平衡圖在直升機動平衡調整中的應用

周小猗中國民航飛行學院新津分院，四川成都　611431

平衡圖在直升機動平衡調整中的應用

周小猗
中國民航飛行學院新津分院，四川成都611431

摘要旋轉部件（主旋翼和尾槳）是直升機的主要振動源，對直升機旋轉部件動平衡進行精確調整，對提高直升機運行可靠性有重要意義。平衡圖是直升機動平衡工作中最重要的工具，對精確調整旋轉部件動平衡起著重要的指導作用。本文詳細闡述了平衡圖的原理、組成、要素、創建過程和使用技巧，對正確、高效使用平衡圖具有重要的指導意義。

關鍵詞直升機；動平衡；平衡圖

振動是直升機的常見故障，也是較難徹底排除的故障。持續振動不僅使直升機操縱性能降低、飛行員疲勞度增加、機載設備壽命減少，同時也使關鍵部件磨損、疲勞斷裂和突然失效的可能性增加。而旋轉部件（主旋翼和尾槳）是直升機的主要振動源，因此，對直升機旋轉部件動平衡進行精確調整，降低其振動值至可接受的范圍，對保證直升機飛行安全，提高其運行可靠性有重要意義。

平衡圖是直升機動平衡工作中最重要的工具，對精確調整旋轉部件動平衡起著重要的指導作用。下面筆者將對平衡圖的原理和使用技巧進行詳細的說明。

1　平衡圖的組成

平衡圖是用來描述旋翼旋轉時的不平衡量或不平衡點相對于旋轉中心位置的圖表。

基本平衡圖由兩個刻度組成，第一部分是代表振動量的同心圓，第二部分是由中心向外延伸的時鐘角或相位角。振動量刻度值由中心向外呈線性等額遞增，單位通常表示為IPS(英寸每秒)，振幅刻度為0.0IPS至1.0IPS。時鐘角或相位角用于在旋轉平面360度范圍內指示不平衡點的時鐘位置。典型的直升機平衡圖使用12小時制的角度格式（如圖1所示）。

2　平衡圖的創建

下面將舉例說明平衡圖的創建過程。在這個例子中，我們使用有四個調整點的雙葉尾槳（圖2）來做說明，這四個調整點分別位于每一片槳葉的葉尖[標靶槳葉（Target）葉尖和空白槳葉（Blank）葉尖]以及槳葉根部的葉弦配重點（A點和B點）。

我們通過四個步驟來創建這種具有四點調整點的雙葉尾槳的完整平衡圖：

1）通過測量和記錄尾槳的初始振動值和相位角來建立尾槳的初始(基準)條件。

2）在其中一個調整點上放置已知重量的配重，然后測量并記錄振動值和相位角的變化。

3）將同一配重放置在另外三個調整點，然后測量并記錄所有條件下振動值和相位角的變化。

4）計算每個調整點的影響系數，繪制平衡圖。

2.1 基準平衡圖的建立

先在空白的平衡圖上精確記錄初始的振幅和方位角。初始振幅為0.3IPS，方位角為2點時鐘方位，如圖3所示，將初始的振幅和方位角標記為“1”。

第二次動平衡實驗前，先在標靶槳葉葉尖調整點上放置5克的配重。第二次測量結果為：振動值為0.7IPS，方位角為12:45。將這一結果在圖4中標記為“2”?！?”和“2”點之間的虛線代表在標靶槳葉葉尖調整點上增加配重后振動點的移動方向。換句話說，若在標靶槳葉葉尖調整點上增加配重后，振動點將會從時鐘方位6點向12點方向移動。

接下來，將5克配重依此放置在剩余的幾個調整點，測量的振動值和方位角如下所示：

“空白”槳葉葉尖：振動值為0.43IPS，方位角為4:50，標記為“3”。

“A”調整點：振動值為0.3 IPS，方位角為 1:00，標記為“4”。

“B”調整點：振動值為0.38 IPS，方位角 2:45，標記為“5”。

如圖5所示，將配重放置在各個調整點的測量結果同時標注在同一平衡圖上。

2.2 移動線的建立

通過把初始(基準)點位置作為平衡圖中心，將前面實驗獲得的幾個振動點位置遷移到平衡圖的中心。如圖6所示。

下一步，始于基準點作兩條貫穿于整個平衡圖，并將所有振動點連在一起的線條，如圖7所示。

然后，在平衡圖外，作兩條平行于連接線的線條，并在這兩條線上標示調整點的名稱，調整類型，以及每個調整點的影響因素(如圖8所示)。

在圖8中各個振動點都有一條與基準點相連的移動線。利用此圖表，如要減小振動值，只需使振動點向平衡圖的中心移動即可。圖8標示了調 整點名稱的平衡圖

2.3 調整點影響系數（ICF）

到目前為止，雖然在平衡圖中標示了調整點和移動線，但我們還需要知道采取什么樣的方法和精確的調整量，以把振動值降低到可接受的范圍內。

調整點影響系數（ICF）是用來描述減小定量振動值所需的精確調整量[1]。影響系數（ICF）通常用克、度、螺面調整數和螺紋調整圈數等表示。所需調整量是通過測量移動線的長度來計算的。如圖9所示，當把配重放置在葉尖調整點時，5克配重可改變振動值0.5 IPS，經計算可知，每改變振動值1 IPS，需配重10克；而把配重放置在翼弦調整點時，5克配重可改變振動值0.15 IPS，經計算可知，每改變振動值1 IPS，需配重33克。

圖10為完整的平衡圖，在圖中添加了影響系數（ICF），同時也繪制了坐標網線，以便能夠更加精確地查找到調整量。

3　平衡圖的應用

下面將使用幾個不同布局的平衡圖來說明平衡圖的正確使用方法。

如圖11所示，若初始振動值為0.4IPS，方位角為8:00。第一步應在圖中標示出初始振動點所在的位置，記為“1”。從圖中可以看出，無法通過單一的調整使振動點沿移動線直接向平衡圖中心移動，因此需要同時使用兩種調整方法減小振動值。

從前面例子中所列舉的平衡圖可以看出，每個調整點都有一條特定的振動點移動線，因此，當初始振動點(基準點)沒有位于振動點移動線上時，第一步調整就是采取適當的方法，使之移動到第二次調整能夠直接向圓心移動的移動線上。如圖11所示，初始振動點“1”沒有直接位于任何一條振動點移動線上，因此，在“B”點增加配重后，振動點將沿10:30至4:30方向由“1”移動到“2”，再通過在標靶槳葉葉尖增加適量的配重，即可使振動點沿6:00至12:00方向移動到圓心。增加配重的重量取決于振動值的變化量，“1”移動到“2”時，需要在“B”點增加的配重量約為17克，而由“2”移動到圓心時，需在標靶槳葉葉尖增加的配重約為5.5克。

第二個例子如圖12所示，若初始振動值是0.78 IPS，方位角為 2:05(標記為“1”)。同樣“1” 沒有直接位于任何一條振動點移動線上，無法通過一次調整使振動點直接向圓心移動，因此，需要采用同時在兩邊增加配重的方法來減小振動值。首先，需在“A”點增加配重約3.0克，使振動點“1”沿12:00至6:00方向移動到振動點“2”，然后，需在“D”點增加配重約7.0克，使振動點沿3:00至9:00方向向圓心移動。

最后一個例子如平衡圖13所示，若初始振動值為0.89 IPS，方位角為 3:55(標記為“1”)。從圖中可以看出，振動點幾乎位于“黃色槳葉調整點”的振動點移動線上，因此，首先應增加黃色槳葉俯仰連桿長度，使振動點沿3:45至9:45方向移動，調節量約為3.75螺面。第二次可通過增加紅色槳葉俯仰連桿長度，使振動點向圓心移動。但此時調節的量已經非常小了，約為0.2螺面，如此精確的調整將變得非常困難，而且其影響也非常的小，因此可不作調整，振動值也能達到允許的精度范圍內。

以上例子中的三個平衡圖是當今直升機振動與平衡研究的典型代表。

參考文獻

[1]ACES Systems/TEC Aviation Division.Model 2020 ProBalancer Analyzer User Manual[M]. TEC. 2005，Section 1，1-28

作者簡介：周小猗，副主任，畢業院校：北京航空航天大學，工作單位：民航飛行學院新津分院機務工程部，研究方向：民用航空器維修管理

中圖分類號V21

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2015）139-0109-03