淺談某型直升機旋翼錐體及動平衡調整方法

于懿源

摘 要：試驗機在試飛階段因頻繁的定檢和貫改經常拆裝旋翼部件，之后都需要進行旋翼錐體及動平衡的調整，其結果直接影響到直升機振動的大小，從而影響機組成員和乘客的舒適度，影響直升機零件的壽命以及武器系統性能。而快速調整試驗機旋翼錐體及動平衡到規定值直接關系到試飛任務節點，文章通過對某型直升機旋翼錐體及動平衡調整方法的研究，探索槳葉特性與振動規律，提高直升機旋翼錐體及動平衡調整效率。

關鍵詞：直升機旋翼錐體及動平衡；振動規律；調整方法

中圖分類號：V275+.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0006-02

1 振動的危害及成因

由于直升機結構和原理的特殊性，旋翼高速轉動為直升機提供升力，振動便不可避免地成為直升機最重要的不安全因素。持續振動不僅使直升機操縱性能下降、飛行員疲勞度增加、武器命中率降低、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。而旋轉部件是直升機的主要振源，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。

直升機在飛行時（地面試車、平飛、懸停），旋翼槳葉是在每轉變化一次的氣動環境中工作。在槳葉上產生頻率為旋翼轉速Ω的整數倍1Ω、2Ω、3Ω…的持續氣動激振力。由于機體對旋翼尾流的阻塞作用，也會形成旋翼槳葉每轉變化一次的交變氣動激振力。各片槳葉的氣動激振力和質量力在槳轂上合成槳轂力，其頻率為旋翼槳葉片數乘以轉速的整數倍1kΩ、2kΩ、3kΩ…這個槳轂力是直升機最主要的振源。其振動水平也主要取決于這個激振力。

2 旋翼錐體及動平衡調整的意義

由于旋翼是直升機減振的關鍵部件，旋翼錐體軌跡和槳葉動平衡調整的結果直接影響到直升機振動水平的大小，它對直升機的性能、可靠性、舒適性各方面都起著決定性的作用。旋翼錐體及動平衡檢查調整的目的是要將旋翼產生的水平方向（Y）和垂直方向（Z）的振動水平控制在一定的范圍內，以滿足全機的振動要求。

3 某型直升機振動測量及調整要求

3.1 旋翼錐體的測量及調整

在槳尖下表面安裝14mm高的反光靶標，為區分槳尖軌跡，5個反光靶上貼不同形狀的反光紙，規定黃色變距拉桿不可調，黃色槳葉上的發射靶定位基準。旋翼轉動時通過頻閃儀觀察靶標。通過調整變距拉桿的長度來改變槳葉的初始安裝角或調整后緣調整片改變升力，以改變槳尖軌跡錐度。

3.2 旋翼動平衡的測量及調整

在主減速器上安裝有帶支座的振動傳感器，用于測量直升機1Ω水平方向（Y）的振動水平，該傳感器的安裝位置嚴格垂直于飛機的縱向軸線。在前駕駛艙地板上安裝有帶支座的振動傳感器，用于測試直升機1Ω垂直方向（Z）的振動水平，該傳感器的安裝位置平行于旋翼軸。在槳轂黃色支臂下表面安裝反光片，在發動機整流罩殼體上安裝帶支座的光電傳感器，光頭射出的光束指向反光片，以上三個裝置可測量出旋翼動平衡的相位和數值。

某型直升機旋翼錐體與動平衡要求見圖1：

4 某型直升機錐體及旋翼動平衡調整方法及步驟

4.1 槳葉動平衡調整方法

（1）通過調整配重的大小和安裝位置，使槳葉的弦向重心位置發生變化。改變槳葉弦向重心（G）和氣動中心（CP）之間的距離（d），從而改變槳葉的氣動特性。

（2）調整后緣調整片的角度，實質上就是改變槳葉外段局部剖面的氣動力，這個氣動力將使槳葉產生一個附加俯仰力矩，從而改變槳葉的氣動特性。

（3）調節變距拉桿長度，實質上就是改變槳葉的初始安裝角，從而改變槳葉的升力狀態。

4.2 直升機錐體及動平衡的調整步驟

4.2.1 旋翼錐體調整

通過調整變距拉桿長度的方法來改變初始安裝角，改善槳尖錐度，消除升力不平衡對水平方向振動的影響。以黃色槳葉對應的槳尖軌跡為基準，調整其他槳葉相應的變距拉桿長度。用頻閃儀對準槳尖靶標進行觀察，5片槳葉的靶標同時顯示在某一視場，記錄每片槳葉靶標的標記高、低位置。對于高位槳葉，減少其變距拉桿長度，對于低位槳葉，增加其變距拉桿長度（變距拉桿調整四個齒，槳尖軌跡錐度改變一個靶標）。若使用調整變距拉桿的方式使槳尖錐度得不到明顯改善，則檢查槳葉、槳轂和操縱系統等是否安裝到位、異常間隙等。排除后重新調整。若還不能滿足同錐度要求，調整第八號后緣調整片。槳葉軌跡處于高位，則向下折彎調整片（符號“+”為向下），槳葉軌跡處于低位，則向上折彎調整片（符號“-”為向下）。第八號后緣調整片相對于原始狀態最大可折彎±5°，必須使用后緣調整片折彎器。一次只能折彎1°。

4.2.2 地面水平方向動平衡調整

旋翼動平衡調整的一項重要工作是繪制平衡調整圖（見圖2），旋翼平衡調整圖是通過若干試驗后，根據平衡調整的結果進行繪制的，對精確調整動平衡起著重要的指導作用。

平衡圖由2個要素組成，同心圓部分為振動數值，隨著同心圓半徑的增大而增大，相位部分為從12點方向到1點方向的相位角。旋轉機械的重量不平衡在機械運轉時將產生1次/轉的振動，振動參數可以用振動速度或振動加速度的幅值和相位來表示。通過測量直升機旋翼的振動信號，然后依據旋翼的旋轉同步信號（方位角信號）對其進行分離，得到1次/轉的振動信號，并計算出其振動幅值和相對于同步信號的相位。那么，所求出的振動幅值就表示目標的不平衡程度，或者說不平衡狀態下的振動水平，而所求出的相位則表示不平衡的位置，也就是重量多余的位置。地面試車檢查旋翼動平衡，機上振動檢測裝置會顯示振動的大小和相位值，把振動情況放入平衡圖中便于動平衡的調整。

4.2.3 懸停水平方向與平飛垂直方向動平衡調整

地面錐體及動平衡調整符合要求后，進行懸停和平飛的動平衡調整，通過改變后緣調整片的角度和初始安裝角來調整槳葉的升力，使不平衡的升力與不平衡的多余重量重新達到平衡狀態，以減弱振動值達到懸停和平飛的動平衡，這也是我們的最終目的，是變距拉桿、后緣調整片、配重不斷優化、調整的過程。

5 某型直升機旋翼錐體及動平衡調整實例

以下是一次真實的旋翼系統重新安裝后的錐體及動平衡調整：

地面試車，使用頻閃儀觀察槳尖錐體軌跡，見圖3：

以1號槳葉對應的黃色變距拉桿為基準，將靶標對應的變距拉桿縮短4個齒，下調一個靶標，再次地面試車，結果見圖4，符合1/2靶標標記差的要求。

當錐體調成一條線后，旋翼水平振動為（1：20，0.26），使A（1.20，0.26）變小，即需要從A拉到原點O，初步判斷往黑色上加5片配重，加完后，振動值變為B點（0：45，0.25）。

平衡圖及簡化矢量圖（見圖5），通過第一次配重嘗試，矢量圖方向需調整。矢量圖改為圖6所示，從更改后的矢量圖看需在白色槳葉增加配重。根據第一把配重添加經驗，5片配重改變約0.1IPS， 因此，第二把決定在白色支臂上加7片配重。加完后旋翼的振動變為C（2：36，0.06），符合振動要求，旋翼動平衡調整結束。

6 規律探索與經驗總結

經過長期大量的動平衡調整工作，總結出以下幾點調整規律：

（1）動平衡調整時，盡量只在一片槳葉上增加配重，或在兩片槳葉上增加相同重量的配重，以便于尋找配重與振動數值變化的對應關系，方便矢量圖的方向判斷。

（2）平衡圖的作用是記錄每次振動大小和相位，準確的繪制平衡圖便于做出簡化矢量圖，可以更加快速、準確的判斷出配重應加裝的位置和大小。

（3）調整變距拉桿不能使槳尖錐度軌跡滿足要求時，調換靶標相差最大的兩片槳葉的安裝順序，再進行調整。這樣可以抵消安裝誤差與槳葉自身存在的誤差。

7 猜想與展望

由于直升機旋翼錐體與動平衡調整有眾多影響因素，通過局部調整進行嘗試效率較低，如果把影響振動的因素匯總建立數學模型，通過計算機計算給出最佳調整方案，可以加快調整進程，提高效率，也會使直升機振動最小化。再安裝振動主動控制系統，可以減弱甚至消除直升機振動，使直升機更加安全高效。

參考文獻：

[1]某型直升機維護手冊[Z].