民用飛機(jī)飛控電子設(shè)備振動(dòng)試驗(yàn)淺析

羅鑫

【摘 要】本文闡述了民用飛機(jī)機(jī)載設(shè)備中飛控電子設(shè)備的振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)，基于DO160G對飛控電子設(shè)備進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)、強(qiáng)化振動(dòng)、高能量短時(shí)振動(dòng)試驗(yàn)，同時(shí)介紹了試驗(yàn)程序和試驗(yàn)判據(jù)，對機(jī)載設(shè)備的振動(dòng)環(huán)境研究具有指導(dǎo)意義。試驗(yàn)結(jié)果表明，飛控電子設(shè)備通過振動(dòng)試驗(yàn)判據(jù)，設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能符合設(shè)計(jì)要求。

【關(guān)鍵詞】飛控電子設(shè)備；振動(dòng)試驗(yàn)

【Abstract】The paper sets forth the vibration environmental test for flight control electronics of civil aircraft equipments. The standard vibration， robust vibration， high level short duration vibration tests to flight control electronics are carried out based DO160G. And test procedure and test criteria are introduced. It has instructional significance to vibration environmental test of aircraft equipments. The test results show that flight control electronics have passed test criteria， and structure and performance of equipment satisfy the requirement of design.

【Key words】Flight control electronics； Vibration test

0 概述

隨著國際航空事業(yè)迅速發(fā)展，大型民用客機(jī)的安全性成為了航空業(yè)的首要關(guān)注點(diǎn)。為保證飛機(jī)的安全，民機(jī)在飛行前需要通過針對整機(jī)和機(jī)載設(shè)備的一系列試驗(yàn)科目。作為民機(jī)核心系統(tǒng)之一的飛控系統(tǒng)，對其電子設(shè)備試驗(yàn)研究具有重要意義，振動(dòng)試驗(yàn)是檢測設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)的最常用有效的方法。

本文基于DO160G機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件和試驗(yàn)程序，對飛控系統(tǒng)電子設(shè)備的振動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行研究和分析，試驗(yàn)結(jié)果證明設(shè)備的振動(dòng)量級符合性能標(biāo)準(zhǔn)要求，保證了設(shè)備的性能和安全可靠性[1]。

1 試驗(yàn)描述

針對試驗(yàn)強(qiáng)度的不同，振動(dòng)試驗(yàn)分為標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)，強(qiáng)化振動(dòng)，高能量短時(shí)振動(dòng)三類[2]。其中，標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)試驗(yàn)用于驗(yàn)證飛機(jī)正常工作情況下的設(shè)備性能，強(qiáng)化振動(dòng)試驗(yàn)用于驗(yàn)證設(shè)備在耐久振動(dòng)后的性能和結(jié)構(gòu)，高能量短時(shí)振動(dòng)試驗(yàn)用于驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)葉片受損等情況下的設(shè)備性能。

振動(dòng)量級功率譜作為控制振動(dòng)試驗(yàn)量級的標(biāo)準(zhǔn)，是振動(dòng)試驗(yàn)不可或缺的一部分。而振動(dòng)量級功率譜則是在不同振動(dòng)環(huán)境下，通過不同機(jī)型的飛機(jī)獲取的大量振動(dòng)數(shù)據(jù)擬合確定的，同時(shí)與設(shè)備在飛機(jī)上的安裝位置有關(guān)。目前的民用固定翼飛機(jī)具備4套飛控電子設(shè)備，設(shè)備所在位置分類屬于設(shè)備機(jī)架區(qū)域。因此，飛控電子設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)功率譜為1.55Grms的B3曲線，耐久振動(dòng)功率譜為2.20Grms的B4曲線，高能量短時(shí)振動(dòng)功率譜為2.5g-pk的R曲線。

2 試驗(yàn)程序

本文基于DO160G，選取一套飛控電子設(shè)備作為試驗(yàn)件，剩余三套作為負(fù)載，針對試驗(yàn)件的XYZ軸分別進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，完成一個(gè)軸向的所有振動(dòng)試驗(yàn)后再進(jìn)行下一軸向試驗(yàn)，試驗(yàn)程序如下。

2.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作：通過合適的緊固件和擰緊力矩將試驗(yàn)件固定于振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，根據(jù)特定位置要求粘貼控制加速度計(jì)和測量加速度計(jì)，用于測量控制臺(tái)輸出狀態(tài)和試驗(yàn)件響應(yīng)狀態(tài)。同時(shí)保證整個(gè)飛控系統(tǒng)的電子設(shè)備連接狀態(tài)正常，能夠正確反應(yīng)飛控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

2.2 振動(dòng)試驗(yàn)掃頻：保證飛控系統(tǒng)設(shè)備處于非工作狀態(tài)，通過振動(dòng)臺(tái)設(shè)定的輸入對試驗(yàn)件進(jìn)行頻率由10Hz到2000Hz的正弦掃頻，掃頻的加速度峰值為0.5g，掃頻速率不超過1倍頻/分鐘。記錄試驗(yàn)件通過測量加速度計(jì)的響應(yīng)曲線，同時(shí)標(biāo)記共振頻率和對應(yīng)幅值，共振頻率的設(shè)定根據(jù)掃頻輸入的加速度峰值的2倍確定，即共振頻率為超過1g的響應(yīng)峰值處的頻率。

2.3 振動(dòng)過程：飛控系統(tǒng)上電，保證整個(gè)飛控系統(tǒng)設(shè)備處于工作狀態(tài)，按照B3曲線功率譜對試驗(yàn)件進(jìn)行一個(gè)小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)試驗(yàn)。而后設(shè)備下電，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)后的掃頻工作。設(shè)備繼續(xù)上電，按照B4曲線功率譜對試驗(yàn)件進(jìn)行三個(gè)小時(shí)的強(qiáng)化振動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)后進(jìn)行掃頻。最后按照R曲線功率譜對試驗(yàn)件進(jìn)行高能量短時(shí)振動(dòng)，振動(dòng)曲線為10Hz到250Hz，速率不超過0.167Hz/s的正弦曲線。其中振動(dòng)過程中，飛控系統(tǒng)的工作狀態(tài)和性能參數(shù)由監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)測，用以記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.4 試驗(yàn)判據(jù)：試驗(yàn)判據(jù)用于驗(yàn)證試驗(yàn)件是否通過試驗(yàn)，包括試驗(yàn)前后共振頻率的偏移，計(jì)算機(jī)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)狀態(tài)和試驗(yàn)后的試驗(yàn)件檢查。試驗(yàn)件的結(jié)構(gòu)性能變化可以通過共振頻率偏移程度來體現(xiàn)，正常情況下，試驗(yàn)件在試驗(yàn)前后的共振頻率偏差應(yīng)小于2%，過大的頻率偏移則認(rèn)為試驗(yàn)件發(fā)生變形或損壞等。計(jì)算機(jī)的監(jiān)控試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以有效的判斷飛控系統(tǒng)的工作狀態(tài)和試驗(yàn)件的功能性能狀態(tài)。而試驗(yàn)后的試驗(yàn)件檢查則是在完成XYZ軸全部試驗(yàn)后，通過檢測設(shè)備對試驗(yàn)件進(jìn)行檢查，便于了解振動(dòng)試驗(yàn)后試驗(yàn)件的狀態(tài)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

基于試驗(yàn)程序，完成了試驗(yàn)件的振動(dòng)試驗(yàn)工作。本文選取XYZ軸中一組X軸數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過試驗(yàn)前后的掃頻確定了X軸標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)和耐久振動(dòng)試驗(yàn)前后的共振點(diǎn)如表1。

由表1可知，標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)和強(qiáng)化振動(dòng)試驗(yàn)前后的2個(gè)共振點(diǎn)頻率沒有發(fā)生偏移，小于判據(jù)的2%變化，同時(shí)幅值發(fā)生較小的變化，因此試驗(yàn)后設(shè)備的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。同時(shí)監(jiān)控計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)測試數(shù)據(jù)狀態(tài)表明試驗(yàn)件的性能完好，飛控系統(tǒng)的工作正常。最后，將試驗(yàn)件進(jìn)行試驗(yàn)后的檢查，證明了試驗(yàn)件功能性能良好和結(jié)構(gòu)正常。通過振動(dòng)試驗(yàn)證明了飛控電子設(shè)備能夠滿足試驗(yàn)要求，通過了試驗(yàn)判據(jù)，保證了設(shè)備的性能結(jié)構(gòu)和安全性。

4 結(jié)論

本文基于DO160G振動(dòng)試驗(yàn)部分，對民機(jī)機(jī)載設(shè)備中的飛控電子設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)前中后的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，判斷試驗(yàn)件的結(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明，飛控電子設(shè)備振動(dòng)試驗(yàn)后通過了試驗(yàn)判據(jù)，有效的證明了設(shè)備的可靠性和安全性，對飛機(jī)的安全性具有重要意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]《國外航空振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)選編》航空標(biāo)準(zhǔn)化編輯部，1978.

[2]DO-160G，Environmental conditions and test procedures for Airborne Equipment [S].USA：RTCA，2010.

[3]祝耀昌.民用飛機(jī)機(jī)載設(shè)備振動(dòng)試驗(yàn)要求和應(yīng)用分析[J].裝備環(huán)境工程. 2016，13（5）：122-127.

[4]Alan Burkhard《Captive flight Acoustic test criteria for Aircraft stores》Shock and Vibration Bulletin43，1973.

[5]中華人民共和國航空工業(yè)部.HB5830.5-1984，機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件及試驗(yàn)方法[S].1985：13-17.

[6]MIL-STD-810F， Environmental engineering considerations and laboratory tests[S].

[責(zé)任編輯：朱麗娜]