于測量直升機(jī)1Ω水平方向（Y）的振動水平，該傳感器的安裝位置嚴(yán)格垂直于飛機(jī)的縱向軸線。在前駕駛艙地板上安裝有帶支座的振動傳感器，用于測試直升機(jī)1Ω垂直方向（Z）的振動水平，該傳感器的安裝位置平行于旋翼軸。在槳轂黃色支臂下表面安裝反光片，在發(fā)動機(jī)整流罩殼體上安裝帶支座的光電傳感器，光頭射出的光束指向反光片，以上三個裝置可測量出旋翼動平衡的相位和數(shù)值。

某型直升機(jī)旋翼錐體與動平衡要求見圖1：

4 某型直升機(jī)錐體及旋翼動平衡調(diào)整方法及步驟

4.1 槳葉動平衡調(diào)整方法

（1）通過調(diào)整配重的大小和安裝位置，使槳葉的弦向重心位置發(fā)生變化。改變槳葉弦向重心（G）和氣動中心（CP）之間的距離（d），從而改變槳葉的氣動特性。

（2）調(diào)整后緣調(diào)整片的角度，實(shí)質(zhì)上就是改變槳葉外段局部剖面的氣動力，這個氣動力將使槳葉產(chǎn)生一個附加俯仰力矩，從而改變槳葉的氣動特性。

（3）調(diào)節(jié)變距拉桿長度，實(shí)質(zhì)上就是改變槳葉的初始安裝角，從而改變槳葉的升力狀態(tài)。

4.2 直升機(jī)錐體及動平衡的調(diào)整步驟

4.2.1 旋翼錐體調(diào)整

通過調(diào)整變距拉桿長度的方法來改變初始安裝角，改善槳尖錐度，消除升力不平衡對水平方向振動的影響。以黃色槳葉對應(yīng)的槳尖軌跡為基準(zhǔn)，調(diào)整其他槳葉相應(yīng)的變距拉桿長度。用頻閃儀對準(zhǔn)槳尖靶標(biāo)進(jìn)行觀察，5片槳葉的靶標(biāo)同時顯示在某一視場，記錄每片槳葉靶標(biāo)的標(biāo)記高、低位置。對于高位槳葉，減少其變距拉桿長度，對于低位槳葉，增加其變距拉桿長度（變距拉桿調(diào)整四個齒，槳尖軌跡錐度改變一個靶標(biāo)）。若使用調(diào)整變距拉桿的方式使槳尖錐度得不到明顯改善，則檢查槳葉、槳轂和操縱系統(tǒng)等是否安裝到位、異常間隙等。排除后重新調(diào)整。若還不能滿足同錐度要求，調(diào)整第八號后緣調(diào)整片。槳葉軌跡處于高位，則向下折彎調(diào)整片（符號“+”為向下），槳葉軌跡處于低位，則向上折彎調(diào)整片（符號“-”為向下）。第八號后緣調(diào)整片相對于原始狀態(tài)最大可折彎±5°，必須使用后緣調(diào)整片折彎器。一次只能折彎1°。

4.2.2 地面水平方向動平衡調(diào)整

旋翼動平衡調(diào)整的一項(xiàng)重要工作是繪制平衡調(diào)整圖（見圖2），旋翼平衡調(diào)整圖是通過若干試驗(yàn)后，根據(jù)平衡調(diào)整的結(jié)果進(jìn)行繪制的，對精確調(diào)整動平衡起著重要的指導(dǎo)作用。

平衡圖由2個要素組成，同心圓部分為振動數(shù)值，隨著同心圓半徑的增大而增大，相位部分為從12點(diǎn)方向到1點(diǎn)方向的相位角。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的重量不平衡在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時將產(chǎn)生1次/轉(zhuǎn)的振動，振動參數(shù)可以用振動速度或振動加速度的幅值和相位來表示。通過測量直升機(jī)旋翼的振動信號，然后依據(jù)旋翼的旋轉(zhuǎn)同步信號（方位角信號）對其進(jìn)行分離，得到1次/轉(zhuǎn)的振動信號，并計(jì)算出其振動幅值和相對于同步信號的相位。那么，所求出的振動幅值就表示目標(biāo)的不平衡程度，或者說不平衡狀態(tài)下的振動水平，而所求出的相位則表示不平衡的位置，也就是重量多余的位置。地面試車檢查旋翼動平衡，機(jī)上振動檢測裝置會顯示振動的大小和相位值，把振動情況放入平衡圖中便于動平衡的調(diào)整。

4.2.3 懸停水平方向與平飛垂直方向動平衡調(diào)整

地面錐體及動平衡調(diào)整符合要求后，進(jìn)行懸停和平飛的動平衡調(diào)整，通過改變后緣調(diào)整片的角度和初始安裝角來調(diào)整槳葉的升力，使不平衡的升力與不平衡的多余重量重新達(dá)到平衡狀態(tài)，以減弱振動值達(dá)到懸停和平飛的動平衡，這也是我們的最終目的，是變距拉桿、后緣調(diào)整片、配重不斷優(yōu)化、調(diào)整的過程。

5 某型直升機(jī)旋翼錐體及動平衡調(diào)整實(shí)例

以下是一次真實(shí)的旋翼系統(tǒng)重新安裝后的錐體及動平衡調(diào)整：

地面試車，使用頻閃儀觀察槳尖錐體軌跡，見圖3：

以1號槳葉對應(yīng)的黃色變距拉桿為基準(zhǔn)，將靶標(biāo)對應(yīng)的變距拉桿縮短4個齒，下調(diào)一個靶標(biāo)，再次地面試車，結(jié)果見圖4，符合1/2靶標(biāo)標(biāo)記差的要求。

當(dāng)錐體調(diào)成一條線后，旋翼水平振動為（1：20，0.26），使A（1.20，0.26）變小，即需要從A拉到原點(diǎn)O，初步判斷往黑色上加5片配重，加完后，振動值變?yōu)锽點(diǎn)（0：45，0.25）。

平衡圖及簡化矢量圖（見圖5），通過第一次配重嘗試，矢量圖方向需調(diào)整。矢量圖改為圖6所示，從更改后的矢量圖看需在白色槳葉增加配重。根據(jù)第一把配重添加經(jīng)驗(yàn)，5片配重改變約0.1IPS， 因此，第二把決定在白色支臂上加7片配重。加完后旋翼的振動變?yōu)镃（2：36，0.06），符合振動要求，旋翼動平衡調(diào)整結(jié)束。

6 規(guī)律探索與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

經(jīng)過長期大量的動平衡調(diào)整工作，總結(jié)出以下幾點(diǎn)調(diào)整規(guī)律：

（1）動平衡調(diào)整時，盡量只在一片槳葉上增加配重，或在兩片槳葉上增加相同重量的配重，以便于尋找配重與振動數(shù)值變化的對應(yīng)關(guān)系，方便矢量圖的方向判斷。

（2）平衡圖的作用是記錄每次振動大小和相位，準(zhǔn)確的繪制平衡圖便于做出簡化矢量圖，可以更加快速、準(zhǔn)確的判斷出配重應(yīng)加裝的位置和大小。

（3）調(diào)整變距拉桿不能使槳尖錐度軌跡滿足要求時，調(diào)換靶標(biāo)相差最大的兩片槳葉的安裝順序，再進(jìn)行調(diào)整。這樣可以抵消安裝誤差與槳葉自身存在的誤差。

7 猜想與展望

由于直升機(jī)旋翼錐體與動平衡調(diào)整有眾多影響因素，通過局部調(diào)整進(jìn)行嘗試效率較低，如果把影響振動的因素匯總建立數(shù)學(xué)模型，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算給出最佳調(diào)整方案，可以加快調(diào)整進(jìn)程，提高效率，也會使直升機(jī)振動最小化。再安裝振動主動控制系統(tǒng)，可以減弱甚至消除直升機(jī)振動，使直升機(jī)更加安全高效。

參考文獻(xiàn)：

[1]某型直升機(jī)維護(hù)手冊[Z].