關于直升機旋翼錐體及動平衡調整策略的探討

李斌

摘 要：結合直升機旋翼錐體及槳葉的振動特性，本文對直升機旋翼錐體及動平衡調整要求和難點展開了分析，然后提出了錐體及動平衡的調整策略，并結合實例對調整策略進行了運用，從而為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：直升機；旋翼錐體；動平衡

中圖分類號：V267 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）19-0076-02

在直升機制造和維修的過程中，都要對旋翼部件進行頻繁檢查和調整，從而實現(xiàn)對直升機振動大小的有效控制。而能否實現(xiàn)對直升機旋翼錐體及動平衡的合理調整，將會直接影響直升機性能和壽命，需要按照規(guī)定要求采取科學的調整方法。因此，還應加強對直升機旋翼錐體及動平衡調整策略的研究，以便更好的開展相關工作。

1 直升機旋翼錐體及槳葉的振動

直升機安裝有多種轉動部件，振動難以避免。而在直升機的旋翼系統(tǒng)中，錐體及槳葉振動需要通過檢測和調整實現(xiàn)有效控制。振動產(chǎn)生的原因，主要是由于槳葉錐體存在偏差。在穩(wěn)定轉速條件下，作用在各片槳葉上的離心力不同，旋翼中心將會有離心力合力產(chǎn)生，導致其水平方向發(fā)生振動，振動大小取決于槳葉離心力不平衡量。在穩(wěn)定總矩和轉速條件下，槳葉上如果存在氣動載荷不同的問題，各槳葉槳尖軌跡將有一定差別，導致產(chǎn)生的鉸鏈力矩無法達到平衡，繼而導致旋翼垂直方向出現(xiàn)振動，大小取決于槳葉氣動不平衡量。在飛行的過程中，旋翼槳葉處在每轉進行一次氣動環(huán)境變化的狀態(tài)，槳葉上頻率為旋翼轉速的整數(shù)倍，所以會產(chǎn)生持續(xù)氣動激振力。受機體對尾流阻塞作用的影響，槳葉每次轉動也會導致一次交變氣動激振力的產(chǎn)生，與質量力共同構成槳轂力，頻率為旋翼轉速的數(shù)千倍，決定了直升機的振動水平。而直升機需要依靠旋翼高速轉動提供升力，振動的產(chǎn)生將給直升機飛行帶來安全威脅。持續(xù)振動的存在，容易導致直升機關鍵部件出現(xiàn)疲勞斷裂、突然失效等問題，也可能造成直升機操縱性能下降、設備壽命縮短和飛行員疲勞度增加等問題。因此，需要通過實現(xiàn)旋翼部件動平衡調整，將振動控制在一定范圍內，保證直升機飛行的可靠性。

2 直升機旋翼錐體及動平衡的調整

2.1 調整要求

在對直升機旋翼錐體及動平衡進行調整時，需要認識到旋翼作為重要的減振部件，其錐體軌跡和槳葉動平衡調整結果將對直升機振動水平產(chǎn)生直接影響，關系到直升機飛行的可靠性、舒適性等各種性能。調整的目的，則是對旋翼帶來的垂直和水平方向的振動進行有效控制，確保直升機整體振動要求能夠得到滿足。在對旋翼錐體進行調整時，需要在槳尖下表面進行反光靶標安裝。在各反光靶上，則要進行形狀各異反光紙的粘貼，達到區(qū)分槳尖軌跡的目標[1]。按照要求，不能對黃色變距拉桿進行調整，所以需要將該槳葉發(fā)射靶作為定位基準。旋翼轉動的過程中，利用頻閃儀對靶標進行觀察，然后對變距拉桿長進行調整，則能使槳葉初始安裝角得到調整，同時對后緣調整片進行調整，達到通過改變升力進行槳尖軌跡錐度進行調整的目的。在對旋翼動平衡進行調整時，則要在主減速器上進行振動傳感器設置，對直升機1Ω水平方向振動進行測量，保證設備位置與飛機縱向軸線嚴格垂直。在駕駛艙底板上，需要設置振動傳感器對1Ω垂直方向振動進行測量，保證設備位置與旋翼軸平行。在槳轂支臂下表面，需要進行反光片安裝。此外，在發(fā)動機整流罩殼體上，需進行光電傳感器的安設，使其射出的光束指向反光片。采用上述裝置，則能對旋翼動平衡相位和數(shù)值進行測量。不同型號直升機在錐體和動平衡測量上，擁有不同的要求。一般來講，在地面開車和無地效懸停狀態(tài)下，需要保證標記差<1/2靶標（7mm），在振動速度上前一種狀態(tài)要求主減Y方向<0.25IPS，后一種狀態(tài)要求Y方向<0.25IPS；在水平飛行和轉彎飛行狀態(tài)下，要求Z方向<0.25IPS。

2.2 調整難點

從直升機旋翼錐體及動平衡測量上來看，不僅需要完成地面檢查，還要進行空中檢查。實際上，在新型直升機研制上，由于對性能和舒適性等方面要求越來越高，一些直升機還會對倒飛、側飛等狀態(tài)進行動平衡檢查。而從難點上來看，錐體調整過程中，振動測量過程中錐體將受外界不確定風力作用的影響，導致錐體偏差變化較大。如果難以獲得準確的測量結果，就無法對錐體準確狀態(tài)進行判定，繼而導致錐體調整缺乏可靠數(shù)據(jù)依據(jù)。在動平衡檢查時，由于直升機在空中運行過程中以旋轉的旋翼為支撐點，而旋翼本身為柔性的，并不穩(wěn)定，受本身性能、外界風和駕駛員操縱等因素的影響，因此測量過程中會得到較多不穩(wěn)定且復雜的振動信號[2]。而大量偶然非平穩(wěn)低頻信號的產(chǎn)生，將導致低頻段運行的旋翼動平衡信號受到較大干擾。如果無法獲得準確的動平衡值，將無法實現(xiàn)動平衡的合理調整。因此在對直升機旋翼錐體及動平衡進行調整時，還要采取措施解決這些問題。

3 直升機旋翼錐體及動平衡調整策略

3.1 錐體調整

對直升機錐體進行調整，可以采用變距拉桿長度的方法，通過調整初始安裝角對槳尖錐度進行調整，從而使升力不平衡給水平振動帶來的影響得到消除。在實際進行錐體調整時，需要采用頻閃儀進行各槳葉靶標的狀態(tài)的判斷。以黃色槳葉槳尖軌跡為基準，對其他槳葉變距拉桿長進行調整，還要確保各槳葉靶標在某個視場同時得到顯示，以便實現(xiàn)對各槳葉靶標位置的準確記錄。針對位置較高的槳葉，需要對其變距拉桿長進行縮減。針對位置低的槳葉，則要進行適當延長。如果調整后錐度依然未能得到顯著改善，還要對操縱系統(tǒng)、槳葉等零部件的安裝情況進行檢查，確認是否存在間隙異常等問題。排除問題后，需要重新進行錐度調整。仍然無法達到要求，需要對第八號后緣調整片進行調整。在軌跡位置高的條件下，需要對調整片進行“+”方向折彎，反之向“-”方向折彎。調整片如果原本處在相對原始狀態(tài)，最大能夠達到±5°折彎，但一次僅能折彎1°。對調整片角度進行調整，則是對槳葉外段局部剖面氣動力進行調整，將使槳葉產(chǎn)生附加俯仰力矩，使槳葉氣動特性得到改變[3]。而針對測量不精確的難題，想要穩(wěn)定、清晰的看到靶標，需要使頻閃儀保持穩(wěn)定的閃光頻率，頻率間隔相對槳葉轉速保持絕對穩(wěn)定。為此，還要采用高響應速度的頻閃儀和具有較好反光效果的反光紙，通過提高測量穩(wěn)定度獲得更高的錐體測量精度。

3.2 動平衡調整

對旋翼動平衡進行調整，需要對配重大小和安裝位置進行調整，使槳葉弦向重心位置得到調整，從而使其與氣動中心距離發(fā)生改變，達到改變槳葉氣動特性的目的。實際進行調整圖繪制時，需要經(jīng)過多次試驗，然后根據(jù)結果完成圖形繪制，能夠為實現(xiàn)動平衡的精確調整提供指導。在圖形中，同心圓為振動數(shù)值，將隨著圓半徑的增大而增加，相位是從12點到1點方向的相位角。在直升機旋轉過程中，重量不平衡將導致1次/轉振動的產(chǎn)生，參數(shù)可以利用振動速度或加速度幅值和相位進行表示。結合測量得到的振動信號，并根據(jù)旋轉同步方位角信號，則能實現(xiàn)信號分離，獲得1次/轉振動信號，得到相應的振動幅值和相位。而得到的振動幅值，則為目標的不平衡度，相位為不平衡位置，然后放入平衡圖中進行調整[4]?？紤]到動平衡測量問題，在動平衡調整方面，針對測量得到的動平衡信號，需要采用時域數(shù)字跟蹤窄帶濾波的方法進行復雜度自動識別，完成判定閾值的自動選取，得到更加準確的動平衡值。完成地面動平衡調整后，在空中狀態(tài)動平衡調整方面，需要對初始安裝角和后緣調整片進行調整，以便使多余重量和不平衡升力達到平衡。

3.3 案例分析

某X型直升機在旋翼錐體及動平衡調整上，要求在主槳葉以306r/min額定轉速下進行振動測量。在實際調整時，需要在地面檢查調整到規(guī)定范圍內后，進行配重調整。按照要求，在地面開車狀態(tài)下，錐體<1/3靶標，無地效懸停和平飛狀態(tài)下錐體<1/2靶標，而三種狀態(tài)下的振動值<0.20IPS。在地面開車狀態(tài)下，檢查發(fā)現(xiàn)主槳葉錐體相差較大，對相應小拉桿長進行調整無法使錐體達到1/3靶標內。針對這一情況，采取了將軌跡最高和最低槳葉位置對調的方法，實現(xiàn)了錐體調整。而在無地效懸停和平飛狀態(tài)下，對主槳葉第7號后緣片進行了調整。在動平衡調整中，經(jīng)過多次試飛發(fā)現(xiàn)，黃色尾槳葉在11：00的位置，而并非是理論上的12：00位置，所以在繪制配重平衡調整圖時進行了相位角調整，得到了如圖1所示的簡化矢量圖。在配重調整時，使用的配重片重量為100g，可以個改變0.2-0.3IPS振動值，單個槳葉增加的配重片不能超出9片，同時保證至少一片槳葉無配重片。通過動平衡檢查可以發(fā)現(xiàn)，第一次檢查發(fā)現(xiàn)振動為0.95IPS，時鐘相位為2：35（M點），位置與藍色槳葉時鐘位置接近，需要增加3塊配重片，測量得到振動值為0.09IPS，時鐘相位為2：13，可以達到調整要求。再次檢查發(fā)現(xiàn)，振動值為0.73IPS，對應時鐘相位為6：51（N點）。該點所在位置與黑色槳葉時鐘位置接近，因此需要在黑色槳轂上進行2塊配重片的增加。通過測量，得到振動值為0.43IPS，相位為7：58（W點）。該點位置與紅色槳葉時鐘位置接近，需要在槳轂上進行2片配重片的增加，測量結果為0.13IPS，相位為8：10，因此可以滿足要求。

4 結語

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，加強對直升機旋翼錐體及動平衡的調整，才能使直升機振動得到有效控制，使直升機整體性能得到改善。而在實際調整的過程中，則要明確錐體及動平衡調整要求和難點，然后結合直升機實際情況采取科學的調整策略，從而達到削弱直升機振動的目標。

參考文獻

[1]于懿源.淺談某型直升機旋翼錐體及動平衡調整方法[J].科技創(chuàng)新與應用，2017，（23）：6-7.

[2]彭德潤，孫燦飛，何泳.直升機旋翼錐體與動平衡測量技術研究[J].電子技術與軟件工程，2017，（04）：99-100.

[3]張功虎，李玉川，李楊.直-X直升機旋翼動平衡檢查調整方法研究[J].直升機技術，2014，（04）：57-59+65.

[4]趙小全，湯永，陳功力.基于試重法的直升機旋翼動平衡調整[J].航空維修與工程，2013，（02）：79-81.