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，從而實現對直升機振動大小的有效控制。而能否實現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中，錐體及槳葉振動需要通過檢測和調整實現有效控制。振動產生的原因，主要是由于槳葉錐體存在偏差。在穩定轉速條件下，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生，導致其水平方向發生振動，振動大小取決于槳葉離心力不平衡量。在穩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，導致產生的鉸鏈力矩無法達到平衡，繼而導致旋翼垂直方向出現振動，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境變化的狀態，槳葉上頻率為旋翼轉速的整數倍，所以會產生持續氣動激振力。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生，與質量力共同構成槳轂力，頻率為旋翼轉速的數千倍，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，振動的產生將給直升機飛行帶來安全威脅。持續振動的存在，容易導致直升機關鍵部件出現疲勞斷裂、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下，需要保證標記差<1/2靶標（7mm），在振動速度上前一種狀態要求主減Y方向<0.25IPS，后一種狀態要求Y方向<0.25IPS；在水平飛行和轉彎飛行狀態下，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進行判定，繼而導致錐體調整缺乏可靠數據依據。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定且復雜的振動信號[2]。而大量偶然非平穩低頻信號的產生，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、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，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，想要穩定、清晰的看到靶標，需要使頻閃儀保持穩定的閃光頻率，頻率間隔相對槳葉轉速保持絕對穩定。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，需要經過多次試驗，然后根據結果完成圖形繪制，能夠為實現動平衡的精確調整提供指導。在圖形中，同心圓為振動數值，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/轉振動的產生，參數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，并根據旋轉同步方位角信號，則能實現信號分離，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定范圍內后，進行配重調整。按照要求，在地面開車狀態下，錐體<1/3靶標，無地效懸停和平飛狀態下錐體<1/2靶標，而三種狀態下的振動值<0.20IPS。在地面開車狀態下，檢查發現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，實現了錐體調整。而在無地效懸停和平飛狀態下，對主槳葉第7號后緣片進行了調整。在動平衡調整中，經過多次試飛發現，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現，第一次檢查發現振動為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。再次檢查發現，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

通過研究可以發現，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.