关于直升机旋翼锥体及动平衡调整策略的探讨

李斌

摘 要：结合直升机旋翼锥体及桨叶的振动特性，本文对直升机旋翼锥体及动平衡调整要求和难点展开了分析，然后提出了锥体及动平衡的调整策略，并结合实例对调整策略进行了运用，从而为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：直升机；旋翼锥体；动平衡

中图分类号：V267 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）19-0076-02

在直升机制造和维修的过程中，都要对旋翼部件进行频繁检查和调整，从而实现对直升机振动大小的有效控制。而能否实现对直升机旋翼锥体及动平衡的合理调整，将会直接影响直升机性能和寿命，需要按照规定要求采取科学的调整方法。因此，还应加强对直升机旋翼锥体及动平衡调整策略的研究，以便更好的开展相关工作。

1 直升机旋翼锥体及桨叶的振动

直升机安装有多种转动部件，振动难以避免。而在直升机的旋翼系统中，锥体及桨叶振动需要通过检测和调整实现有效控制。振动产生的原因，主要是由于桨叶锥体存在偏差。在稳定转速条件下，作用在各片桨叶上的离心力不同，旋翼中心将会有离心力合力产生，导致其水平方向发生振动，振动大小取决于桨叶离心力不平衡量。在稳定总矩和转速条件下，桨叶上如果存在气动载荷不同的问题，各桨叶桨尖轨迹将有一定差别，导致产生的铰链力矩无法达到平衡，继而导致旋翼垂直方向出现振动，大小取决于桨叶气动不平衡量。在飞行的过程中，旋翼桨叶处在每转进行一次气动环境变化的状态，桨叶上频率为旋翼转速的整数倍，所以会产生持续气动激振力。受机体对尾流阻塞作用的影响，桨叶每次转动也会导致一次交变气动激振力的产生，与质量力共同构成桨毂力，频率为旋翼转速的数千倍，决定了直升机的振动水平。而直升机需要依靠旋翼高速转动提供升力，振动的产生将给直升机飞行带来安全威胁。持续振动的存在，容易导致直升机关键部件出现疲劳断裂、突然失效等问题，也可能造成直升机操纵性能下降、设备寿命缩短和飞行员疲劳度增加等问题。因此，需要通过实现旋翼部件动平衡调整，将振动控制在一定范围内，保证直升机飞行的可靠性。

2 直升机旋翼锥体及动平衡的调整

2.1 调整要求

在对直升机旋翼锥体及动平衡进行调整时，需要认识到旋翼作为重要的减振部件，其锥体轨迹和桨叶动平衡调整结果将对直升机振动水平产生直接影响，关系到直升机飞行的可靠性、舒适性等各种性能。调整的目的，则是对旋翼带来的垂直和水平方向的振動进行有效控制，确保直升机整体振动要求能够得到满足。在对旋翼锥体进行调整时，需要在桨尖下表面进行反光靶标安装。在各反光靶上，则要进行形状各异反光纸的粘贴，达到区分桨尖轨迹的目标[1]。按照要求，不能对黄色变距拉杆进行调整，所以需要将该桨叶发射靶作为定位基准。旋翼转动的过程中，利用频闪仪对靶标进行观察，然后对变距拉杆长进行调整，则能使桨叶初始安装角得到调整，同时对后缘调整片进行调整，达到通过改变升力进行桨尖轨迹锥度进行调整的目的。在对旋翼动平衡进行调整时，则要在主减速器上进行振动传感器设置，对直升机1Ω水平方向振动进行测量，保证设备位置与飞机纵向轴线严格垂直。在驾驶舱底板上，需要设置振动传感器对1Ω垂直方向振动进行测量，保证设备位置与旋翼轴平行。在桨毂支臂下表面，需要进行反光片安装。此外，在发动机整流罩壳体上，需进行光电传感器的安设，使其射出的光束指向反光片。采用上述装置，则能对旋翼动平衡相位和数值进行测量。不同型号直升机在锥体和动平衡测量上，拥有不同的要求。一般来讲，在地面开车和无地效悬停状态下，需要保证标记差<1/2靶标（7mm），在振动速度上前一种状态要求主减Y方向<0.25IPS，后一种状态要求Y方向<0.25IPS；在水平飞行和转弯飞行状态下，要求Z方向<0.25IPS。

2.2 调整难点

从直升机旋翼锥体及动平衡测量上来看，不仅需要完成地面检查，还要进行空中检查。实际上，在新型直升机研制上，由于对性能和舒适性等方面要求越来越高，一些直升机还会对倒飞、侧飞等状态进行动平衡检查。而从难点上来看，锥体调整过程中，振动测量过程中锥体将受外界不确定风力作用的影响，导致锥体偏差变化较大。如果难以获得准确的测量结果，就无法对锥体准确状态进行判定，继而导致锥体调整缺乏可靠数据依据。在动平衡检查时，由于直升机在空中运行过程中以旋转的旋翼为支撑点，而旋翼本身为柔性的，并不稳定，受本身性能、外界风和驾驶员操纵等因素的影响，因此测量过程中会得到较多不稳定且复杂的振动信号[2]。而大量偶然非平稳低频信号的产生，将导致低频段运行的旋翼动平衡信号受到较大干扰。如果无法获得准确的动平衡值，将无法实现动平衡的合理调整。因此在对直升机旋翼锥体及动平衡进行调整时，还要采取措施解决这些问题。

3 直升机旋翼锥体及动平衡调整策略

3.1 锥体调整

对直升机锥体进行调整，可以采用变距拉杆长度的方法，通过调整初始安装角对桨尖锥度进行调整，从而使升力不平衡给水平振动带来的影响得到消除。在实际进行锥体调整时，需要采用频闪仪进行各桨叶靶标的状态的判断。以黄色桨叶桨尖轨迹为基准，对其他桨叶变距拉杆长进行调整，还要确保各桨叶靶标在某个视场同时得到显示，以便实现对各桨叶靶标位置的准确记录。针对位置较高的桨叶，需要对其变距拉杆长进行缩减。针对位置低的桨叶，则要进行适当延长。如果调整后锥度依然未能得到显著改善，还要对操纵系统、桨叶等零部件的安装情况进行检查，确认是否存在间隙异常等问题。排除问题后，需要重新进行锥度调整。仍然无法达到要求，需要对第八号后缘调整片进行调整。在轨迹位置高的条件下，需要对调整片进行“+”方向折弯，反之向“-”方向折弯。调整片如果原本处在相对原始状态，最大能够达到±5°折弯，但一次仅能折弯1°。对调整片角度进行调整，则是对桨叶外段局部剖面气动力进行调整，将使桨叶产生附加俯仰力矩，使桨叶气动特性得到改变[3]。而针对测量不精确的难题，想要稳定、清晰的看到靶标，需要使频闪仪保持稳定的闪光频率，频率间隔相对桨叶转速保持绝对稳定。为此，还要采用高响应速度的频闪仪和具有较好反光效果的反光纸，通过提高测量稳定度获得更高的锥体测量精度。

3.2 动平衡调整

对旋翼动平衡进行调整，需要对配重大小和安装位置进行调整，使桨叶弦向重心位置得到调整，从而使其与气动中心距离发生改变，达到改变桨叶气动特性的目的。实际进行调整图绘制时，需要经过多次试验，然后根据结果完成图形绘制，能够为实现动平衡的精确调整提供指导。在图形中，同心圆为振动数值，将随着圆半径的增大而增加，相位是从12点到1点方向的相位角。在直升机旋转过程中，重量不平衡将导致1次/转振动的产生，参数可以利用振动速度或加速度幅值和相位进行表示。结合测量得到的振动信号，并根据旋转同步方位角信号，则能实现信号分离，获得1次/转振动信号，得到相应的振动幅值和相位。而得到的振动幅值，则为目标的不平衡度，相位为不平衡位置，然后放入平衡图中进行调整[4]。考虑到动平衡测量问题，在动平衡调整方面，针对测量得到的动平衡信号，需要采用时域数字跟踪窄带滤波的方法进行复杂度自动识别，完成判定阈值的自动选取，得到更加准确的动平衡值。完成地面动平衡调整后，在空中状态动平衡调整方面，需要对初始安装角和后缘调整片进行调整，以便使多余重量和不平衡升力达到平衡。

3.3 案例分析

某X型直升机在旋翼锥体及动平衡调整上，要求在主桨叶以306r/min额定转速下进行振动测量。在实际调整时，需要在地面检查调整到规定范围内后，进行配重调整。按照要求，在地面开车状态下，锥体<1/3靶标，无地效悬停和平飞状态下锥体<1/2靶标，而三种状态下的振动值<0.20IPS。在地面开车状态下，检查发现主桨叶锥体相差较大，对相应小拉杆长进行调整无法使锥体达到1/3靶标内。针对这一情况，采取了将轨迹最高和最低桨叶位置对调的方法，实现了锥体调整。而在无地效悬停和平飞状态下，对主桨叶第7号后缘片进行了调整。在动平衡调整中，经过多次试飞发现，黄色尾桨叶在11：00的位置，而并非是理论上的12：00位置，所以在绘制配重平衡调整图时进行了相位角调整，得到了如图1所示的简化矢量图。在配重调整时，使用的配重片重量为100g，可以个改变0.2-0.3IPS振动值，单个桨叶增加的配重片不能超出9片，同时保证至少一片桨叶无配重片。通过动平衡检查可以发现，第一次检查发现振动为0.95IPS，时钟相位为2：35（M点），位置与蓝色桨叶时钟位置接近，需要增加3块配重片，测量得到振动值为0.09IPS，时钟相位为2：13，可以达到调整要求。再次检查发现，振动值为0.73IPS，对应时钟相位为6：51（N点）。该点所在位置与黑色桨叶时钟位置接近，因此需要在黑色桨毂上进行2块配重片的增加。通过测量，得到振动值为0.43IPS，相位为7：58（W点）。该点位置与红色桨叶时钟位置接近，需要在桨毂上进行2片配重片的增加，测量结果为0.13IPS，相位为8：10，因此可以满足要求。

4 结语

通过研究可以发现，加强对直升机旋翼錐体及动平衡的调整，才能使直升机振动得到有效控制，使直升机整体性能得到改善。而在实际调整的过程中，则要明确锥体及动平衡调整要求和难点，然后结合直升机实际情况采取科学的调整策略，从而达到削弱直升机振动的目标。

参考文献

[1]于懿源.浅谈某型直升机旋翼锥体及动平衡调整方法[J].科技创新与应用，2017，（23）：6-7.

[2]彭德润，孙灿飞，何泳.直升机旋翼锥体与动平衡测量技术研究[J].电子技术与软件工程，2017，（04）：99-100.

[3]张功虎，李玉川，李杨.直-X直升机旋翼动平衡检查调整方法研究[J].直升机技术，2014，（04）：57-59+65.

[4]赵小全，汤永，陈功力.基于试重法的直升机旋翼动平衡调整[J].航空维修与工程，2013，（02）：79-81.