淺談輕型直升機旋翼振動測試及調整方法

宋亞平（中國民航飛行學院新津分院，四川成都 611430）

淺談輕型直升機旋翼振動測試及調整方法

宋亞平
（中國民航飛行學院新津分院，四川成都 611430）

直升機作為一種特殊的飛行器，最顯著的特征是具有旋翼系統。旋翼系統既是直升機的升力面，又是操縱面，該系統高速旋轉產生的交變載荷，是直升機重要的振動載荷源。本文詳細分析了輕型直升機旋翼系統的振動特點及成因，并對振動測試設備的組成和結構作了說明，給出解決輕型直升機旋翼系統振動的調整方法及措施。

直升機 旋翼系統 振動 調整

1　引言

直升機作為一種特殊的飛行器，最顯著的特征是具有旋翼系統。過大的振動會使機組和乘客產生不適感，并造成直升機旋轉部件的損傷及結構件的磨損、疲勞、甚至斷裂。如果對過大的旋翼系統振動不加處理，持續的振動導致部件剝蝕、損傷，這種損傷不僅使得直升機的維護費用成倍增加，而且嚴重危及直升機及其使用者的安全。另外，過大的振動會在某些特定條件下引發全鉸接式旋翼直升機地面共振的出現。為保障直升機的飛行安全，針對旋翼系統的振動進行調整與控制，降低直升機旋翼系統的振動水平顯得尤為重要。

2　旋翼系統結構與振動分析

直升機旋翼系統通常包含以下幾個部件：

（1）主旋翼減速齒輪箱：其功用是用于主旋翼槳葉的動力輸入/出、改變扭矩的傳遞方向以及主旋翼槳葉旋轉角速度；（2）主旋翼自動傾斜器（斜盤）：用于改變主旋翼槳葉的迎角，增大或減少主旋翼系統的拉力，實現直升機各方向的飛行；（3）主旋翼槳轂：其安裝在主旋翼減速器動力輸出軸上，功用是固定主旋翼槳葉；（4）主旋翼槳葉。旋翼系統作為直升機高速旋轉部件，是直升機振動的主要振源之一，也是直升機故障的多發部件。

該系統動平衡檢查調整的目的是將旋翼系統產生橫向與垂直方向的振動水平控制在一定的范圍內，以滿足全機的振動要求。直升機旋翼系統的振動分為兩種，即垂直振動和橫向振動。垂直振動是因為各槳葉產生的升力不對稱引起的。其與飛行速度直接相關，飛行速度越大，振動值也就越大。這種振動的調節通常是通過改變槳葉的初始安裝角，使得各槳葉的迎角一致進而達到各槳葉的升力一致，從而降低因各槳葉升力相差過大而產生的振動。一般在低速下產生的振動，可通過調節變距拉桿的長度來實現；如果振動發生在高速度狀態下，則通過調節槳葉調整片的角度來改變槳葉的軌跡，進而減小旋翼系統的振動值。

橫向振動是由于槳葉的質量不平衡造成的。槳葉的質量不平衡通常有兩種情況：

（1）各槳葉的質量不相等，氣動力不平衡，造成質量重的槳葉始終對旋翼系統產生一個旋轉力矩；（2）各槳葉的質量雖然相等，但在旋轉平面內各槳葉之間間距不相等，即其矢量的和未集中在旋翼的旋轉中心，旋翼系統產生離心力無法相互抵消，導致槳盤上始終有一個周期變化側向力。

這種振動的調節方法是在槳葉的展向或弦向增減配重，或前、后掠槳葉；在某些情況下需要調節槳轂相對于主軸（即旋轉中心）的位置。

圖1　典型的平衡圖

3　振動測試與調整

直升機常用的振動測試設備有查德威爾·赫爾姆斯分析儀（RADS-AT）、vibri2000及AECE公司的2020或4040設備。這些設備通常都是由加速度傳感器、磁傳感器和切割片或光探頭和反光條、頻閃儀、導線、主機等組成。加速度傳感器內有由可移動的鎢金屬塊制成。當這些可移動的鎢金屬塊受到拉伸或擠壓時會產生一個電流。發生振動時，加速度傳感器也跟著發生移動，其內部的可移動鎢金屬塊就不斷地發生著擠壓和拉伸，也就產生了與振動度相關的電壓信號。磁傳感器和切割片（或光探頭和反光條），一方面用來產生旋翼每轉動一圈的轉速信號；另一方面，切割片或反光條已固定在轉動旋翼的一個已知點上，分析儀可將此信號與加速度傳感器的輸出相比較，求出失衡部件的角度位置。頻閃儀產生一個與主旋翼轉速頻率一致的脈沖燈光，當系統正常工作時，就能得到各槳葉的高低及超前滯后情況，也就是測得槳葉的軌跡，用作調節振動的參考。

安裝設備時應注意以下細節：

（1）安裝加速度傳感器的位置及安裝方向應正確（以維護手冊為準），其與支座、支座與機體結構應固定可靠。（2）磁傳感器和切割片或光探頭和反光條之間的間隙恰當。磁傳感器和切割片的間隙過小，會影響傾斜盤的運動并損壞磁傳感器和切割片；間隙過大，產生不了轉速信號。光探頭和反光條的間隙過小，產生不了轉速信號。間隙的具體要求參見相應的維護手冊。反光條粘貼平整、不應有皺褶，否則會產生錯誤的轉速信號，進而影響振動值的準確性。（3）各導線與主機相連時，確認連接的通道正確；所有導線固定可靠與旋轉部件間有足夠的安全距離，不得妨礙飛行操縱以及防止松脫飛入旋翼轉動面。如有條件，可將檢查者一側的副駕駛操縱裝置拆除，以免影響飛行員的操縱。

設備安裝完后便可進入振動測試階段。測試時應從地面開始，懸停及低速至高速各種狀態速度逐一測試，一個狀態調節好后方可進入下一個狀態測試。在對一狀態的振動進行調節后，在對其進行測試前應逐一檢查先前已調整好的狀態，以確保所進行的調節未影響到先前已調整好的各狀態。

在進行調節時，不可避免地要使用平衡圖（圖1所示）。平衡圖是一個時鐘圖面，它上面的12條射線代表平衡測量結果的時鐘角。圍

············

繞時鐘圖面中心所畫出的同心圓劃分出不同的振幅值。在同心圓的外側是均勻切分的座標線，其座標軸表示直升機進行調節操作方法及操作量。振動測量值使我們能夠在時鐘圖面上標出振幅和相位角的交叉點。該點對座標軸的推算結果確定需要調整的位置和幅度：將該點至圖面中心的連線矢量分別沿座標軸進行矢量分解，得到將振動調至可接受水平的相應調節方法及調節量。在大多數情況下，一個平衡點將表示兩個校正步驟—座標軸圍繞著平衡點的每片槳葉各有一次校正。

旋翼系統調節時應遵循以下基本規則：

（1）變距連桿改變所有速度下的槳葉軌跡，其會影響旋翼的垂直振動和橫向振動。（2）調整片改變在大速度下的槳葉軌跡，其主要影響旋翼的垂直振動。（3）前后掠槳葉改變所有速度旋翼的質量分布，其會影響旋翼的垂直振動和橫向振動。（4）槳尖配重改變所有速度旋翼的質量分布，其會影響旋翼的橫向振動。（5）先作粗調后作精細調節。在精細調節時，先調橫向振動，將其降到0.2IPS后，再進行垂直振動的調節。

平衡圖不是根據旋翼特性的理論模型提取而成的，而是通過對特定的旋翼類型進行多次實驗測量并平均之后而形成的。這就意味著平衡圖不可能始終與實際的旋翼測量一致，在某些情況下，偏差足以妨礙正確的振動分析。制造和修理上的差別，以及機身穩定性和共振頻率的變化，常常形成不同的平衡圖解。因此在進行調節時注意調節量的把握，宜少不宜多，逐步調節并做到具體問題具體分析，才能正確地解決問題。如90年代某單位一架貝爾206BIII直升機的槳葉受損送修回場后，經過多次裝機調試均未達到放飛標準，在庫房存放近二十年。后來，經過認真地調整至放飛標準，飛行使用正常，既保證了安全，又節約了航材費用。引起旋翼振動的原因較多，如變距拉桿的上下端軸承松動、旋翼操縱系統內過大的間隙、甚至傾斜盤不清潔均有可能，因此在日常的維護中一定要嚴格按照維護手冊的具體標準檢查相關部件。

4　結語

定期對直升機主旋翼系統的振動進行監測和調整，可有效的減少因旋翼系統振動而造成的機件磨損，對于提高直升機飛行訓練的安全具有重要的意義。該系統的減振措施和方法已用于工程實踐，并取得了良好的效果，該方法對其他相似構造的直升機也具有一定的借鑒作用。