噴氣式飛機機載設備振動試驗相關參數的計算方法研究

王繼亮

噴氣式飛機機載設備振動試驗相關參數的計算方法研究

王繼亮

（航空工業西安飛機工業（集團）有限責任公司，陜西 西安 710089）

國軍標GJB 150.16A—2009對飛機機載設備環境適應性振動試驗剖面的確定已有較為詳細的描述，但在實際工作中，對于參數的選擇和計算方法仍難以把握。為解決此問題，從中國現役飛機出發，詳細闡述了計算參數的選取，并對計算參數進行了規范。

功能試驗量值；振動試驗；隨機振動；噴氣式飛機

振動試驗剖面的確定是進行環境適應性試驗的基礎，振動試驗剖面的合理性決定了環境適應性試驗的有效性。《軍用裝備實驗室環境試驗方法第16部分：振動試驗》（GJB 150.16A—2009）作為國內一部詳細闡述環境適應性振動試驗剖面確定方法的軍用標準，為軍用設備提供了統一的、通用的振動試驗剖面確定方法。但從具體應用情況來看，GJB 150.16A—2009在機載設備環境適應性振動試驗剖面的制定一些關鍵參數的選取和計算方法并沒給出明確的規定。

1 振動量級的選取

1.1 氣動力引起的振動

由氣動力引起的振動公式為:

A=×××2（1）

式（1）中：為平臺/裝備的質量因子，對于安裝在隔振板（緩沖架）和質量低于36 kg的機載設備，=1.0，對于質量在36～72 kg的機載設備（為機載設備的質量），=1.0×10（0.6－/60），對于質量大于或等于72 kg的機載設備，=0.25；為振動量值和動壓之間的比例因子，安裝在駕駛艙儀表板上的機載設備，=2.96×10-6，安裝在駕駛艙設備和靠近光滑連續的外表面的艙內機載設備，=1.17×10-5，安裝在靠近不連續外表面（空腔、機舷、馬刀天線、減速板等）或靠近后機身、機翼、尾翼和掛架的艙內設備，=6.11×10-5；為馬赫數修正量。0≤≤0.9時，=1.0；0.9≤≤1時，=－0.48+5.32；≥1.0時，=0.52。

計算A時，動壓選取最大值所對應狀態的。

1.2 噴氣式發動機噪聲引起的振動

由噴氣發動機噪聲引起的振動譜密度J為：

式（4）中：為加力燃燒室系數，在不開加力時為1.0，開加力時為4.0；c為核心發動機排氣直徑；c為核心發動機排氣速度（不帶加力燃燒室）；r為參考排氣速度；f為風扇發動機排氣直徑；f風扇發動發動機排氣速度（不帶加力燃燒室）。

1.3 總加速度譜密度

噴氣式飛機經受的振動量值為由氣動力和噴氣發動機噪聲二者引起的振動之和：

0=A+∑J（5）

如果飛機裝有二臺以上發動機，則∑J表示多臺發動機之和。

1.4 R矢量方向問題

按照國軍標GJB 150.16A—2009中計算公式發現飛機在發動機尾噴口前的振動量值計算值明顯比實測值大很多，而在發動機尾噴口后的振動量值計算值明顯比實測值小很多。由于矢量定義有問題，導致cos計算錯誤。經查閱美軍標MIL-STD-810F后發現對矢量定義，證明了矢量定義應為發動機尾噴口中心到裝備重心。某型飛機測試點位置如圖1所示。

圖1 某型飛機測試點位置

2 加速度計算方法

加速度密度譜（）表示隨機信號（）通過中心頻率，帶寬為的窄帶濾波器后的均方值。當帶寬趨于零，平均時間趨于無窮大時，該值的極限如下式表示：

對于平穩過程隨機信號，加速度譜密度（）為自相關函數的傅里葉變換，如下式所示：

式（7）中：x（）為自相關函數；為時間延遲。

總的加速度均方根表示加給試件的總振級，即輸給試驗件的總能量：

隨機振動信號的加速度總均方根值，常采用加速度譜密度的計算方法，如下式所示：

從點1到點2的譜值增量為lg（i/j），其頻率的增量為log2（2/1），此時斜率表示為：

如已知的譜值和斜率，則j=i·（2/1）m/（10lg2）。要計算加速度均方值，需計算點、點和i、j所圍成的圖形的面積。

同理，用積分的方法同樣可以得出：

a和b未知，通過推導可得a和b計算公式如下：

對于A2區域，需先判斷為正/負和設備是否安裝在儀表板上。情況有四種，當為正，設備的計算公式為：

當m為負，非駕駛艙儀表盤的設備的計算公式為：

當為負，駕駛艙儀表盤的設備的計算公式為：

對于A4區域：

3 結論

闡述了噴氣式飛機機載設備振動試驗的幾個重要參數，并對其如何計算進行了說明。在機載設備的振動試驗和環境應力篩選時為選擇能量的大小提供了一種計算方法，具有一定的工程實際意義。GJB 150.16A—2009中介紹的振動試驗量值計算方法，是參考美軍標MIL-STD-810F得到的。美軍標中振動量值的計算方法是參考了大量美國軍用飛機實際使用環境而制定的，這對于中國軍用飛機是否適用，還有待于考證。所以在進行振動試驗時，最好采用實測數據，更符合飛機應用實際。

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.020

2095－6835（2019）13－0047－02

〔編輯：嚴麗琴〕