浅谈轻型直升机旋翼振动测试及调整方法

宋亚平（中国民航飞行学院新津分院，四川成都 611430）

浅谈轻型直升机旋翼振动测试及调整方法

宋亚平
（中国民航飞行学院新津分院，四川成都 611430）

直升机作为一种特殊的飞行器，最显著的特征是具有旋翼系统。旋翼系统既是直升机的升力面，又是操纵面，该系统高速旋转产生的交变载荷，是直升机重要的振动载荷源。本文详细分析了轻型直升机旋翼系统的振动特点及成因，并对振动测试设备的组成和结构作了说明，给出解决轻型直升机旋翼系统振动的调整方法及措施。

直升机 旋翼系统 振动 调整

1　引言

直升机作为一种特殊的飞行器，最显著的特征是具有旋翼系统。过大的振动会使机组和乘客产生不适感，并造成直升机旋转部件的损伤及结构件的磨损、疲劳、甚至断裂。如果对过大的旋翼系统振动不加处理，持续的振动导致部件剥蚀、损伤，这种损伤不仅使得直升机的维护费用成倍增加，而且严重危及直升机及其使用者的安全。另外，过大的振动会在某些特定条件下引发全铰接式旋翼直升机地面共振的出现。为保障直升机的飞行安全，针对旋翼系统的振动进行调整与控制，降低直升机旋翼系统的振动水平显得尤为重要。

2　旋翼系统结构与振动分析

直升机旋翼系统通常包含以下几个部件：

（1）主旋翼减速齿轮箱：其功用是用于主旋翼桨叶的动力输入/出、改变扭矩的传递方向以及主旋翼桨叶旋转角速度；（2）主旋翼自动倾斜器（斜盘）：用于改变主旋翼桨叶的迎角，增大或减少主旋翼系统的拉力，实现直升机各方向的飞行；（3）主旋翼桨毂：其安装在主旋翼减速器动力输出轴上，功用是固定主旋翼桨叶；（4）主旋翼桨叶。旋翼系统作为直升机高速旋转部件，是直升机振动的主要振源之一，也是直升机故障的多发部件。

该系统动平衡检查调整的目的是将旋翼系统产生横向与垂直方向的振动水平控制在一定的范围内，以满足全机的振动要求。直升机旋翼系统的振动分为两种，即垂直振动和横向振动。垂直振动是因为各桨叶产生的升力不对称引起的。其与飞行速度直接相关，飞行速度越大，振动值也就越大。这种振动的调节通常是通过改变桨叶的初始安装角，使得各桨叶的迎角一致进而达到各桨叶的升力一致，从而降低因各桨叶升力相差过大而产生的振动。一般在低速下产生的振动，可通过调节变距拉杆的长度来实现；如果振动发生在高速度状态下，则通过调节桨叶调整片的角度来改变桨叶的轨迹，进而减小旋翼系统的振动值。

横向振动是由于桨叶的质量不平衡造成的。桨叶的质量不平衡通常有两种情况：

（1）各桨叶的质量不相等，气动力不平衡，造成质量重的桨叶始终对旋翼系统产生一个旋转力矩；（2）各桨叶的质量虽然相等，但在旋转平面内各桨叶之间间距不相等，即其矢量的和未集中在旋翼的旋转中心，旋翼系统产生离心力无法相互抵消，导致桨盘上始终有一个周期变化侧向力。

这种振动的调节方法是在桨叶的展向或弦向增减配重，或前、后掠桨叶；在某些情况下需要调节桨毂相对于主轴（即旋转中心）的位置。

图1　典型的平衡图

3　振动测试与调整

直升机常用的振动测试设备有查德威尔·赫尔姆斯分析仪（RADS-AT）、vibri2000及AECE公司的2020或4040设备。这些设备通常都是由加速度传感器、磁传感器和切割片或光探头和反光条、频闪仪、导线、主机等组成。加速度传感器内有由可移动的钨金属块制成。当这些可移动的钨金属块受到拉伸或挤压时会产生一个电流。发生振动时，加速度传感器也跟着发生移动，其内部的可移动钨金属块就不断地发生着挤压和拉伸，也就产生了与振动度相关的电压信号。磁传感器和切割片（或光探头和反光条），一方面用来产生旋翼每转动一圈的转速信号；另一方面，切割片或反光条已固定在转动旋翼的一个已知点上，分析仪可将此信号与加速度传感器的输出相比较，求出失衡部件的角度位置。频闪仪产生一个与主旋翼转速频率一致的脉冲灯光，当系统正常工作时，就能得到各桨叶的高低及超前滞后情况，也就是测得桨叶的轨迹，用作调节振动的参考。

安装设备时应注意以下细节：

（1）安装加速度传感器的位置及安装方向应正确（以维护手册为准），其与支座、支座与机体结构应固定可靠。（2）磁传感器和切割片或光探头和反光条之间的间隙恰当。磁传感器和切割片的间隙过小，会影响倾斜盘的运动并损坏磁传感器和切割片；间隙过大，产生不了转速信号。光探头和反光条的间隙过小，产生不了转速信号。间隙的具体要求参见相应的维护手册。反光条粘贴平整、不应有皱褶，否则会产生错误的转速信号，进而影响振动值的准确性。（3）各导线与主机相连时，确认连接的通道正确；所有导线固定可靠与旋转部件间有足够的安全距离，不得妨碍飞行操纵以及防止松脱飞入旋翼转动面。如有条件，可将检查者一侧的副驾驶操纵装置拆除，以免影响飞行员的操纵。

设备安装完后便可进入振动测试阶段。测试时应从地面开始，悬停及低速至高速各种状态速度逐一测试，一个状态调节好后方可进入下一个状态测试。在对一状态的振动进行调节后，在对其进行测试前应逐一检查先前已调整好的状态，以确保所进行的调节未影响到先前已调整好的各状态。

在进行调节时，不可避免地要使用平衡图（图1所示）。平衡图是一个时钟图面，它上面的12条射线代表平衡测量结果的时钟角。围

············

绕时钟图面中心所画出的同心圆划分出不同的振幅值。在同心圆的外侧是均匀切分的座标线，其座标轴表示直升机进行调节操作方法及操作量。振动测量值使我们能够在时钟图面上标出振幅和相位角的交叉点。该点对座标轴的推算结果确定需要调整的位置和幅度：将该点至图面中心的连线矢量分别沿座标轴进行矢量分解，得到将振动调至可接受水平的相应调节方法及调节量。在大多数情况下，一个平衡点将表示两个校正步骤—座标轴围绕着平衡点的每片桨叶各有一次校正。

旋翼系统调节时应遵循以下基本规则：

（1）变距连杆改变所有速度下的桨叶轨迹，其会影响旋翼的垂直振动和横向振动。（2）调整片改变在大速度下的桨叶轨迹，其主要影响旋翼的垂直振动。（3）前后掠桨叶改变所有速度旋翼的质量分布，其会影响旋翼的垂直振动和横向振动。（4）桨尖配重改变所有速度旋翼的质量分布，其会影响旋翼的横向振动。（5）先作粗调后作精细调节。在精细调节时，先调横向振动，将其降到0.2IPS后，再进行垂直振动的调节。

平衡图不是根据旋翼特性的理论模型提取而成的，而是通过对特定的旋翼类型进行多次实验测量并平均之后而形成的。这就意味着平衡图不可能始终与实际的旋翼测量一致，在某些情况下，偏差足以妨碍正确的振动分析。制造和修理上的差别，以及机身稳定性和共振频率的变化，常常形成不同的平衡图解。因此在进行调节时注意调节量的把握，宜少不宜多，逐步调节并做到具体问题具体分析，才能正确地解决问题。如90年代某单位一架贝尔206BIII直升机的桨叶受损送修回场后，经过多次装机调试均未达到放飞标准，在库房存放近二十年。后来，经过认真地调整至放飞标准，飞行使用正常，既保证了安全，又节约了航材费用。引起旋翼振动的原因较多，如变距拉杆的上下端轴承松动、旋翼操纵系统内过大的间隙、甚至倾斜盘不清洁均有可能，因此在日常的维护中一定要严格按照维护手册的具体标准检查相关部件。

4　结语

定期对直升机主旋翼系统的振动进行监测和调整，可有效的减少因旋翼系统振动而造成的机件磨损，对于提高直升机飞行训练的安全具有重要的意义。该系统的减振措施和方法已用于工程实践，并取得了良好的效果，该方法对其他相似构造的直升机也具有一定的借鉴作用。