某型飛機低頻小幅振動現象分析

周長悅++秦浩

摘 要現代飛行器在飛行過程中普遍存在著振動，它對飛行器的結構有著顯著影響。在飛行器結構中的振動包括確定性的振動（簡諧、周期、穩定、瞬態、自由和自激等）和隨機振動。振動問題就是研究激勵（輸入）、響應（輸出）和系統動態特性之間的關系。某型飛機在試飛過程中出現了明顯的異常振動，本文著重對典型飛行狀態參數和相關結構振動加速度響應進行了分析，給出了引起異常振動的可能性因素，最后提出了需進一步研究和分析工作的建議。

【關鍵詞】飛機 振動 振源

1 引言

現代飛行器在飛行過程中普遍存在著振動，它對飛行器的結構有著顯著影響，在飛行器結構中的振動包括確定性的振動（簡諧、周期、穩定、瞬態、自由、自激等）和隨機振動。振動問題就是研究激勵（輸入）、響應（輸出）和系統動態特性之間的關系。振動分析在飛機試飛過程中占有重要的地位。它是飛機試飛過程中不可或缺的一部分，貫穿于試飛的始終。

2 振動問題的出現

某型飛機在試飛過程中，地面控制站飛行席監控平顯畫面中飛機出現明顯的俯仰梯抖動現象，以及在機載前視攝像頭視景中出現影像顫抖情況。針對上述現象，一份報告主要對機體系三軸過載和俯仰角參數進行了數據處理，給出的結果如下：

（1）三軸過載的振動中都有頻率為13.7Hz的主頻振動，同時側向和軸向過載增大變化明顯高于法向過載，而且這種增大變化總是對應著發動機的大油門狀態；

（2）俯仰角的抖動頻率約為3Hz，且其出現主要與發動機轉速有關，對高度、速度不敏感，但抖動幅值隨高度的增大而明顯增大；

3 試飛數據處理結果及分析

3.1 試飛數據處理統計結果

對各種飛行狀態下各參數的試飛數據進行處理，得到各參數典型的時域時間歷程曲線和頻譜圖見圖1～圖6；然后對頻譜分析結果中的主要頻率進行統計。

3.2 試飛數據結果分析

3.2.1 機體結構的固有振動特性

為便于數據分析，給出了機翼對稱一彎、機翼反對稱一彎、機翼對稱二彎、機翼反對稱二彎、機翼對稱三彎、機翼反對稱三彎結構的主要低階模態頻率。

3.2.2 結果分析

（1）機翼尖部設備艙法向振動響應無論在地面還是在空中都是一階對稱彎曲模態3.5 Hz～4.0 Hz為主的頻率振動，其他次要的峰值頻率大多也是其它結構模態的反映；

（2）機身雷達設備艙法向振動響應在地面滑行狀態大多反映的是機翼彈性模態相近的頻率振動和隨機振動，在空中部分狀態突出反映頻率為0.4 Hz～0.5 Hz的低頻剛體振動和隨機振動，部分狀態僅表現為寬頻隨機振動；

（3）機身雷達設備艙側向振動響應在地面滑行狀態大多反映的是機翼彈性模態頻率相近的振動和隨機振動，在空中表現的全是寬頻隨機振動；

（4）俯仰角在地面表現為可忽略的頻率為0.1 Hz的低頻剛體振動，在空中大部分都存在頻率為0.4 Hz～0.5 Hz的低頻剛體振動，但在某特定狀態出現了機翼一階彎曲模態頻率附近的振動，如2.9 Hz、3.8 Hz、4.6 Hz；

4 振源分析

根據該型機的結構和動力系統特點，其在地面靜止開車狀態的振動源只有發動機，在地面滑行狀態的振源主要是發動機和跑道不平的沖擊，在空中的振動源不僅有來自發動機螺旋槳的振動，其次還有通常的氣流擾動。很明顯，螺旋槳的振動是該機的主要振源。

5 結論

從前面試飛數據統計分析和振源分析中，可以得到如下結論：

（1）俯仰梯頻率為3Hz的抖動是機翼彈性一彎模態的振動引發的；

（2）三向過載的振動是隨機振動，它隨發動機輸出功率的增大而增大；

（3）誘發機翼彈性模態出現較大振動的原因很可能是發動機的安裝誤差或間隙導致的，隨發動機輸出功率的增大，這種表現越明顯；

（4）這種振動現象可能不會直接危及飛行的安全，但會嚴重影響地面飛行員操作的工效性以及該機執行任務的功效性。

參考文獻

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[3]田永衛，閻楚良.飛機隨機振動環境實測試驗數據的歸納方法[J].振動，測試與診斷，2014（04）.

作者簡介

周長悅（1982-），女。學士學位。現為中國飛行試驗研究院工程師。主要研究方向為飛行結構動力學、振動與聲學。

秦浩（1983-），男。碩士學位。現為中國飛行試驗研究院工程師。主要研究方向為飛行結構動力學、航空聲學。

作者單位

中國飛行試驗研究院飛機所 陜西省西安市 710089