浅谈某型直升机旋翼锥体及动平衡调整方法

浅谈某型直升机旋翼锥体及动平衡调整方法

试验机在试飞阶段因频繁的定检和贯改经常拆装旋翼部件，之后都需要进行旋翼锥体及动平衡的调整，其结果直接影响到直升机振动的大小，从而影响机组成员和乘客的舒适度，影响直升机零件的寿命以及武器系统性能。而快速调整试验机旋翼锥体及动平衡到规定值直接关系到试飞任务节点，文章通过对某型直升机旋翼锥体及动平衡调整方法的研究，探索桨叶特性与振动规律，提高直升机旋翼锥体及动平衡调整效率。

标签：直升机旋翼锥体及动平衡；振动规律；调整方法

1 振动的危害及成因

由于直升机结构和原理的特殊性，旋翼高速转动为直升机提供升力，振动便不可避免地成为直升机最重要的不安全因素。持续振动不仅使直升机操纵性能下降、飞行员疲劳度增加、武器命中率降低、机载设备寿命减少，同时也使关键部件磨损、疲劳断裂和突然失效的可能性增加。而旋转部件是直升机的主要振源，因此，对直升机旋转部件动平衡进行精确调整，降低其振动值至可接受的范围，对保证直升机飞行安全，提高其运行可靠性有重要意义。

直升机在飞行时（地面试车、平飞、悬停），旋翼桨叶是在每转变化一次的气动环境中工作。在桨叶上产生频率为旋翼转速Ω的整数倍1Ω、2Ω、3Ω…的持续气动激振力。由于机体对旋翼尾流的阻塞作用，也会形成旋翼桨叶每转变化一次的交变气动激振力。各片桨叶的气动激振力和质量力在桨毂上合成桨毂力，其频率为旋翼桨叶片数乘以转速的整数倍1kΩ、2kΩ、3kΩ…这个桨毂力是直升机最主要的振源。其振动水平也主要取决于这个激振力。

2 旋翼锥体及动平衡调整的意义

由于旋翼是直升机减振的关键部件，旋翼锥体轨迹和桨叶动平衡调整的结果直接影响到直升机振动水平的大小，它对直升机的性能、可靠性、舒适性各方面都起着决定性的作用。旋翼锥体及动平衡检查调整的目的是要将旋翼产生的水平方向（Y）和垂直方向（Z）的振动水平控制在一定的范围内，以满足全机的振动要求。

3 某型直升机振动测量及调整要求

3.1 旋翼锥体的测量及调整

在桨尖下表面安装14mm高的反光靶标，为区分桨尖轨迹，5个反光靶上贴不同形状的反光纸，规定黄色变距拉杆不可调，黄色桨叶上的发射靶定位基准。旋翼转动时通过频闪仪观察靶标。通过调整变距拉杆的长度来改变桨叶的初始安装角或调整后缘调整片改变升力，以改变桨尖轨迹锥度。

3.2 旋翼动平衡的测量及调整

在主减速器上安装有带支座的振动传感器，用于测量直升机1Ω水平方向（Y）的振动水平，该传感器的安装位置严格垂直于飞机的纵向轴线。在前驾驶舱地板上安装有带支座的振动传感器，用于测试直升机1Ω垂直方向（Z）的振动水平，该传感器的安装位置平行于旋翼轴。在桨毂黄色支臂下表面安装反光片，在发动机整流罩壳体上安装带支座的光电传感器，光头射出的光束指向反光片，以上三个装置可测量出旋翼动平衡的相位和数值。

某型直升机旋翼锥体与动平衡要求见图1：

4 某型直升机锥体及旋翼动平衡调整方法及步骤

4.1 桨叶动平衡调整方法

（1）通过调整配重的大小和安装位置，使桨叶的弦向重心位置发生变化。改变桨叶弦向重心（G）和气动中心（CP）之间的距离（d），从而改变桨叶的气动特性。

（2）调整后缘调整片的角度，实质上就是改变桨叶外段局部剖面的气动力，这个气动力将使桨叶产生一个附加俯仰力矩，从而改变桨叶的气动特性。

（3）调节变距拉杆长度，实质上就是改变桨叶的初始安装角，从而改变桨叶的升力状态。

4.2 直升机锥体及动平衡的调整步骤

4.2.1 旋翼锥体调整

通过调整变距拉杆长度的方法来改变初始安装角，改善桨尖锥度，消除升力不平衡对水平方向振动的影响。以黄色桨叶对应的桨尖轨迹为基准，调整其他桨叶相应的变距拉杆长度。用频闪仪对准桨尖靶标进行观察，5片桨叶的靶标同时显示在某一视场，记录每片桨叶靶标的标记高、低位置。对于高位桨叶，减少其变距拉杆长度，对于低位桨叶，增加其变距拉杆长度（变距拉杆调整四个齿，桨尖轨迹锥度改变一个靶标）。若使用调整变距拉杆的方式使桨尖锥度得不到明显改善，则检查桨叶、桨毂和操纵系统等是否安装到位、异常间隙等。排除后重新调整。若还不能满足同锥度要求，调整第八号后缘调整片。桨叶轨迹处于高位，则向下折弯调整片（符号“+”为向下），桨叶轨迹处于低位，则向上折弯调整片（符号“-”为向下）。第八号后缘调整片相对于原始状态最大可折弯±5°，必須使用后缘调整片折弯器。一次只能折弯1°。

4.2.2 地面水平方向动平衡调整

旋翼动平衡调整的一项重要工作是绘制平衡调整图（见图2），旋翼平衡调整图是通过若干试验后，根据平衡调整的结果进行绘制的，对精确调整动平衡起着重要的指导作用。

平衡图由2个要素组成，同心圆部分为振动数值，随着同心圆半径的增大而增大，相位部分为从12点方向到1点方向的相位角。旋转机械的重量不平衡在机械运转时将产生1次/转的振动，振动参数可以用振动速度或振动加速度的幅值和相位来表示。通过测量直升机旋翼的振动信号，然后依据旋翼的旋转同步信号（方位角信号）对其进行分离，得到1次/转的振动信号，并计算出其振动幅值和相对于同步信号的相位。那么，所求出的振动幅值就表示目标的不平衡程度，或者说不平衡状态下的振动水平，而所求出的相位则表示不平衡的位置，也就是重量多余的位置。地面试车检查旋翼动平衡，机上振动检测装置会显示振动的大小和相位值，把振动情况放入平衡图中便于动平衡的调整。

4.2.3 悬停水平方向与平飞垂直方向动平衡调整

地面锥体及动平衡调整符合要求后，进行悬停和平飞的动平衡调整，通过改变后缘调整片的角度和初始安装角来调整桨叶的升力，使不平衡的升力与不平衡的多余重量重新达到平衡状态，以减弱振动值达到悬停和平飞的动平衡，这也是我们的最终目的，是变距拉杆、后缘调整片、配重不断优化、调整的过程。

5 某型直升机旋翼锥体及动平衡调整实例

以下是一次真实的旋翼系统重新安装后的锥体及动平衡调整：

地面试车，使用频闪仪观察桨尖锥体轨迹，见图3：

以1号桨叶对应的黄色变距拉杆为基准，将靶标对应的变距拉杆缩短4个齿，下调一个靶标，再次地面试车，结果见图4，符合1/2靶标标记差的要求。

当锥体调成一条线后，旋翼水平振动为（1：20，0.26），使A（1.20，0.26）变小，即需要从A拉到原点O，初步判断往黑色上加5片配重，加完后，振动值变为B点（0：45，0.25）。

平衡图及简化矢量图（见图5），通过第一次配重尝试，矢量图方向需调整。矢量图改为图6所示，从更改后的矢量图看需在白色桨叶增加配重。根据第一把配重添加经验，5片配重改变约0.1IPS， 因此，第二把决定在白色支臂上加7片配重。加完后旋翼的振动变为C（2：36，0.06），符合振动要求，旋翼动平衡调整结束。

6 规律探索与经验总结

经过长期大量的动平衡调整工作，总结出以下几点调整规律：

（1）动平衡调整时，尽量只在一片桨叶上增加配重，或在两片桨叶上增加相同重量的配重，以便于寻找配重与振动数值变化的对应关系，方便矢量图的方向判断。

（2）平衡图的作用是记录每次振动大小和相位，准确的绘制平衡图便于做出简化矢量图，可以更加快速、准确的判断出配重应加装的位置和大小。

（3）调整变距拉杆不能使桨尖锥度轨迹满足要求时，调换靶标相差最大的两片桨叶的安装顺序，再进行调整。这样可以抵消安装误差与桨叶自身存在的误差。

7 猜想与展望

由于直升机旋翼锥体与动平衡调整有众多影响因素，通过局部调整进行尝试效率较低，如果把影响振动的因素汇总建立数学模型，通过计算机计算给出最佳调整方案，可以加快调整进程，提高效率，也会使直升机振动最小化。再安装振动主动控制系统，可以减弱甚至消除直升机振动，使直升机更加安全高效。

参考文献：

[1]某型直升机维护手册[Z].