軍用飛機機載設備振動試驗要求和有關問題的討論（二）：GJB 150.16/16A中軍用直升機和各種軍用飛機發動機設備的振動試驗要求及對比分析

祝耀昌，石鵬頡，程叢高，張建軍，徐 俊

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軍用飛機機載設備振動試驗要求和有關問題的討論（二）：GJB 150.16/16A中軍用直升機和各種軍用飛機發動機設備的振動試驗要求及對比分析

祝耀昌1，石鵬頡2，程叢高1，張建軍1，徐 俊1

（1. 中國航空綜合技術研究所，北京 100028；2. 西安西測電子技術服務有限公司，西安 710119）

文章分為3部分：第1部分簡單介紹振動類型、振動引起的失效模式和應用，特別是列表詳細介紹了GJB 150.16和GJB 150.16A中規定或推薦的軍用噴氣式飛機和螺旋槳飛機設備及其外掛和外掛上的設備的振動試驗要求、特點和兩標準中相關內容的對比分析；第2部分則詳細介紹了兩標準中規定或推薦的軍用直升機和各類飛機發動機設備的振動試驗要求、特點以及相關內容的對比分析；第3部分介紹和分析了航空裝備研制生產中這2個標準的應用情況和遇到的問題，對一些重大問題進行了分析概括并提出了一些看法和建議。

此為第2部分。

振動試驗；振動功能試驗；振動耐久試驗；標準

0 引言

在文章第（一）部分中已經介紹了GJB 150.16和GJB 150.16A中規定或推薦的軍用噴氣式飛機和螺旋槳飛機設備及其外掛和外掛上設備的振動試驗要求、特點以及兩標準中相關內容的對比分析。本部分將詳細介紹兩標準中規定或推薦的軍用直升機和各類軍用飛機發動機設備的振動試驗要求、特點和相關內容的對比分析。

1 軍用直升機機載設備的振動

表1（附于文末）為軍用直升機設備振動譜型、量值和持續時間一覽表[1-2]。

直升機的振動特征是在寬帶背景上疊加單頻尖峰，如表1中的圖B和圖C所示。寬帶背景由低量級的正弦分量和氣動噪聲引起的隨機振動分量混合組成，單獨確定這些低量級的正弦分量和隨機分量并用于設計和試驗的實際意義不大，因此標準中對0和1均給出了混合組成的通用規定值。尖峰主要是由旋轉部件或機械（主旋翼、尾槳、發動機、齒輪箱和軸桿等）產生的正弦波。這些部件的正常轉速是基本恒定的，變化＜5%。采用可變速控制的偽穩態槳葉的轉速范圍在正常槳葉轉速的95%～110%之間，若考慮這種情況將會使裝備的設計和試驗過程復雜化。

1.1 振動譜

如表1所示，不管機載設備在直升機上什么位置，均采用同樣的寬帶隨機背景加4個正弦尖峰的振動譜，除了靠近傳動系統部件或安裝在其上的設備的寬帶隨機頻率范圍為10～2000Hz外，一般區域的儀表板和組合式外掛的頻率范圍均為10～500Hz。各正弦振動一階振動頻率取決于直升機的主旋翼和尾槳的基本振源頻率和傳動系統部件的振源頻率，這些頻率在GJB 150.16的正文和GJB 150.16A的附錄C之表c.4.1中可以查到。若標準中沒有這些數據，則應自行測量和歸納。從表1可以看出，兩標準提供的振動譜型雖然都來源于美國對某些直升機的實測結果，但仍有一些不同，GJB 150.16A的圖來源于美軍標MIL-STD-810F/G，或許更具代表性。

1.2 振動量值和振動時間

振動量值取決于設備在直升機上的位置，兩標準中均按一般區域、儀表板、外掛以及靠近或安裝在傳動系統部件上這4個位置給出了相應的隨機

振動量級和正弦尖峰的量值。表1中的圖A（GJB 150.16A之圖c.11）明確區分了主旋翼源頻率、傳動系統源頻率、尾槳源頻率皆為主區，主旋翼和尾槳源的頻率為混合區。位于各區的設備按照源頻率的第1階、2階、3階、4階頻率所在的頻率范圍及標準中提供的公式計算或查找相應的峰值。其中，儀表板上的設備雖然處于主旋翼影響區內，但儀表板本身采取了減振措施，故GJB 150.16規定，儀表板上設備的振動功能試驗的隨機和正弦峰值量值均為主旋翼區設備振動量值的0.7倍[3]。

1.2.1 主旋翼影響區設備

1）振動功能試驗

隨機振動試驗頻率范圍：GJB 150.16為10～500Hz；GJB 150.16A為3～500Hz。

隨機振動試驗量值：GJB 150.16為1=0.022/Hz，0=0.0022/Hz；GJB 150.16A為1=0.012/Hz，2=0.0022/Hz，0=0.0012/Hz。1、0、2、t均為拐點處的功率譜密度值。

正弦振動峰值根據振動源頻率和各諧振頻率所在頻率范圍，按公式計算或查找具體值。從表1可以看出兩標準中的計算公式或給定值是有差別的。

試驗時間：GJB 150.16規定為每軸向1h；GJB 150.16A規定為每軸向1h或功能檢測所需的時間，以長者為準。

2）振動耐久試驗

GJB 150.16中規定：振動耐久試驗的隨機振動量值和正弦振動峰值分別為振動功能試驗的1.6倍和1.37倍；試驗時間為每裝機飛行500h，每軸向各振動2.5h。

GJB 150.16A不區分振動耐久試驗和振動功能試驗，并明確規定，若按相應部位給定的振動譜和計算方法得到的振動量值完成每軸向4h的振動試驗，則代表其可裝機飛行2500h而不會產生結構損壞。

1.2.2 尾槳影響區設備

尾槳源振動頻率一般＞50Hz，尾槳影響區設

備的4個正弦振動峰值均為1.5，其振動功能試驗和振動耐久試驗量值和持續時間的確定方法均與主旋翼影響區設備相同。

1.2.3 安裝在儀表板上的設備

1）振動功能試驗

GJB 150.16規定：寬帶隨機振動的頻率范圍為10～500Hz，隨機振動量值和正弦振動峰值均為一般區域的主旋翼區設備振動量值的0.7倍（具體值見表1）；試驗時間為各軸向1h。

GJB 150.16A則明確規定：寬帶隨機振動的頻率范圍為3～500Hz，振動量值0=0.0012/Hz，1=0.012/Hz，比GJB 150.16的規定要寬松一些；正弦振動峰值由相應的計算公式得出，但與主旋翼區設備振動峰值的計算公式有區別，其中，50～500Hz頻段的振動峰值為1.05，與GJB 150.16中對應頻段的振動峰值（1.5×0.7）相等；試驗時間為每軸向1h或功能檢測所需的時間，以長者為準。

2）振動耐久試驗

GJB 150.16規定：振動耐久試驗的隨機振動量值和正弦振動峰值分別為振動功能試驗的1.6倍和1.37倍；試驗時間為每裝機飛行500h，每軸向振動2.5h。

GJB 150.16A不區分振動功能和耐久試驗，并明確規定，若按相應部位給定的振動譜和計算方法得到的振動量值完成每軸向4h的振動試驗，則代表其可裝機飛行2500h而不會產生結構損壞。

1.2.4 組合式外掛/外掛上的設備

與固定翼飛機的外掛不同，直升機外掛所受的氣動力激勵與旋翼產生的振動相比較小，大部分振動能量是通過直升機與外掛的連接處傳給外掛及其內部設備的。直升機外掛與外掛上設備的振動功能試驗和振動耐久試驗的譜型和量值均一樣。

1）振動功能試驗

直升機組合式外掛一般位于主旋翼影響區內，GJB 150.16中規定：直升機組合式外掛的振動試驗頻率范圍和譜型與主旋翼區設備的相同，隨機振動量值和正弦振動峰值同為主旋翼區的1.5倍，即1=0.032/Hz，0=0.0032/Hz；試驗時間為每軸向1h。

GJB 150.16A中規定：隨機振動試驗的頻率范圍擴大為3～500Hz，振動量值1=0.022/Hz，0=0.0022/Hz，比GJB 150.16的規定要寬松一些；正弦振動的4個峰值分別由相應的計算公式得出，而其中，25～40Hz和50～500Hz頻段分別給出固定值3.75和2.25，與GJB 150.16中對應頻段的正弦振動峰值（2.5×1.5和1.5×1.5）正好相等；試驗時間規定為每軸向1h或功能檢測所需的時間，以長者為準。

2）振動耐久試驗

GJB 150.16規定：振動耐久試驗的隨機振動量值和正弦振動峰值分別為振動功能試驗的1.6倍和1.37倍，試驗時間為每裝機飛行500h，每軸向振動2.5h。

GJB 150.16A不區分振動功能和振動耐久試驗，并明確規定，若按相應部位給定的振動譜和計算方法得到的振動量值完成每軸向4h的振動試驗，則代表其可裝機飛行2500h而不會產生結構損壞。

1.2.5 靠近或安裝在傳動系統部件上的設備

靠近或安裝在傳動系統部件上的設備所經受的環境同樣是寬帶隨機上疊加正弦振動峰值，其正弦振動是由發動機、齒輪箱的工作引起的。

1）振動功能試驗

GJB 150.16規定：隨機振動頻率范圍為5～2000Hz，遠大于其他位置設備的振動頻率范圍，振動量值t=0=0.022/Hz；正弦振動峰值按5～50Hz和50～2000Hz頻段分別給出相應的諧振頻率上的計算公式；試驗時間為每軸向1h。

GJB 150.16A規定：隨機振動頻率范圍為5～2000Hz，與GJB 150.16一樣，但隨機振動量值1=0.022/Hz，0=0.0022/Hz，與GJB 150.16不完全一樣；試驗時間為每軸向1h或功能檢測所需的時間，以長者為準。

2）振動耐久試驗

GJB 150.16規定：振動耐久試驗的隨機振動量值和正弦振動峰值分別為振動功能試驗的1.6倍和1.37倍；試驗時間為每裝機飛行500h，每軸向振動2.5h。

GJB 150.16A不區分振動功能試驗和振動耐久試驗，并明確規定，若按相應部位給定的振動譜和計算方法得到的振動量值完成每軸向4h的振動試驗，則代表其可裝機飛行2500h而不會產生結構損壞。

2 渦輪發動機吊艙內設備和直接安裝在發

動機上設備的振動

渦輪發動機吊艙內設備和直接安裝在發動機上設備的振動環境與螺旋槳式飛機機載設備的基本相同，有關描述可參見本文第（一）部分第4節“軍用螺旋槳式飛機機載設備的振動”。

表2（附于文末）為各類軍用飛機發動機吊艙內設備和直接安裝在發動機上設備的振動量值和持續時間一覽表[1-2]。

2.1 振動譜

振動譜型是寬帶背景加窄帶尖峰，如表2中的圖D所示，發動機的一階共振頻率都大于50Hz，因此其1階、2階、3階和4階共振頻率上尖峰的量值相同，不像螺旋槳式飛機的譜型那樣，峰值按

-6dB/oct的斜率下降。

GJB 150.16中將此譜列在“螺旋槳式飛機振動”一節中，但在說明中明確其也適用于各種飛機的發動機；GJB 150.16A則將此譜作為獨立的一節列出，而且明確其適用于渦輪發動機。兩標準提供的譜型是相同的。

2.2 振動量值和持續時間

1）振動功能試驗

GJB 150.16中按發動機吊艙內設備和直接安裝在發動機上的設備分別給出振動功能試驗量值，從表2中的圖D可以看出，兩種位置上設備的寬帶背景均為頻率范圍15～2000Hz，0=0.032/Hz；

但峰值量值不同，發動機吊艙內設備的振動量值為0.62/Hz，直接安裝在發動機上設備的振動量值為1.02/Hz。試驗持續時間均為每軸向1h。

GJB 150.16A強調，在沒有實測數據時，直接安裝在發動機上的設備推薦使用其附錄C之圖c.16的數據（寬帶背景量值為0.032/Hz，峰值為1.02/Hz），這一量級與GJB 150.16完全相同。這些數據是幾種軍用飛機發動機上測得數據的包絡。GJB 150.16A沒有明確發動機吊艙內設備的振動條件，且不區分功能和耐久試驗，可以認為其推薦的量值為功能試驗量值。如果僅進行功能試驗，則按其附錄B中2.1.4節規定，試驗時間為每軸向1h或進行功能檢測所需的時間，以長者為準。

2）振動耐久試驗

GJB 150.16規定：振動耐久試驗量值為振動功能試驗量值的1.6倍；試驗時間為每裝機飛行500h，每軸向振動1h。

GJB 150.16A不區分振動功能和振動耐久試驗。如考慮耐受全壽命期內振動造成的疲勞累積損傷，試驗量值可用其附錄C之圖c.16推薦的試驗量值；試驗時間則可將壽命期各階段振動量值下的持續時間折算成推薦量值下的試驗時間。

（未完待續）

（References）

[1] GJB 150.16—1986 軍用設備環境試驗方法: 振動試驗[S]

[2] GJB 150.16A—2009 軍用裝備實驗室環境方法: 第16部分 振動試驗[S]

[3] 徐明. 確定振動耐久試驗量值和持續時間方法的討論[C]//2001年中國航空學會環境工程學會學術年會文集. 北京, 2001-08-01: 122-136

（編輯：張艷艷）

The vibration testing requirements and related problems formilitary aircraft equipment (II):Vibration testing requirements and comparison of engine equipment of military helicopters and different military aircrafts in GJB 150.16/16A

Zhu Yaochang1, Shi Pengjie2, Cheng Conggao1, Zhang Jianjun1, Xu Jun1

(1. China Aero-polytechnology Establishment, Beijing 100028, China;2. Xi’an XiCe Electronic Technology Service Co. Ltd., Xi’an 710119, China)

The paper is divided into three parts. The first part introduces the vibration types, the failure modes caused by the vibration and applications, with emphasis on the vibration testing requirements and the characteristics of equipment and stores in military jet and propeller aircraft in detail, recommended in GJB 150.16 and GJB 150.16A, and the related contents in GJB 150.16/16A are compared and analyzed. The second part introduces the vibration testing requirements and characteristics of military helicopter and kinds of engine equipment in detail, recommended in GJB 150.16 and GJB 150.16A, and the related contents in GJB 150.16/16A are compared and analyzed. At last, the applications and the standards in the aviation equipment development and production are introduced and analyzed in the third part, and some suggestions are made.

This is the second part.

vibration testing; vibration functional testing; vibration durable testing; standards

V216.2+1

A

1673-1379(2016)03-0240-07

10.3969/j.issn.1673-1379.2016.03.003

祝耀昌(1941—)，男，研究員，博士生導師，主要從事產品環境工程，實驗室環境試驗和可靠性試驗技術研究及其相關標準的制定工作。E-mail: 13659826730@163.com。

2016-01-06；

2016-05-10

http://www.bisee.ac.cn E-mail: htqhjgc@126.com Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544