第章槳葉錐體和振動分析南通航運課件

1第3章槳葉錐體和振動分析南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院2內(nèi)容§3-1振動§3-2直升機減振措施§3-3平衡§3-5地面共振§3-4直升機機載監(jiān)控系統(tǒng)南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院33-1

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動直升機由于轉(zhuǎn)動部件很多，必然存在各種振動因素。振動不僅影響舒適性，還將引起機體部件的磨損甚至導(dǎo)致失效。通常引起直升機振動的因素包括以下幾種：（1）旋翼產(chǎn)生低頻振動（2）發(fā)動機產(chǎn)生高頻振動（3）尾槳產(chǎn)生中頻振動3.1.1直升機振動南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院1．振動振動為一種快速的振蕩運動，可能是由于旋轉(zhuǎn)部件因為失去平衡，或者是由如空氣動力這樣的外力作用下產(chǎn)生。這樣的振蕩運動可以表述為：位移或振幅（大?。?、頻率（快、慢，例如：振動次數(shù)/分鐘）。振動頻率是指在單位時間內(nèi)振動發(fā)生的次數(shù)，其單位為赫茲（Hz），1赫茲等于一個循環(huán)/秒，振動周期為振動頻率的倒數(shù)。另一種振動的表述方法常用來描述旋翼系統(tǒng)中的振動水平，這是由振動頻率與旋翼旋轉(zhuǎn)速率相比較。例如，在旋翼旋轉(zhuǎn)一周發(fā)生振動6個循環(huán)，也就是6R振動或者比率為6：1。43-1

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動南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院由于直升機設(shè)計及工作特性，直升機承受的振動可能來自槳葉、傳動機構(gòu)、發(fā)動機，這些振動可以對機體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力集中甚至損壞，縮短部件的使用壽命，并給飛行員及乘客造成不舒適的乘坐感覺。在飛行中振動的起源主要來自于主槳及尾槳。每片槳葉會產(chǎn)生一個固有的1：1的振動，如果直升機有兩片槳葉，就會產(chǎn)生固有頻率為2：1或者2R的振動，三片槳葉就會產(chǎn)生3：1或者3R的振動，以此類推。旋翼系統(tǒng)中1：1或者1R振動叫做“每圈一振”，即每轉(zhuǎn)一周振動一次，這是由于一片槳葉產(chǎn)生大于其他槳葉升力造成同軸度不好而引起的振動。53-1

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動南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院2.引起振動的原因

轉(zhuǎn)動部件的振動頻率一般與部件的轉(zhuǎn)動速度有關(guān)，而直升機上部件的轉(zhuǎn)動速度各不相同，因此振動頻率是識別振動來源的一個主要依據(jù)。振動按頻率一般分三類：①低頻振動——主要來自于主槳系統(tǒng)；②中頻振動——主要來自于尾槳系統(tǒng)；③高頻振動——主要來自于發(fā)動機和高速傳動軸。6南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院73-1

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動（1）低頻振動對各種主槳系統(tǒng)來說，最常見的振動原因是槳葉錐體偏差。所謂錐體是指直升機所有槳葉葉尖轉(zhuǎn)動軌跡都在一個平面內(nèi)，因此首先應(yīng)該在地面進行槳葉錐體的檢查，符合要求后再進行懸停狀態(tài)的檢查。一般振動可以分為兩種形式南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院①垂直振動：是由于槳葉產(chǎn)生的升力不相等，即主槳錐體超標而引起，與飛行速度有直接關(guān)系，飛行速度越大，振動越大。如果振動發(fā)生在低速狀態(tài)下，可以通過調(diào)節(jié)變距拉桿長度來減小振動；如果振動發(fā)生在高速度狀態(tài)下，則須調(diào)節(jié)槳葉調(diào)整片角度來減小振動值。②橫向振動：因主槳系統(tǒng)平衡超標而引起，與主槳轉(zhuǎn)速有直接關(guān)系。如果振動隨著旋翼轉(zhuǎn)速的增大而增加，一般是展向平衡超標，應(yīng)該在輕的一端加配重；如果振動隨著轉(zhuǎn)速減小而增大，一般是弦向平衡超標引起槳葉后掠過大。但注意不能通過調(diào)整槳葉后掠角的方法來修正振動，這樣會引起低頭力矩。83-1

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動南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院

兩種振動形式都與發(fā)動機功率有直接關(guān)系，輸出功率增大，振動則增大，尤其是垂直振動更明顯。

低頻振動主要由主槳引起，主槳的轉(zhuǎn)速一般為每分鐘數(shù)百轉(zhuǎn)左右。常見的振動起因：93-1

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動南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院10橫向振動①頻率匹配器（俗稱減擺器）設(shè)定及相位不正確；②槳葉不平衡；③垂直關(guān)節(jié)軸承粘結(jié)或者卡滯。垂直振動①槳葉同軸度（翼尖軌跡）不好；②槳葉錐體調(diào)整片調(diào)整不正確；③頻率匹配器失效；④變矩軸承磨損以及粘結(jié)；⑤減振器失效。3-1

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動南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院113-1

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由于尾槳的高轉(zhuǎn)速，一旦尾槳出現(xiàn)缺陷就會產(chǎn)生中頻振動，甚至高頻振動。a、尾槳組件不平衡b、尾減速器傳動軸同軸度過分偏離設(shè)計值c、水平安定面連接點松動或磨損d、減速箱齒輪磨損e、尾斜梁連接螺栓松動～（尾槳振動：用儀器測量分析）。（2）中頻振動南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院123-1振

動高頻振動是由高速運轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生。一般情況下認為是由發(fā)動機引起的。另外，有一些傳動部件的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機相同，如離合器、飛輪機構(gòu)以及連接發(fā)動機與主減速箱的輸入軸，所以在進行高頻振動分析時，這些部件也應(yīng)被考慮為潛在的起因。（3）高頻振動南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院133-2直升機減振措施（1）減少或減低部件的磨損。（2）采用正確的維護操作（3）確保制造水平1、消除非固有振動振動方法會產(chǎn)生固有振動的機體部件（1）節(jié)點梁。（2）柔性安裝盤（3）減振器2、消除固有振動振動方法南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院

“錐體”或者“打錐體”的定義就是盡量使所有主槳葉片翼尖軌跡在轉(zhuǎn)動中處于同一平面上的過程。但是在一些環(huán)境下，完全的翼尖軌跡重疊并不能帶來零振動和良好的操控性能，反而微小的“軌跡分離”可以達到此目的，也就是在各主槳葉片翼尖軌跡存在著輕微不同的情況，會帶來最平穩(wěn)的飛行和最小的振動?！捌胶狻本褪窃谥鳂~旋轉(zhuǎn)盤面上盡可能地實現(xiàn)質(zhì)量分布均等，使主槳葉的重心盡可能地靠近旋轉(zhuǎn)中心，也就是主槳軸中心的過程。

143-3錐體檢查南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院153-3錐體檢查檢查主槳葉錐體的方法（一）旗桿錐體檢查法。（二）頻閃錐體檢查法（三）電子錐體檢查1、主槳錐體南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院16南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院173-3錐體檢查南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院183-3錐體檢查

就是將槳葉安裝在一個同時裝有標準槳葉的旋轉(zhuǎn)測試裝置上，對其進行比較，并記錄在每片槳葉根部的下表面。2、預(yù)調(diào)錐體南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院193-3錐

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查錐體調(diào)整的方法（一）調(diào)整變距桿的長度。（二）調(diào)整安裝于槳葉外部后緣的調(diào)整片3、錐體調(diào)整南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院

地面錐體調(diào)整一般是通過調(diào)整變距桿的長度來實現(xiàn)（見圖）。直升機維護手冊中通常會給出每個變距桿調(diào)整量相對于翼尖軌跡的移動變化量。調(diào)整量的單位通常為“面”（也就是在變距桿上，使用扳手緊固鎖定螺帽的六邊形的一個面）。同時，維護手冊還會注明變距桿伸長或縮短的最大允許長度，在實際工作中一定不能超過該限制。20

如果調(diào)整量超過了這個限制，那么應(yīng)該重新檢查調(diào)整量的大小是否正確，如果該大小正確，則應(yīng)該確定是什么原因造成了調(diào)整量超出限制。通常情況下的做法是將飛行控制系統(tǒng)以及變距桿恢復(fù)到其基準狀態(tài)下，重新進行錐體檢查。3-3錐

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如果其中一片槳葉仍然需要調(diào)整超出限制，可以嘗試調(diào)整其他幾個變距桿，將其他的槳葉飛行軌跡整體上移或者下降，以達到將所有翼尖軌跡處于同一錐體（見圖）。213-3錐

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飛行錐體通常通過調(diào)整固定安裝的調(diào)整片來實現(xiàn)，也就是進行微小的錐體調(diào)整。主槳葉通常會有2—3片調(diào)整片，一般只有一片是用來進行飛行錐體調(diào)整的，其他的都是不可調(diào)的，并且必須保持為出廠時設(shè)定的狀態(tài)。一旦進行了調(diào)整片調(diào)整，就需要將調(diào)整量記錄在原始履歷卡中。維護手冊中會給出調(diào)整片的最大允許調(diào)整量。如圖所示，左面的槳葉顯示當(dāng)將調(diào)整片向下扳動調(diào)整后，將會使槳葉下降；右面的槳葉顯示當(dāng)將調(diào)整片向上扳動調(diào)整后，將會使槳葉上升。223-3錐

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使用彎板器和量角器對調(diào)整片進行調(diào)整。量角器連接到槳葉后緣，彎板器安裝在調(diào)整片上，維護人員用力扳動彎板器上的把手來改變調(diào)整片的位置。彎板器必須與需要進行調(diào)整的調(diào)整片尺寸長度是一致的，這樣調(diào)整時整個調(diào)整片都被扳動，而不會造成波紋效果。禁止使用手或者像鉗子一類的工具扳動調(diào)整片，因為這樣不能實現(xiàn)整個調(diào)整片的統(tǒng)一調(diào)整，而且有可能損壞調(diào)整片，破壞直升機錐體及振動。當(dāng)完成了調(diào)整工作之后，應(yīng)該注意檢查在調(diào)整片連接到槳葉后緣處有無裂紋（見圖）。233-3錐

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由于錐體調(diào)整并不能消除所有低頻振動，因此必須慎重考慮錐體調(diào)整方法的采用。如果進行了正確的錐體檢查及調(diào)整后，并且槳葉軌跡已達到要求，低頻振動仍然存在，那么應(yīng)該對整個槳轂頭及飛行控制系統(tǒng)進行詳細檢查，而不要盲目地繼續(xù)進行錐體調(diào)整。243-3錐

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查南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院4．尾槳葉錐體應(yīng)用于主槳葉錐體檢查的方法也可以應(yīng)用于尾槳葉錐體檢查。實際工作中一般都采用頻閃檢查法和電子檢查法。尾槳葉片一般沒有槳葉后緣調(diào)整片，所以錐體調(diào)整一般通過改變變距桿長度來實現(xiàn)。在尾槳錐體檢查工作中，由于尾槳葉片離地面很近，所以需要特別小心，不要傷害到地面工作人員；同時由于工作區(qū)域在直升機尾部，不在飛行員視線范圍內(nèi)，這樣就需要現(xiàn)場有一名安全員，可以同時被飛行員和工作人員觀察到。當(dāng)飛行員給出開始工作的許可后，安全員傳遞開始信號給工作人員。253-3錐

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查南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院操作人員應(yīng)根據(jù)維護手冊對直升機進行錐體檢查。

（1）地面錐體①檢查整個槳葉傳動機構(gòu)，確定所有維護工作都已完成；②如果采用頻閃或者電子方法，其檢查設(shè)備按照廠家說明書或者維護手冊的相關(guān)規(guī)定來安裝。檢查設(shè)備的所有連線必須牢固固定在機體上，正確安排導(dǎo)線束的走向，不至于造成對操縱系統(tǒng)的阻礙和損傷；③實施完整的飛行前檢查程序，確定直升機處于適航狀態(tài)；④在駕駛艙有一名合格的飛行員操縱，這樣一旦直升機產(chǎn)生地面共振或者其他類似的問題，可以迅速將直升機提升至懸停；⑤只有當(dāng)直升機正常工作時，飛行員給出可以開始進行檢查工作的許可后，工作人員才可以開始錐體檢查，否則不允許擅自開始工作；⑥一旦檢查工作完成，獲取數(shù)據(jù)并記錄，直升機應(yīng)馬上關(guān)車；⑦對檢查數(shù)據(jù)進行分析后，如果需要，正確進行錐體調(diào)整。調(diào)整可以包括改變變距拉桿長度，調(diào)整后應(yīng)正確鎖定變距拉桿；⑧地面錐體檢查程序可以重復(fù)實施，直至錐體符合維護手冊中的規(guī)定。263-3錐

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查5、錐體檢查程序南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院

（2）飛行中錐體①詳細檢查槳轂頭及槳葉狀態(tài)，尤其是在進行了錐體調(diào)整工作后；②進行完整的飛行前檢查程序；③如果需要在飛行中攜帶檢查設(shè)備，應(yīng)對設(shè)備及其連接導(dǎo)線進行仔細檢查。導(dǎo)線應(yīng)被固定在機體上，并且不會造成對直升機控制的任何阻礙和損傷；④一般飛行錐體是指檢查直升機處于懸停及不同向前飛行速度的狀態(tài)下的錐體情況。注意：任何檢查操作都應(yīng)首先得到飛行員的許可后方可進行；⑤檢查完成后，調(diào)整工作一般是通過調(diào)整槳葉后緣調(diào)整片來完成，注意使用正確的調(diào)整工具；⑥調(diào)整片被調(diào)整后，應(yīng)檢查其固定根部是否出現(xiàn)裂紋；⑦飛行中錐體檢查程序可以重復(fù)實施，直至達到滿意的錐體結(jié)果；⑧某些情況下，如果進行了錐體調(diào)整后，還需要進行直升機自轉(zhuǎn)檢查。在安全的高度上使直升機進入自轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定之后，記錄下轉(zhuǎn)速、高度、外界空氣溫度。與維護手冊中的相關(guān)圖表進行對比，檢查自轉(zhuǎn)速度是否在限制范圍內(nèi)；⑨所有錐體檢查工作完成后，將所有檢查設(shè)備從直升機上拆除。273-3錐

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平衡就是盡可能地將主槳葉旋轉(zhuǎn)平面上的質(zhì)量均等分布的過程，平衡過程包括靜平衡和動平衡。南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院1．靜平衡

制造廠家和大修部門在產(chǎn)品出廠前為保證傳動機構(gòu)盡可能振動最小，各旋轉(zhuǎn)組件（例如槳轂頭和槳葉）都分別單獨進行靜平衡工作。在每片主槳葉片上裝有重量不同的配重以實現(xiàn)槳葉在弦向和展向上的平衡。根據(jù)槳葉類型的不同，配重應(yīng)該在特定的限制重量范圍內(nèi)。通常主槳轂頭和尾槳轂頭在安裝到直升機前也要求進行靜平衡。靜平衡后的旋翼系統(tǒng)并不代表在旋轉(zhuǎn)工作中就會達到良好的動平衡。但是經(jīng)過了靜平衡后，將避免旋翼系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)中出現(xiàn)較大的振動以及很嚴重的平衡失效，而只會出現(xiàn)很微小的不平衡。如果在靜平衡工作中做到盡可能的細致、準確，將會避免槳葉在以后出現(xiàn)許多其他問題。許多旋翼系統(tǒng)，包括槳轂頭和槳葉，只要求安裝一些小的部件來單獨進行靜平衡。所有靜平衡工作應(yīng)在理想的條件下完成，不受氣流和振動的影響，通常在特別設(shè)定的區(qū)間或?qū)嶒炇覂?nèi)完成。293-4平

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（1）部件靜平衡前面曾提到過，傳動系統(tǒng)和旋翼系統(tǒng)中所有部件在出廠前，制造廠家都已經(jīng)對它們進行了平衡處理。所以在日后維護時，關(guān)鍵要保持這種平衡狀態(tài)不被破壞。當(dāng)轉(zhuǎn)軸或者其他旋轉(zhuǎn)部件被拆下并且重新裝回時，一定注意要與其連接的其他部件正確匹配，拆卸時所做的基準標識可以用來確保部件被裝回原來的位置。如果對拆卸下來的部件進行修理或者部件受到了損壞，將破壞部件原有的平衡狀態(tài)。這時就應(yīng)該參照維護手冊的規(guī)定，如果廠家允許外場重新校平衡工作，那么就進行靜平衡調(diào)整；如不允許，則返回廠家進行重新定靜平衡的工作。還需要注意的是，如果需要從部件上拆下可調(diào)墊片或者配平墊片/配重時，這些小部件應(yīng)與其原安裝部件系附在一起，以免錯裝，并且標記上它們原來在部件上的安裝位置，當(dāng)重新組合后可以恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。303-4平

衡南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院（2）主槳葉片靜平衡根據(jù)直升機或者部件生產(chǎn)廠家的不同，在靜平衡工作過程中使用的精密設(shè)備各不相同，以下所敘述的為其中非常普遍的程序。槳轂頭在平衡之前一定是處于可適用的狀態(tài)，并且在各個潤滑油箱內(nèi)貯存正確的滑油量。如果槳轂頭是由油脂進行潤滑的，應(yīng)該在平衡之后才對槳轂進行潤滑。這是因為在平衡過程中是無法準確判斷出具體在每個部件中的油脂量。無論是哪種情況，都應(yīng)嚴格按照維護手冊或者維護大綱進行操作。313-4平

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支架上有一個球形軸承，被測試槳轂頭可以在球形軸承上“搖擺”。對槳轂頭進行精細地配平，直至槳轂頭靜止狀態(tài)下完全達到水平穩(wěn)定狀態(tài)，這時水平儀指示器位于圓心。配平是通過在指定位置添加或減少配重來完成的。323-4平

衡南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院（3）尾槳靜平衡

尾槳靜平衡的設(shè)備與程序基本上是與主槳靜平衡相似的，只是尾槳轂頭與尾槳葉片總是作為一個整體機構(gòu)進行靜平衡。圖3—24所示為一種尾槳靜平衡的設(shè)備，尾槳組件在中心部位被固定在一個有兩個伸出心軸的機構(gòu)上，心軸架在托架的刀架上。刀架為水平安置的，心軸可以在刀架上自由滾動，如果心軸有向某一邊滾動的趨勢，說明組件存在著不平衡。在進行靜平衡工作之前，需要注意應(yīng)該先將托架完全水平，以避免在工作中產(chǎn)生誤差。333-4平

衡南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院34南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院2．動平衡即使經(jīng)過了靜平衡，某些槳轂頭與槳葉組裝在一起后仍然會出現(xiàn)一些問題，繼續(xù)對整個機構(gòu)進行動平衡是非常必要的。當(dāng)擺振阻尼器或者其他一些部件被安裝到槳轂頭上后，也有可能由于不平衡而產(chǎn)生振動。由此可以看出，無論何時進行部件更換，大到整個槳轂頭，小到阻尼器，都應(yīng)該進行整個機構(gòu)的動平衡檢查。這里需要強調(diào)的是，在進行動平衡之前，槳葉一定要錐體良好或者首先進行錐體檢查。使用一些先進的電子方法可以將錐體及平衡檢查在同一設(shè)備上完成。353-4平

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動平衡調(diào)整主要是指在主槳轂或者槳葉上增加或者減少配重，使不平衡力矩盡量靠近旋轉(zhuǎn)中心，即旋翼軸中心線，從而減少振動。配重的形式多樣，有些直升機將配重做成墊片裝在安裝螺栓上，在槳轂上形成平衡點，見圖；另一種方法為在槳葉安裝軸套內(nèi)形成中空腔，在腔內(nèi)可以精確添加一些鉛丸作為配重來調(diào)整槳葉平衡點，見圖。363-4平

衡南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院373-5直升機機載監(jiān)控系統(tǒng)

大型現(xiàn)代直升機已經(jīng)加裝了直升機應(yīng)用及監(jiān)控系統(tǒng)（HUMS）或者綜合直升機應(yīng)用及監(jiān)控系統(tǒng)（1HUMS），將其作為一個永久部件安裝在直升機上。該系統(tǒng)是用來監(jiān)控和顯示一些影響飛行安全的參數(shù)。其中的一部分就是探測及記錄槳葉、傳動機構(gòu)和機體的振動水平，某些型號的HUMS及IHUMS系統(tǒng)也會探測及記錄槳葉的錐體。南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院38見圖，有12個加速度計來探測傳動機構(gòu)振動；3個加速度計探測主槳；2個加速度計探測尾槳。另外有8個加速度計探測機體振動，4個安裝在發(fā)動機上。系統(tǒng)還包含有一個光學(xué)儀器用來監(jiān)控主槳葉錐體，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的不同，可以在全部或者部分飛行狀態(tài)下監(jiān)控錐體。南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院393-6地

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振直升機地面共振發(fā)生的原因是：當(dāng)直升機在地面工作時(或滑跑時)受到外界振動后，