歐美直升機(jī)機(jī)載設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)要求通用規(guī)范發(fā)展探討

馬旭東

（航空工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

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

本文針對(duì)已知直升機(jī)振動(dòng)頻率情況，通過(guò)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(jī)振動(dòng)環(huán)境基礎(chǔ)研究提供參考。

1 發(fā)展歷程

當(dāng)前歐美振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)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(jī)研制一般采用MIL-STD-810進(jìn)行剪裁或直接采用，而民用直升機(jī)研制一般采用RTCA /DO-160進(jìn)行剪裁或直接采用，或者兼顧兩個(gè)規(guī)范。

1.1 MIL-STD-810體系發(fā)展

MIL-STD-810是美國(guó)國(guó)防部制定的機(jī)載設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)規(guī)范，目的是用謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)得到的環(huán)境應(yīng)力來(lái)消除“過(guò)”或者“欠”設(shè)計(jì)/測(cè)試，以確保對(duì)設(shè)計(jì)有影響的環(huán)境都已經(jīng)在設(shè)計(jì)中系統(tǒng)地做了考慮。

MIL-STD-810強(qiáng)調(diào)對(duì)相關(guān)材料的剪裁以符合在它的壽命周期內(nèi)所會(huì)承受的環(huán)境，并且要測(cè)試對(duì)應(yīng)對(duì)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(gè) 版 本。MIL-STD-810F是在總結(jié)國(guó)際環(huán)境工程管理和環(huán)境試驗(yàn)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，充分吸收美國(guó)國(guó)防部D0DD系統(tǒng)采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和英國(guó)國(guó)防部標(biāo)準(zhǔn)DEF 00-35《國(guó)防裝備環(huán)境手冊(cè)》等標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上制訂的。

1.2 DO-160體系發(fā)展

《機(jī)載設(shè)備的環(huán)境條件和測(cè)試程序》是由美國(guó)航空無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)（RTCA）135分會(huì)（SC-135）制定，為機(jī)載設(shè)備定義了一系列的最低性能環(huán)境試驗(yàn)條件（類別）和相應(yīng)的試驗(yàn)方法，簡(jiǎn)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(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，其作為機(jī)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(yàn)技術(shù)的快速發(fā)展和對(duì)機(jī)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(gè)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(dòng)環(huán)境試驗(yàn)是指在現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室通過(guò)模擬的方法使機(jī)載設(shè)備承受其安裝位置振動(dòng)環(huán)境的試驗(yàn)，檢驗(yàn)機(jī)載設(shè)備在真實(shí)振動(dòng)環(huán)境中工作的可靠性，評(píng)估使用壽命，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，找出改進(jìn)方向等。在其規(guī)范修訂過(guò)程中，試驗(yàn)程序、合格判據(jù)相對(duì)固化，各個(gè)版本之間以及各型號(hào)應(yīng)用基本一致。下面詳細(xì)分析MILSTD-810和DO-160兩大振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)規(guī)范中直升機(jī)機(jī)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(guó)軍用裝備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)規(guī)范，其中有關(guān)直升機(jī)艙內(nèi)、外機(jī)載設(shè)備的振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)要求，是美國(guó)各直升機(jī)公司制定自身直升機(jī)型號(hào)機(jī)載設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)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(jī)正弦振動(dòng)試驗(yàn)頻率見表1，F(xiàn)版對(duì)正弦試驗(yàn)頻率進(jìn)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(guò)頻率。

表1 MIL-STD-810后期各版本要求的直升機(jī)正弦振動(dòng)試驗(yàn)頻率

MIL-STD-810C/D/E版和F/G版要求的直升機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)譜曲線頻率分別見圖1。在一般振動(dòng)區(qū)域，F(xiàn)版大幅降低了隨機(jī)振動(dòng)的量值，峰值減小一半，并且對(duì)10～300Hz頻段的隨機(jī)振動(dòng)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(jī)振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)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(bǔ)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(duì)其核心技術(shù)要求進(jìn)行分析。

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

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

（3）試驗(yàn)譜修訂的基礎(chǔ)，來(lái)自美國(guó)從事直升機(jī)振動(dòng)環(huán)境工程的專家和工程師對(duì)直升機(jī)振動(dòng)環(huán)境現(xiàn)狀的充分掌握，包括直升機(jī)不同部位振動(dòng)環(huán)境的頻率及不同頻率振動(dòng)幅值的差異，并通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行分析，得到當(dāng)前直升機(jī)總體振動(dòng)環(huán)境特性。

2.4 綜合分析

在DO-160規(guī)范中對(duì)于已知直升機(jī)振動(dòng)環(huán)境頻率的振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)，采用正弦振動(dòng)疊加隨機(jī)振動(dòng)的方式，機(jī)載設(shè)備若按8．8．1節(jié)的要求通過(guò)了試驗(yàn)考核，則認(rèn)為該設(shè)備合格，但沒(méi)有給出使用壽命（或使用期限）。該評(píng)判結(jié)論與GJB150或GJB150A中的評(píng)判結(jié)論差別很大，存在以下兩種理解：第一，僅說(shuō)明通過(guò)試驗(yàn)的設(shè)備具備裝機(jī)的條件；第二，該設(shè)備安裝的直升機(jī)上的使用壽命與機(jī)體同壽。

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