直升機尾槳系統(tǒng)振動成因分析及調(diào)整措施

周遠航

（中國民航飛行學院 新津分院，四川新津611430）

0 引言

尾槳作為直升機的關鍵部件之一，其不僅可以提供反扭矩，實現(xiàn)航向的操縱，而且可以保持直升機的航向穩(wěn)定性，尾槳系統(tǒng)的工作狀態(tài)將直接影響到直升機的飛行安全。直升機尾槳系統(tǒng)離座艙較遠，中間通過較長的尾槳傳動軸進行動力傳遞以及硬式的推拉桿進行操縱。所以，尾槳系統(tǒng)的振動很難傳到座艙，飛行人員對尾槳系統(tǒng)的振動狀態(tài)變化感覺不明顯，其危害性較大而且比較隱蔽。

直升機因尾槳系統(tǒng)振動所造成的危害時有發(fā)生，如國內(nèi)某通航直升機在飛行訓練中感覺到尾梁異常震動，滑回檢查，在尾梁站位BS135.00附近的尾傳動軸整流罩扣子固定支架鉚釘處發(fā)現(xiàn)沿周向擴展的裂紋，裂紋長度約15.5 cm，其蒙皮內(nèi)表面裂紋如下圖1所示。根據(jù)該機型維護手冊說明，若尾槳系統(tǒng)振動過大可能導致尾梁裂紋。

圖1 直升機尾梁蒙皮內(nèi)表面裂紋形貌

為保障直升機的飛行安全，針對尾槳系統(tǒng)的振動進行調(diào)整與控制，降低直升機尾槳系統(tǒng)振動水平顯得尤為重要。

1 尾槳系統(tǒng)結構與振動分析

直升機尾槳系統(tǒng)通常包含以下幾個部件：1）尾減速器，其功能是用于尾槳的動力輸入、輸出、改變扭矩的傳遞方向以及尾槳旋轉(zhuǎn)角速度；2）尾槳變距機構，用于改變尾槳槳葉的迎角，增大或減少尾槳的推力/拉力；3）尾槳槳轂，其安裝在尾減速器動力輸出軸上，功用是固定尾槳槳葉；4）尾槳槳葉。

尾槳作為直升機高速旋轉(zhuǎn)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(fā)部件。尾槳系統(tǒng)動平衡檢查調(diào)整的目的是將尾槳產(chǎn)生垂直方向的振動水平控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足全機的振動要求。

為準確測量尾槳系統(tǒng)的振動，需在尾槳上安裝專業(yè)的振動測試設備，本文采用ACES系統(tǒng)的Model4040動平衡分析儀對直升機尾槳系統(tǒng)動平衡進行詳細的測量和分析。具體其所需設備如下：1）加速度傳感器，用于監(jiān)測尾槳系統(tǒng)的振動值；2）光學轉(zhuǎn)速傳感器，其功能為準確測量尾槳的轉(zhuǎn)速；3）反光帶，反光帶貼在尾槳槳轂上，為準確測量尾槳轉(zhuǎn)速提供一個反光信號；4）ACES4040振動測試儀，主要用于接收采集轉(zhuǎn)速及振動信號值并進行處理，并顯示其測量后的振動值及其方位。

振動測試設備安裝示意圖如圖2所示。

圖2 ACES4040振動測試設備安裝示意圖

振動測試設備安裝就緒后，直升機地面開車運轉(zhuǎn)，當尾槳轉(zhuǎn)速達到規(guī)定值時（BELL206BⅢ型直升機為2550 r/min）開始采集信號，信號采集完畢根據(jù)Model4040振動測試儀上顯示的尾槳的振動值以及方位，如圖3所示。

直升機尾槳系統(tǒng)振動的調(diào)整方法通常采取的措施為在尾槳配重盤上添加或減少配重達到控制尾槳系統(tǒng)振動的目的。配重盤四周均勻分布的12個孔為配置的安裝孔。安裝孔的位置固定并進行了編號，其中反光帶的安裝位置對應安裝孔的12點鐘方向（從直升機的左側(cè)觀察）。

圖3 尾槳系統(tǒng)動平衡振動值及方位

BELL206BⅢ型直升機尾槳系統(tǒng)振動垂直方向上振動值控制在0.2IPS以內(nèi)。根據(jù)振動測試儀顯示的振動方位及振動值，參考BELL206直升機尾槳系統(tǒng)振動分析圖。在振動分析圖上查找對應的方位和振動值，即可準確獲得在配重盤上所需要安裝配重質(zhì)量及其位置。根據(jù)維修手冊，BELL206BⅢ型直升機尾槳系統(tǒng)上增加的配重最大不能超過15 g，且每個安裝孔的墊片數(shù)量最大不能超過3個。

2 振動成因分析與措施

從振動角度分析，尾槳系統(tǒng)振動主要原因為：

1）質(zhì)量不平衡。通常直升機的每片尾槳葉的質(zhì)量分布是完全相同的，尾槳系統(tǒng)的質(zhì)量中心應在槳轂中心。但尾槳葉在生產(chǎn)和裝配過程中，無法做到完全相同，因而尾槳葉在出廠時，通常要經(jīng)過靜、動平衡校驗，以保證各片尾槳葉在工作狀態(tài)下，因質(zhì)量偏離槳轂中心而產(chǎn)生的離心力在允許的范圍內(nèi)。直升機在外場使用過程中，受各種因素的影響，這種質(zhì)量平衡狀態(tài)往往會有不同程度的破壞，如尾槳葉在潮濕或淋雨環(huán)境下因吸收水分或結冰。另外，新尾槳葉的使用，也可能破壞原來的平衡狀態(tài)。

2）氣動不平衡。由于直升機每片尾槳葉的氣動特性理論上是完全相同的，但使用過程中由于外力原因而導致尾槳葉氣動外形發(fā)生改變，這種改變通常會引起尾槳葉的錐體軌跡的超差，作為一種不平衡狀態(tài)，需要及時發(fā)現(xiàn)和調(diào)整。同時，直升機尾槳葉的總距改變是通過操縱拉桿進行調(diào)節(jié)，使用過程中，頻繁的操縱、磨損以及不恰當?shù)睦瓧U調(diào)整同樣會引起尾槳葉間氣動不平衡。

3）其他原因。直升機的尾傳動系統(tǒng)中包含較多的機械部件，增大了發(fā)生故障的可能性。同時尾槳系統(tǒng)的減擺器失效或者球柔性件故障也應視為重要故障。直升機尾槳槳葉質(zhì)量和氣動不平衡的復合故障。因此針對尾槳傳動系統(tǒng)的振動調(diào)整主要有以下幾種方法：a.定期檢查并潤滑尾槳傳動軸承；b.定期清潔、檢查尾槳傳動系統(tǒng)的鼓風輪，確保其振動在規(guī)定的范圍內(nèi)（該項工作尤為重要）；c.注意安裝傳動軸連接螺栓墊片的方向，并按規(guī)定打力矩；d.及時更換受損的軸承組件。

3 結語

定期對直升機的尾槳振動進行監(jiān)測和調(diào)整，可有效地防止因質(zhì)量不平衡或氣動不平衡所產(chǎn)生的尾槳振動，對于減少尾槳組件的機件磨損，對于提高直升機飛行訓練的安全具有重要的意義。

［1］ 陳康，劉建新.直升機結構與系統(tǒng)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2007.