歐美直升機機載設備振動環境試驗要求通用規范發展探討

馬旭東

（航空工業直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001）

直升機的工作原理和工作狀態特性決定其振動環境相對其他航空器和運輸平臺具有非常突出、非常特殊的振動環境，其振動環境特性也非常鮮明，它屬于在隨機振動基礎上疊加強烈周期正弦振動、很復雜的綜合振動。我國在直升機研制領域，開展了直升機振動環境的研究，取得了大量的成果。

本文針對已知直升機振動頻率情況，通過探究MIL-STD-810和 RTCA /DO-160這兩大規范較新版本核心技術內容的發展和變化，為開展直升機振動環境基礎研究提供參考。

1 發展歷程

當前歐美振動環境試驗通用規范主要有MILSTD-810和 RTCA /DO-160（EUROCAE ED-14），最新版分別是2008年發布的MIL-STD-810G和2010年12月發布的RTCA /DO-160G。軍用直升機研制一般采用MIL-STD-810進行剪裁或直接采用，而民用直升機研制一般采用RTCA /DO-160進行剪裁或直接采用，或者兼顧兩個規范。

1.1 MIL-STD-810體系發展

MIL-STD-810是美國國防部制定的機載設備環境試驗規范，目的是用謹慎設計得到的環境應力來消除“過”或者“欠”設計/測試，以確保對設計有影響的環境都已經在設計中系統地做了考慮。

MIL-STD-810強調對相關材料的剪裁以符合在它的壽命周期內所會承受的環境，并且要測試對應對象。從基本版1962年發布至今，共有“MIL-STD-810Base”和“MIL-STD-810A至 E”8個 版 本。MIL-STD-810F是在總結國際環境工程管理和環境試驗應用經驗，充分吸收美國國防部D0DD系統采購標準和英國國防部標準DEF 00-35《國防裝備環境手冊》等標準有關內容的基礎上制訂的。

1.2 DO-160體系發展

《機載設備的環境條件和測試程序》是由美國航空無線電技術委員會（RTCA）135分會（SC-135）制定，為機載設備定義了一系列的最低性能環境試驗條件（類別）和相應的試驗方法，簡稱“RTCA/DO-160”或“DO-160”。

DO-160及其前身DO-138從1958年開始用作環境鑒定試驗的標準，其作為機載設備最低工作性能規范（MOPS）的參考。隨著航空業界不斷提出更新的要求，以及試驗技術的快速發展和對機載設備工作環境的深入了解，DO-160一直不斷的更新和修訂，共產生“DO-160A至E等”10個修訂版本。

2 通用規范技術要求分析

2.1 主要要求

振動環境試驗是指在現場或實驗室通過模擬的方法使機載設備承受其安裝位置振動環境的試驗，檢驗機載設備在真實振動環境中工作的可靠性，評估使用壽命，發現設計中的薄弱環節，找出改進方向等。在其規范修訂過程中，試驗程序、合格判據相對固化，各個版本之間以及各型號應用基本一致。下面詳細分析MILSTD-810和DO-160兩大振動環境試驗規范中直升機機載設備部分主要技術要求的修訂變化情況和原因。

2.2 MIL-STD-810核心要求

MIL-STD-810作為美國軍用裝備振動環境試驗規范，其中有關直升機艙內、外機載設備的振動環境試驗要求，是美國各直升機公司制定自身直升機型號機載設備振動環境試驗要求的裁剪依據和基礎。

MIL-STD-810后期各版本要求的直升機正弦振動試驗頻率見表1，F版對正弦試驗頻率進行了較大的修改，增加了主槳和尾槳工作轉速頻率，刪除了主槳和尾槳四階通過頻率。

表1 MIL-STD-810后期各版本要求的直升機正弦振動試驗頻率

MIL-STD-810C/D/E版和F/G版要求的直升機振動試驗譜曲線頻率分別見圖1。在一般振動區域，F版大幅降低了隨機振動的量值，峰值減小一半，并且對10～300Hz頻段的隨機振動功率譜曲線，由隨頻率變大等量遞增的四方形改為隨頻率變大增量遞增的梯形。

圖1 MIL-STD-810C/D/E版（上圖）和F/G版（下圖）直升機振動環境試驗譜曲線

2.3 DO-160規范核心要求

DO-160系列從1958年的DO-138，到2010年DO-160G版本，其技術要求發生很大的變化，內容得到不斷補充、完善和修正。下面主要從目前仍在應用的D版和E版對其核心技術要求進行分析。

（1）D版中，在機身和尾部結構振動分區，只考慮主、尾槳工作頻率和一階通過頻率的振動；E版中，在機身結構振動分區，在尾部結構振動分區，考慮主、尾槳一、二階通過頻率這幾個頻率的振動。

（2）D版中，除發動機、主減安裝平臺振動分區外，其他振動分區均考慮了主槳錐體和動平衡對其振動環境的影響，而且在機體結構和尾部結構還考慮尾槳錐體和動平衡對振動環境的影響；E版及以后的版本中，所有的振動分區均不再考慮主、尾槳錐體和動平衡對其振動環境的影響。

（3）試驗譜修訂的基礎，來自美國從事直升機振動環境工程的專家和工程師對直升機振動環境現狀的充分掌握，包括直升機不同部位振動環境的頻率及不同頻率振動幅值的差異，并通過數理統計的方法進行分析，得到當前直升機總體振動環境特性。

2.4 綜合分析

在DO-160規范中對于已知直升機振動環境頻率的振動環境試驗，采用正弦振動疊加隨機振動的方式，機載設備若按8．8．1節的要求通過了試驗考核，則認為該設備合格，但沒有給出使用壽命（或使用期限）。該評判結論與GJB150或GJB150A中的評判結論差別很大，存在以下兩種理解：第一，僅說明通過試驗的設備具備裝機的條件；第二，該設備安裝的直升機上的使用壽命與機體同壽。

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