欧美直升机机载设备振动环境试验要求通用规范发展探讨

马旭东

（航空工业直升机设计研究所，江西 景德镇 333001）

直升机的工作原理和工作状态特性决定其振动环境相对其他航空器和运输平台具有非常突出、非常特殊的振动环境，其振动环境特性也非常鲜明，它属于在随机振动基础上叠加强烈周期正弦振动、很复杂的综合振动。我国在直升机研制领域，开展了直升机振动环境的研究，取得了大量的成果。

本文针对已知直升机振动频率情况，通过探究MIL-STD-810和 RTCA /DO-160这两大规范较新版本核心技术内容的发展和变化，为开展直升机振动环境基础研究提供参考。

1 发展历程

当前欧美振动环境试验通用规范主要有MILSTD-810和 RTCA /DO-160（EUROCAE ED-14），最新版分别是2008年发布的MIL-STD-810G和2010年12月发布的RTCA /DO-160G。军用直升机研制一般采用MIL-STD-810进行剪裁或直接采用，而民用直升机研制一般采用RTCA /DO-160进行剪裁或直接采用，或者兼顾两个规范。

1.1 MIL-STD-810体系发展

MIL-STD-810是美国国防部制定的机载设备环境试验规范，目的是用谨慎设计得到的环境应力来消除“过”或者“欠”设计/测试，以确保对设计有影响的环境都已经在设计中系统地做了考虑。

MIL-STD-810强调对相关材料的剪裁以符合在它的寿命周期内所会承受的环境，并且要测试对应对象。从基本版1962年发布至今，共有“MIL-STD-810Base”和“MIL-STD-810A至 E”8个 版 本。MIL-STD-810F是在总结国际环境工程管理和环境试验应用经验，充分吸收美国国防部D0DD系统采购标准和英国国防部标准DEF 00-35《国防装备环境手册》等标准有关内容的基础上制订的。

1.2 DO-160体系发展

《机载设备的环境条件和测试程序》是由美国航空无线电技术委员会（RTCA）135分会（SC-135）制定，为机载设备定义了一系列的最低性能环境试验条件（类别）和相应的试验方法，简称“RTCA/DO-160”或“DO-160”。

DO-160及其前身DO-138从1958年开始用作环境鉴定试验的标准，其作为机载设备最低工作性能规范（MOPS）的参考。随着航空业界不断提出更新的要求，以及试验技术的快速发展和对机载设备工作环境的深入了解，DO-160一直不断的更新和修订，共产生“DO-160A至E等”10个修订版本。

2 通用规范技术要求分析

2.1 主要要求

振动环境试验是指在现场或实验室通过模拟的方法使机载设备承受其安装位置振动环境的试验，检验机载设备在真实振动环境中工作的可靠性，评估使用寿命，发现设计中的薄弱环节，找出改进方向等。在其规范修订过程中，试验程序、合格判据相对固化，各个版本之间以及各型号应用基本一致。下面详细分析MILSTD-810和DO-160两大振动环境试验规范中直升机机载设备部分主要技术要求的修订变化情况和原因。

2.2 MIL-STD-810核心要求

MIL-STD-810作为美国军用装备振动环境试验规范，其中有关直升机舱内、外机载设备的振动环境试验要求，是美国各直升机公司制定自身直升机型号机载设备振动环境试验要求的裁剪依据和基础。

MIL-STD-810后期各版本要求的直升机正弦振动试验频率见表1，F版对正弦试验频率进行了较大的修改，增加了主桨和尾桨工作转速频率，删除了主桨和尾桨四阶通过频率。

表1 MIL-STD-810后期各版本要求的直升机正弦振动试验频率

MIL-STD-810C/D/E版和F/G版要求的直升机振动试验谱曲线频率分别见图1。在一般振动区域，F版大幅降低了随机振动的量值，峰值减小一半，并且对10～300Hz频段的随机振动功率谱曲线，由随频率变大等量递增的四方形改为随频率变大增量递增的梯形。

图1 MIL-STD-810C/D/E版（上图）和F/G版（下图）直升机振动环境试验谱曲线

2.3 DO-160规范核心要求

DO-160系列从1958年的DO-138，到2010年DO-160G版本，其技术要求发生很大的变化，内容得到不断补充、完善和修正。下面主要从目前仍在应用的D版和E版对其核心技术要求进行分析。

（1）D版中，在机身和尾部结构振动分区，只考虑主、尾桨工作频率和一阶通过频率的振动；E版中，在机身结构振动分区，在尾部结构振动分区，考虑主、尾桨一、二阶通过频率这几个频率的振动。

（2）D版中，除发动机、主减安装平台振动分区外，其他振动分区均考虑了主桨锥体和动平衡对其振动环境的影响，而且在机体结构和尾部结构还考虑尾桨锥体和动平衡对振动环境的影响；E版及以后的版本中，所有的振动分区均不再考虑主、尾桨锥体和动平衡对其振动环境的影响。

（3）试验谱修订的基础，来自美国从事直升机振动环境工程的专家和工程师对直升机振动环境现状的充分掌握，包括直升机不同部位振动环境的频率及不同频率振动幅值的差异，并通过数理统计的方法进行分析，得到当前直升机总体振动环境特性。

2.4 综合分析

在DO-160规范中对于已知直升机振动环境频率的振动环境试验，采用正弦振动叠加随机振动的方式，机载设备若按8．8．1节的要求通过了试验考核，则认为该设备合格，但没有给出使用寿命（或使用期限）。该评判结论与GJB150或GJB150A中的评判结论差别很大，存在以下两种理解：第一，仅说明通过试验的设备具备装机的条件；第二，该设备安装的直升机上的使用寿命与机体同寿。

参考文献：

[1]章光裕等．直升机振动环境标准选编[M]．航空工业出版社,1991．

[2]美国军用设备环境试验方法（MIL-STD-810D/E/F/G）．1983-2010．

[3]机载设备的环境条件和测试程序（RTCA DO-160D/E/F/G）．

[4]航空航天工业部科学技术研究院．直升机动力学手册[M]．北京:航空工业出版社．

[5]祝耀昌．国外环境工程发展综述（上）[J]．航空标准化与质量,1998．

[6]范真等．振动环境试验设备与技术的现状及发展[J]．机械设计与制造,2006．

[7]王志刚．航空环境与机载设备环境试验规范的制定[J]．环境试验, 2009．