直升机尾桨系统振动成因分析及调整措施

周远航

（中国民航飞行学院 新津分院，四川新津611430）

0 引言

尾桨作为直升机的关键部件之一，其不仅可以提供反扭矩，实现航向的操纵，而且可以保持直升机的航向稳定性，尾桨系统的工作状态将直接影响到直升机的飞行安全。直升机尾桨系统离座舱较远，中间通过较长的尾桨传动轴进行动力传递以及硬式的推拉杆进行操纵。所以，尾桨系统的振动很难传到座舱，飞行人员对尾桨系统的振动状态变化感觉不明显，其危害性较大而且比较隐蔽。

直升机因尾桨系统振动所造成的危害时有发生，如国内某通航直升机在飞行训练中感觉到尾梁异常震动，滑回检查，在尾梁站位BS135.00附近的尾传动轴整流罩扣子固定支架铆钉处发现沿周向扩展的裂纹，裂纹长度约15.5 cm，其蒙皮内表面裂纹如下图1所示。根据该机型维护手册说明，若尾桨系统振动过大可能导致尾梁裂纹。

图1 直升机尾梁蒙皮内表面裂纹形貌

为保障直升机的飞行安全，针对尾桨系统的振动进行调整与控制，降低直升机尾桨系统振动水平显得尤为重要。

1 尾桨系统结构与振动分析

直升机尾桨系统通常包含以下几个部件：1）尾减速器，其功能是用于尾桨的动力输入、输出、改变扭矩的传递方向以及尾桨旋转角速度；2）尾桨变距机构，用于改变尾桨桨叶的迎角，增大或减少尾桨的推力/拉力；3）尾桨桨毂，其安装在尾减速器动力输出轴上，功用是固定尾桨桨叶；4）尾桨桨叶。

尾桨作为直升机高速旋转部件，是直升机振动的主要振源之一，也是直升机故障的多发部件。尾桨系统动平衡检查调整的目的是将尾桨产生垂直方向的振动水平控制在一定的范围内，以满足全机的振动要求。

为准确测量尾桨系统的振动，需在尾桨上安装专业的振动测试设备，本文采用ACES系统的Model4040动平衡分析仪对直升机尾桨系统动平衡进行详细的测量和分析。具体其所需设备如下：1）加速度传感器，用于监测尾桨系统的振动值；2）光学转速传感器，其功能为准确测量尾桨的转速；3）反光带，反光带贴在尾桨桨毂上，为准确测量尾桨转速提供一个反光信号；4）ACES4040振动测试仪，主要用于接收采集转速及振动信号值并进行处理，并显示其测量后的振动值及其方位。

振动测试设备安装示意图如图2所示。

图2 ACES4040振动测试设备安装示意图

振动测试设备安装就绪后，直升机地面开车运转，当尾桨转速达到规定值时（BELL206BⅢ型直升机为2550 r/min）开始采集信号，信号采集完毕根据Model4040振动测试仪上显示的尾桨的振动值以及方位，如图3所示。

直升机尾桨系统振动的调整方法通常采取的措施为在尾桨配重盘上添加或减少配重达到控制尾桨系统振动的目的。配重盘四周均匀分布的12个孔为配置的安装孔。安装孔的位置固定并进行了编号，其中反光带的安装位置对应安装孔的12点钟方向（从直升机的左侧观察）。

图3 尾桨系统动平衡振动值及方位

BELL206BⅢ型直升机尾桨系统振动垂直方向上振动值控制在0.2IPS以内。根据振动测试仪显示的振动方位及振动值，参考BELL206直升机尾桨系统振动分析图。在振动分析图上查找对应的方位和振动值，即可准确获得在配重盘上所需要安装配重质量及其位置。根据维修手册，BELL206BⅢ型直升机尾桨系统上增加的配重最大不能超过15 g，且每个安装孔的垫片数量最大不能超过3个。

2 振动成因分析与措施

从振动角度分析，尾桨系统振动主要原因为：

1）质量不平衡。通常直升机的每片尾桨叶的质量分布是完全相同的，尾桨系统的质量中心应在桨毂中心。但尾桨叶在生产和装配过程中，无法做到完全相同，因而尾桨叶在出厂时，通常要经过静、动平衡校验，以保证各片尾桨叶在工作状态下，因质量偏离桨毂中心而产生的离心力在允许的范围内。直升机在外场使用过程中，受各种因素的影响，这种质量平衡状态往往会有不同程度的破坏，如尾桨叶在潮湿或淋雨环境下因吸收水分或结冰。另外，新尾桨叶的使用，也可能破坏原来的平衡状态。

2）气动不平衡。由于直升机每片尾桨叶的气动特性理论上是完全相同的，但使用过程中由于外力原因而导致尾桨叶气动外形发生改变，这种改变通常会引起尾桨叶的锥体轨迹的超差，作为一种不平衡状态，需要及时发现和调整。同时，直升机尾桨叶的总距改变是通过操纵拉杆进行调节，使用过程中，频繁的操纵、磨损以及不恰当的拉杆调整同样会引起尾桨叶间气动不平衡。

3）其他原因。直升机的尾传动系统中包含较多的机械部件，增大了发生故障的可能性。同时尾桨系统的减摆器失效或者球柔性件故障也应视为重要故障。直升机尾桨桨叶质量和气动不平衡的复合故障。因此针对尾桨传动系统的振动调整主要有以下几种方法：a.定期检查并润滑尾桨传动轴承；b.定期清洁、检查尾桨传动系统的鼓风轮，确保其振动在规定的范围内（该项工作尤为重要）；c.注意安装传动轴连接螺栓垫片的方向，并按规定打力矩；d.及时更换受损的轴承组件。

3 结语

定期对直升机的尾桨振动进行监测和调整，可有效地防止因质量不平衡或气动不平衡所产生的尾桨振动，对于减少尾桨组件的机件磨损，对于提高直升机飞行训练的安全具有重要的意义。

［1］ 陈康，刘建新.直升机结构与系统［M］.北京：兵器工业出版社，2007.