平衡圖在直升機動平衡調(diào)整中的應用

周小猗中國民航飛行學院新津分院，四川成都　611431

平衡圖在直升機動平衡調(diào)整中的應用

周小猗
中國民航飛行學院新津分院，四川成都611431

摘要旋轉(zhuǎn)部件（主旋翼和尾槳）是直升機的主要振動源，對直升機旋轉(zhuǎn)部件動平衡進行精確調(diào)整，對提高直升機運行可靠性有重要意義。平衡圖是直升機動平衡工作中最重要的工具，對精確調(diào)整旋轉(zhuǎn)部件動平衡起著重要的指導作用。本文詳細闡述了平衡圖的原理、組成、要素、創(chuàng)建過程和使用技巧，對正確、高效使用平衡圖具有重要的指導意義。

關鍵詞直升機；動平衡；平衡圖

振動是直升機的常見故障，也是較難徹底排除的故障。持續(xù)振動不僅使直升機操縱性能降低、飛行員疲勞度增加、機載設備壽命減少，同時也使關鍵部件磨損、疲勞斷裂和突然失效的可能性增加。而旋轉(zhuǎn)部件（主旋翼和尾槳）是直升機的主要振動源，因此，對直升機旋轉(zhuǎn)部件動平衡進行精確調(diào)整，降低其振動值至可接受的范圍，對保證直升機飛行安全，提高其運行可靠性有重要意義。

平衡圖是直升機動平衡工作中最重要的工具，對精確調(diào)整旋轉(zhuǎn)部件動平衡起著重要的指導作用。下面筆者將對平衡圖的原理和使用技巧進行詳細的說明。

1　平衡圖的組成

平衡圖是用來描述旋翼旋轉(zhuǎn)時的不平衡量或不平衡點相對于旋轉(zhuǎn)中心位置的圖表。

基本平衡圖由兩個刻度組成，第一部分是代表振動量的同心圓，第二部分是由中心向外延伸的時鐘角或相位角。振動量刻度值由中心向外呈線性等額遞增，單位通常表示為IPS(英寸每秒)，振幅刻度為0.0IPS至1.0IPS。時鐘角或相位角用于在旋轉(zhuǎn)平面360度范圍內(nèi)指示不平衡點的時鐘位置。典型的直升機平衡圖使用12小時制的角度格式（如圖1所示）。

2　平衡圖的創(chuàng)建

下面將舉例說明平衡圖的創(chuàng)建過程。在這個例子中，我們使用有四個調(diào)整點的雙葉尾槳（圖2）來做說明，這四個調(diào)整點分別位于每一片槳葉的葉尖[標靶槳葉（Target）葉尖和空白槳葉（Blank）葉尖]以及槳葉根部的葉弦配重點（A點和B點）。

我們通過四個步驟來創(chuàng)建這種具有四點調(diào)整點的雙葉尾槳的完整平衡圖：

1）通過測量和記錄尾槳的初始振動值和相位角來建立尾槳的初始(基準)條件。

2）在其中一個調(diào)整點上放置已知重量的配重，然后測量并記錄振動值和相位角的變化。

3）將同一配重放置在另外三個調(diào)整點，然后測量并記錄所有條件下振動值和相位角的變化。

4）計算每個調(diào)整點的影響系數(shù)，繪制平衡圖。

2.1 基準平衡圖的建立

先在空白的平衡圖上精確記錄初始的振幅和方位角。初始振幅為0.3IPS，方位角為2點時鐘方位，如圖3所示，將初始的振幅和方位角標記為“1”。

第二次動平衡實驗前，先在標靶槳葉葉尖調(diào)整點上放置5克的配重。第二次測量結(jié)果為：振動值為0.7IPS，方位角為12:45。將這一結(jié)果在圖4中標記為“2”?！?”和“2”點之間的虛線代表在標靶槳葉葉尖調(diào)整點上增加配重后振動點的移動方向。換句話說，若在標靶槳葉葉尖調(diào)整點上增加配重后，振動點將會從時鐘方位6點向12點方向移動。

接下來，將5克配重依此放置在剩余的幾個調(diào)整點，測量的振動值和方位角如下所示：

“空白”槳葉葉尖：振動值為0.43IPS，方位角為4:50，標記為“3”。

“A”調(diào)整點：振動值為0.3 IPS，方位角為 1:00，標記為“4”。

“B”調(diào)整點：振動值為0.38 IPS，方位角 2:45，標記為“5”。

如圖5所示，將配重放置在各個調(diào)整點的測量結(jié)果同時標注在同一平衡圖上。

2.2 移動線的建立

通過把初始(基準)點位置作為平衡圖中心，將前面實驗獲得的幾個振動點位置遷移到平衡圖的中心。如圖6所示。

下一步，始于基準點作兩條貫穿于整個平衡圖，并將所有振動點連在一起的線條，如圖7所示。

然后，在平衡圖外，作兩條平行于連接線的線條，并在這兩條線上標示調(diào)整點的名稱，調(diào)整類型，以及每個調(diào)整點的影響因素(如圖8所示)。

在圖8中各個振動點都有一條與基準點相連的移動線。利用此圖表，如要減小振動值，只需使振動點向平衡圖的中心移動即可。圖8標示了調(diào) 整點名稱的平衡圖

2.3 調(diào)整點影響系數(shù)（ICF）

到目前為止，雖然在平衡圖中標示了調(diào)整點和移動線，但我們還需要知道采取什么樣的方法和精確的調(diào)整量，以把振動值降低到可接受的范圍內(nèi)。

調(diào)整點影響系數(shù)（ICF）是用來描述減小定量振動值所需的精確調(diào)整量[1]。影響系數(shù)（ICF）通常用克、度、螺面調(diào)整數(shù)和螺紋調(diào)整圈數(shù)等表示。所需調(diào)整量是通過測量移動線的長度來計算的。如圖9所示，當把配重放置在葉尖調(diào)整點時，5克配重可改變振動值0.5 IPS，經(jīng)計算可知，每改變振動值1 IPS，需配重10克；而把配重放置在翼弦調(diào)整點時，5克配重可改變振動值0.15 IPS，經(jīng)計算可知，每改變振動值1 IPS，需配重33克。

圖10為完整的平衡圖，在圖中添加了影響系數(shù)（ICF），同時也繪制了坐標網(wǎng)線，以便能夠更加精確地查找到調(diào)整量。

3　平衡圖的應用

下面將使用幾個不同布局的平衡圖來說明平衡圖的正確使用方法。

如圖11所示，若初始振動值為0.4IPS，方位角為8:00。第一步應在圖中標示出初始振動點所在的位置，記為“1”。從圖中可以看出，無法通過單一的調(diào)整使振動點沿移動線直接向平衡圖中心移動，因此需要同時使用兩種調(diào)整方法減小振動值。

從前面例子中所列舉的平衡圖可以看出，每個調(diào)整點都有一條特定的振動點移動線，因此，當初始振動點(基準點)沒有位于振動點移動線上時，第一步調(diào)整就是采取適當?shù)姆椒?，使之移動到第二次調(diào)整能夠直接向圓心移動的移動線上。如圖11所示，初始振動點“1”沒有直接位于任何一條振動點移動線上，因此，在“B”點增加配重后，振動點將沿10:30至4:30方向由“1”移動到“2”，再通過在標靶槳葉葉尖增加適量的配重，即可使振動點沿6:00至12:00方向移動到圓心。增加配重的重量取決于振動值的變化量，“1”移動到“2”時，需要在“B”點增加的配重量約為17克，而由“2”移動到圓心時，需在標靶槳葉葉尖增加的配重約為5.5克。

第二個例子如圖12所示，若初始振動值是0.78 IPS，方位角為 2:05(標記為“1”)。同樣“1” 沒有直接位于任何一條振動點移動線上，無法通過一次調(diào)整使振動點直接向圓心移動，因此，需要采用同時在兩邊增加配重的方法來減小振動值。首先，需在“A”點增加配重約3.0克，使振動點“1”沿12:00至6:00方向移動到振動點“2”，然后，需在“D”點增加配重約7.0克，使振動點沿3:00至9:00方向向圓心移動。

最后一個例子如平衡圖13所示，若初始振動值為0.89 IPS，方位角為 3:55(標記為“1”)。從圖中可以看出，振動點幾乎位于“黃色槳葉調(diào)整點”的振動點移動線上，因此，首先應增加黃色槳葉俯仰連桿長度，使振動點沿3:45至9:45方向移動，調(diào)節(jié)量約為3.75螺面。第二次可通過增加紅色槳葉俯仰連桿長度，使振動點向圓心移動。但此時調(diào)節(jié)的量已經(jīng)非常小了，約為0.2螺面，如此精確的調(diào)整將變得非常困難，而且其影響也非常的小，因此可不作調(diào)整，振動值也能達到允許的精度范圍內(nèi)。

以上例子中的三個平衡圖是當今直升機振動與平衡研究的典型代表。

參考文獻

[1]ACES Systems/TEC Aviation Division.Model 2020 ProBalancer Analyzer User Manual[M]. TEC. 2005，Section 1，1-28

作者簡介：周小猗，副主任，畢業(yè)院校：北京航空航天大學，工作單位：民航飛行學院新津分院機務工程部，研究方向：民用航空器維修管理

中圖分類號V21

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2015）139-0109-03