直升机结构与系统第3章ppt课件.ppt
直升机结构与系统,第 03 章 桨叶锥体及振动分析,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,3.1 振动,简介,直升机由于转动部件很多，不可避免地存在振动。振动将影响直升机的舒适程度，过大的振动将造成直升机旋转部件及结构的磨损及失效。飞行员和机务维修人员都必须掌握直升机振动的类型和引起振动的原因。桨叶锥体与平衡以及振动分析技术的目标就是将振动控制在最小范围内，从而保证部件及机体结构的持续有效性。了解直升机振动应该从振动的频率、振动的幅度、振动出现的方式和对直升机的影响等方面入手。飞行员飞行后的报告对分析振动产生的原因将非常重要，报告不仅能指出振动的频率、幅度，同时也能指出振动出现的方式，即出现在操纵系统上还是在机身结构上等；不仅能指出振动发生的阶段，如是发生在悬停时还是在飞行过程中等，以及产生振动时直升机的速度等，还能指出振动产生后对直升机飞行有无影响，如有无造成直升机横向或上下的摆动等。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,有一种振动不常见，但却危险性很大，俗话称尾桨蜂鸣振动，这种振动一般是在下列条件的综合影响下才会发生：旋翼转速太高；飞行速度太小；大气温度太低；尾桨桨叶角太大；气流方向是右前方，而且气流很不稳定。这些条件一般在海上平台飞行降落过程中同时出现，振动产生时会在脚蹬上感觉到大幅度的抖动。飞行员这时应减小尾桨叶的桨距来克服这种振动，否则振动会越来越严重并造成尾桨叶故障。尾桨叶不平衡或者尾桨轴承故障会使这种振动迅速加剧。,低频振动可能的来源非常广泛，全铰式主桨由于转动部件多，产生振动的可能性尤其复杂，表现形式主要是“每圈一振”（one per revolution），例如水平阻尼器故障将会引起主桨不平衡，从而使直升机产生振动，振动从一侧开始传到另一侧；如果这种振动主要从周期变距杆上感觉到，则说明变距轴承已故障；如果振动发生在机身上，则振动一般是垂直或挥舞关节、阻尼器、主桨毂固定螺帽松动、主减固定螺栓松动或主减内部轴承故障等。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,半刚性主桨系统的振动由于设计思想不同而与全铰式主桨系统略有不同，但同样存在振动，不解决振动同样对直升机的飞行有影响。半刚性主桨毂属于静态稳定，桨叶在安装使用前先要平衡，然后整个系统必须在进行动态振动测试后方可使用。,振动,振动及产生振动可能的原因振动为一种快速的振荡运动，可能是由于旋转部件因为失去平衡，或者是由如空气动力这样的外力作用下产生。这样的振荡运动可以表述为：位移或振幅（大小）、频率（快、慢，例如：振动次数/分钟）。,振动频率是指在单位时间内振动发生的次数，其单位为赫兹（Hz），1 赫兹等于一个循环/秒，振动周期为振动频率的倒数，如图31 所示。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,另一种振动的表述方法常用来描述旋翼系统中的振动水平，这是由振动频率与旋翼旋转速率相比较。例如，在旋翼旋转一周发生振动6 个循环，也就是6R振动或者比率为6：1。由于直升机设计及工作特性，直升机承受的振动可能来自桨叶、传动机构、发动机，这些振动可以对机体结构产生应力甚至损坏，缩短部件的使用寿命，并给飞行员及乘客造成不舒适的乘坐感觉。在飞行中振动的起源主要来自于主桨及尾桨。每片桨叶会产生一个固有的 1：1 的振动，如果直升机有两片桨叶，就会产生固有频率为2：1 或者2R 的振动，三片桨叶就会产生3：1 或者3R 的振动，以此类推。旋翼系统中1：1 或者1R 振动叫做“每圈一振”，即每转一周振动一次，这是由于一片桨叶产生大于其他桨叶升力造成同轴度不好而引起的振动。,引起振动的原因转动部件的振动频率一般与部件的转动速度有关，而直升机上部件的转动速度各不相同，因此振动频率是识别振动来源的一个主要依据。振动按频率一般分三类：低频振动主要来自于主桨系统；中频振动主要来自于尾桨系统；高频振动主要来自于发动机和高速传动轴。必须注意，不是所有的直升机都遵循此模式，对振动如有疑问，应以维护手册为准。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,（1）低频振动对各种主桨系统来说，最常见的振动原因是桨叶锥体偏差。所谓锥体是指直升机所有桨叶叶尖转动轨迹都在一个平面内，因此首先应该在地面进行桨叶锥体的检查，符合要求后再进行悬停状态的检查。一般振动可以分为两种形式（如图32 所示）：垂直振动：,是由于桨叶产生的升力不相等，即主桨锥体超标而引起，与飞行速度有直接关系，飞行速度越大，振动越大。如果振动发生在低速状态下，可以通过调节变距拉杆长度来减小振动；如果振动发生在高速度状态下，则须调节桨叶调整片角度来减小振动值。横向振动：因主桨系统平衡超标而引起，与主桨转速有直接关系。如果振动随着旋翼转速的增大而增加，一般是展向平衡超标，应该在轻的一端加配重；如果振动随着转速减小而增大，一般是弦向平衡超标引起桨叶后掠过大。但注意不能通过调整桨叶后掠角的方法来修正振动，这样会引起低头力矩。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,上述两种振动形式都与发动机功率有直接关系，输出功率增大，振动则增大，尤其是垂直振动更明显。低频振动主要由主桨引起，主桨的转速一般为每分钟数百转左右。以下列出一些常见的振动起因：横向振动频率匹配器（俗称减摆器）设定及相位不正确；桨叶不平衡；垂直关节轴承粘结或者卡滞。垂直振动桨叶同轴度（翼尖轨迹）不好；桨叶锥体调整片调整不正确；频率匹配器失效；变矩轴承磨损以及粘结；减振器失效。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,（2）中频振动中频振动一般由尾桨引起。在一些直升机上，由于尾桨的高转速，一旦尾桨出现缺陷，就可能产生中频至高频的振动。以下列举一些常见起因：尾桨组件不平衡；尾减速器传动轴同轴度过分偏离设计值；水平安定面连接点松动或磨损；减速箱齿轮磨损；尾斜梁连接螺栓松动。尾桨的振动过大可能造成脚蹬颤抖，但是如果由于尾桨操纵钢索张力过大，尾桨产生的正常固有振动也可能显得不正常。所以在分析工作开始时，就应该首先使用振动分析仪器确定是不是振动真的过大。,（3）高频振动高频振动是由高速运转部件产生。一般情况下认为是由发动机引起的。另外，有一些传动部件的转速与发动机相同，如离合器、飞轮机构以及连接发动机与主减速箱的输入轴，所以在进行高频振动分析时，这些部件也应被考虑为潜在的起因。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,3.2 直升机减振措施,简介,应该强调的是不正确的维护也会造成直升机振动。一些如何防止不正确维护的方法：部件的磨损可以产生振动。有效检测部件磨损的关键是有健全完善的机务操作规章制度，采取有效的检查方法，及早地发现部件的磨损和振动征兆，特别注意齿轮箱里有无碎屑，传动机构安装有无位移以及部件结构是否有裂纹。维护手册里列明了磨损的许可范围，一旦超出，应及时采取适当的维护工作。不完善的维护操作也会引起振动，尤其是在传动系统上进行工作时。无论何时将转动部件拆下时，都应将该部件与其相连接或相互安装的其他部件的相对位置标示清楚，这样当重新安装后原有的平衡状态就能被保持。在制造桨叶的过程中，采取了许多技术，最大可能地保证生产出的每片桨叶保持相同，对于那些在制造过程中无法消除的微小不同之处，可以在使用中采取同轴度及平衡的技术分析手段来消除。无论多轻微的桨叶损坏，都会引起气流分离，改变桨叶的气动特性。前缘防磨保护层的过度磨损也会造成同样的影响。一旦对桨叶进行了修理工作，都应进行桨叶重新平衡，如果这个工作无法在直升机上完成，应该将桨叶送到厂家或者有资格的维修部门。应该注意的是：即使是对桨叶进行一些简单的工作，例如定期清洁桨叶，也要注意避免改变桨叶的气动特性。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,许多老式桨毂都含有许多轴承和铰链关节，需要定期对其进行润滑及检查工作，否则一旦磨损，振动值就会变大。而现代的桨毂轴承数量相对减少，但在维护中也要注意保证工作的有效性。挥舞或减摆阻尼器多由弹性材料制成，这种材料可以被一些强溶剂损坏而造成阻尼作用下降，振动水平升高。旧式液压阻尼器如果发生液压油气化或者由于渗漏造成液压油减少，也会产生上述影响。,造成振动水平上升的内在原因还有许多。但是可以肯定的是，如果严格按照维护参考资料进行有效的维护工作，在规定的时限内进行定期检查工作，将最大限度地降低振动水平。,减少/消除固有振动,当传动系统进行工作时或者直升机在空中飞行时，都会产生固有或者正常出现的振动。同样地，这样的振动也会引起磨损以及失效。厂家在设计及生产过程中采取各种方法尽一切可能将固有振动减小到最小。以下就是几种减少甚至消除固有振动的方法：节点梁；柔性安装盘；减振器。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,节点梁如果一条弹性梁的两端系有重物，并做垂直振动运动，在弹性梁上将有一点位置（通常位于中心）将不发生上下移动，这点就是节点，如图33 所示。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,如果在中心位置上再系上一个重物，将会出现两个节点，分别位于两段梁的中心点上。利用这个原理，我们可以将最大的固有振动源主减速箱，安装于梁的中间位置上，在两边节点位置将梁连接到机体上，并且在梁的两端装有配重（见图34）。这样，虽然主减速箱、桨毂头、桨叶仍产生固有振动，但是由于安装点位于节点位置，机体就不受固有振动的影响而发生振动，乘客及机组就感觉不到这种固有振动。这种消除固有振动的方法就是节点梁。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,柔性安装盘,另一种柔性盘的安装如图 36 所示，主减速箱及主桨组件的重量由一个“V”形框架承载，结构的一端连接到主减顶部，另一端由特殊的安装结构连接到传动平台上。柔性盘用螺栓连接到主减底部，但不承载主减重量。柔性盘由弹性或橡胶减振器支撑，以吸收扭摆振动。两个球形端头的连杆限制着柔性盘的角位移。,主减速箱安装于盘的中心，在盘的边缘连接到机体。柔性盘的工作就像一个改进的节点梁结构，吸收掉大部分由主减速箱及主桨组件产生的固有振动。,在许多直升机上，主减速箱及桨毂头组件被安装于一个柔性盘上（例如在AS332 超美洲豹直升机上，因为柔性盘的外形类似烧烤盘而称之为BBQ），柔性安装盘通常由钛合金或有相似特性的金属制成（见图35）,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,图 35 所示为AS332 超美洲豹直升机柔性盘，图37 所示为S61 直升机柔性盘。虽然结构略有不同，但其作用却基本相同。,主减速箱安装于柔性盘中央，柔性盘边缘连接到机体结构。同时有3 根钢支撑杆，一端连接到主减顶部，另一端连接到机体上，这样主减就像一个钟摆一样被悬挂起来。主减可以在纵向上摆动，造成柔性盘弹性变形，从而吸收振动。,如图 36 所示，当振动被吸收掉后，可以在主桨主轴上找到一个中心，与节点梁相似，在这一点是没有任何位移的。除了吸收振动，柔性安装盘还可以吸收主减产生的反扭作用力以及纵向、横向的载荷。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,减振器应用于直升机的减振器种类如：弹簧安装共振体；自调谐振动吸收装置（STVA）；桨毂阻尼器；双向吸振器（BIFILAR）。,弹性共振体这是一种最简单的减振器，工作原理为共振质量理论。通常在座舱内设有一个安装在弹簧上的重物，该重物产生一个与固有振动刚好相反的垂直共振，这样就产生一个节点，消除掉大部分振动。,在一些直升机上并不需要添加额外的配重作为共振体，可以直接将电瓶的安装座作为弹簧安装共振体。图 38 所示为应用于西科斯基S61 直升机上的一种安装设计。电瓶作为一个共振物体，安装于3 个减振板弹簧上，弹簧将电瓶安装托盘与机构结构连接在一起。由于S61 直升机有5 片主桨叶，所以S61 就具有一个5：1 或5R的固有振动。电瓶安装设计时使电瓶与这个5R 固有振动产生相反的共振，从而消除掉该固有振动。该装置在飞行中是不可调谐的（即：频率调整）。如果更换了一个与原有电瓶重量不相同的电瓶，就需要在电瓶安装托盘上增加或减小配重，使共振频率与主桨固有振动频率一致。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,自调谐振动吸收装置也是一种共振体，只是该装置可以通过一些简单的电路自动进行调谐，从而减小实际振动，如图39 所示。在机身装有一个加速度传感器，探测一定频率范围内的振动，并且产生电流给一个与配重相连的马达，马达可以移动两个配重块来改变共振体质量分布，从而改变共振体振动的频率以达到降低实际的振动值。STVA 一般被用于大型、复杂的直升机上。,另一种是用在西科斯基 S76 直升机上的自调谐振动吸收器，其工作也是利用共振体的原理，只是该装置是利用液压动力进行调谐的，如图310 所示。,B自调谐振动吸收装置（STVA）,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,该装置包含有动态惯性体（或者质量），支撑在一个基座上。惯性体通过销钉和衬套连接到一个框架上，弹簧预施加一对相反的作用力。当振动被惯性体感受时，惯性体就做与振动相反的运动，这样就产生一个抵消振动的力。通过两个液压柱塞改变弹簧的预施加力的大小，从而调谐惯性体的振动与主桨叶转速相匹配。,控制机构包含一个装在主减速箱上的桨叶转速传感器，为控制器提供转速信号。一个与液压柱塞相连的电位计，为控制器提供柱塞实际位置信号，控制器比较两个信号。一旦转速发生变化，控制器根据变化大小给伺服活门一个电信号，使液压流向柱塞一端或另一端，使柱塞伸长或缩短，从而改变弹簧的预施加力。,该装置安装在前机头舱，用于减小驾驶舱区域的振动。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,C桨毂减振器,该装置安装于桨毂上，吸收其振动，使振动不会传递到直升机机身结构上。其基本结构包含一个由球形枢轴连接支撑的重物，静止时重物被几个相同的张力弹簧固定在一个固定位置，运动中重物可以克服张力弹簧在任何水平方向上移动。类似于共振体，该重物也会根据产生的振动而做与之相反的运动，减小振动的影响，如图311 所示。,D桨毂减振板（BIFIMR）（见图312）,此为另一种在振动传递到机体结构之前消除或者减小主桨毂头产生振动的方法。这种吸振装置通常包括两个各有4 个成“x”形的铝材锻件减振板。每个减振板被制成“I”形切面结构，以实现最小的重量，达到最大刚度的要求。在减振板末端通过两个悬摆式的短轴连接有一个独立的配重组件。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,每个减振板都被设计成吸收特定的振动，图313 所示为一种典型的桨毂减振板安装示意图，上面的减振板是用来消除5：1 （5R）振动，下面的减振板是用来消除3：1（3R）振动。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,3.3 锥体检查,简介,“锥体”或者“打锥体”的定义就是尽量使所有主桨叶片翼尖轨迹在转动中处于同一平面上的过程。但是在一些环境下，完全的翼尖轨迹重叠并不能带来零振动和良好的操控性能，反而微小的“轨迹分离”可以达到此目的，也就是在各主桨叶片翼尖轨迹存在着轻微不同的情况，会带来最平稳的飞行和最小的振动。“平衡”就是在主桨叶旋转盘面上尽可能地实现质量分布均等，使主桨叶的重心尽可能地靠近旋转中心，也就是主桨轴中心的过程。,主桨锥体,确保所有主桨翼尖处于同一个转动轨迹上可以使桨叶不会受到前面桨叶翼尖所产生的涡流的影响。另外，如果一片桨叶的转动轨迹比其他桨叶低时，就会因为下洗气流的影响而造成升力损失。检查主桨叶锥体的几种主要方法：（1）旗杆锥体检查,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,该方法是使用一个支架，套有一个旋转的枢轴，在支架的顶部有两个减振板，在减振板之间用橡皮筋垂直悬挂着一面帆布旗。在每片桨叶翼尖上用彩色蜡笔依据桨叶的颜色分别涂上各自不同的颜色。当旋翼达到所要求的转速后，旗杆慢慢接近并进入翼尖轨道，直到每片桨叶翼尖撞击旗标留下痕迹。取下旗杆就可以进行翼尖高度分析，并与维护手册中列明的限制进行比较。,（1）旗杆锥体检查这种方法现只是在一些小型、结构简单的直升机上使用，而且只限制于在地面进行锥体检查（见图314）,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,（2）频闪锥体检查这是近些年才被使用的一种更加系统有效的锥体检测方法，它可以在悬停和飞行中进行锥体检查。在该方法中使用一个金属片作为“靶标”，在其一面涂有反光材料，通常利用翼尖罩的安装螺钉将其固定在翼尖罩下部。在座舱内有一个控制盒和一个便携高能频闪灯，都由直升机的电源系统供电。为了使频闪灯光的闪光频率与主桨叶片旋转速率达到同步，一般情况下会在直升机固定倾斜盘上装有一个磁频率探测器，在变距杆基座上装有一个小的金属切割器。切割器随桨叶每转动一周就经过磁探测器一次，并使探测器产生一个脉冲信号。该信号就为频闪灯光的闪光频率。图315 所示为一个典型磁探测器与切割器的安装示意图。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,当主桨叶在适当的转速下转动时，将频闪灯光对准桨叶翼尖位置，按下频闪灯按钮，高频闪亮的灯光将翼尖“靶标”照亮，当它的闪光频率与旋翼转速同步时，就会使观察者看到的是“靶标”几乎静止的图像，这样就可观察到翼尖的高度差。在一定模式下，这种方法也可用来判断阻尼器（前挥后摆阻尼器）的工作差异，也就是观察“靶标”水平位置上的分离度（见图316）。,（3）电子锥体检查这是一种比较先进的方法，其主要元件为以分析程序为基础的微处理器，并且不需要在翼尖安装“靶标”。这种设备一般都具有锥体及平衡的记录功能，完全由微处理器完成所有采集和分析工作，不像其他方法是依靠操作者的操作技术以及对数据的分析水平来达到更好效果的。,锥体数据采集方面，一般采用光学的或者电波探测（雷达）的方法进行采集。电子锥体检查法最大的一个优点就是可以提供打印出的锥体及平衡数据，以便在调整工作中使用。记录的数据可以被下载到一个地面设备上，一个具有适当软件程序的电脑设备就可以对下载的数据进行分析及存储，并且作为该直升机或者部件的历史数据。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,预调锥体,生产厂家为了将所有生产的桨叶与标准桨叶相匹配，达到在实际使用中的统一，采取了预调锥体的方法。也就是将桨叶安装在一个同时装有标准桨叶的旋转测试装置上，对其进行比较，并将所要求的达到能与标准桨叶相匹配的调整值标示在每片桨叶根部的下表面，通常该调整值的角度单位为“分”（即：1/60）。,将一片预调锥体的主桨叶安装到直升机上后，可以有许多不同的方法来调整设定桨叶的变距角。许多桨毂头变距杆上都设有刻度，出厂时变距杆都为统一的一个标准长度，当需要进行预调锥体时，可以根据刻度来确定调整量；另一方面，在桨毂和轴套上也可以设有游标尺，用来确定变距角的大小（见图317）；或使用水平卡具将主桨毂头固定在预设位置上，根据刻度调整变距杆的长度，同时通过游标尺读出变距角的变化。,注：理论上，经过以上预调锥体的工作，桨叶应该已被设置在理想锥体状态下了。可是实际工作中由于许多因素的影响，预调锥体后还需要对锥体进行检查（可以采取其中一种已经讨论过的锥体检查方法），进一步精细调整桨叶锥体。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,锥体调整,锥体调整可以采用以下两种方法中的一种，或者同时采用两种：调整变距杆的长度；调整安装于桨叶外部后缘的调整片。地面锥体调整一般是通过调整变距杆的长度来实现（见图 318）直升机维护手册中通常会给出每个变距杆调整量相对于翼尖轨迹的移动变化量。调整量的单位通常为“面” （也就是在变距杆上，使用扳手紧固锁定螺帽的六边形的一个面）。,同时，维护手册还会注明变距杆伸长或缩短的最大允许长度，在实际工作中一定不能超过该限制。如果调整量超过了这个限制，那么应该重新检查调整量的大小是否正确，如果该大小正确，则应该确定是什么原因造成了调整量超出限制。通常情况下的做法是将飞行控制系统以及变距杆恢复到其基准状态下，重新进行锥体检查。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,如果其中一片桨叶仍然需要调整超出限制，可以尝试调整其他几个变距杆，将其他的桨叶飞行轨迹整体上移或者下降，以达到将所有翼尖轨迹处于同一锥体（见图319）。,飞行中锥体通常通过调整固定安装的调整片来实现，也就是进行微小的锥体调整。主桨叶通常会有23 片调整片，一般只有一片是用来进行飞行锥体调整的，其他的都是不可调的，并且必须保持为出厂时设定的状态。一旦进行了调整片调整，就需要将调整量记录在原始履历卡中。维护手册中会给出调整片的最大允许调整量。如图320 所示，左面的桨叶显示当将调整片向下扳动调整后，将会使桨叶下降；右面的桨叶显示当将调整片向上扳动调整后，将会使桨叶上升。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,使用弯板器和量角器对调整片进行调整（见图321）。量角器连接到桨叶后缘，弯板器安装在调整片上，维护人员用力扳动弯板器上的把手来改变调整片的位置。弯板器必须与需要进行调整的调整片尺寸长度是一致的，这样调整时整个调整片都被扳动，而不会造成波纹效果。禁止使用手或者像钳子一类的工具扳动调整片，因为这样不能实现整个调整片的统一调整，而且有可能损坏调整片，破坏直升机锥体及振动。当完成了调整工作之后，应该注意检查在调整片连接到桨叶后缘处有无裂纹。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,一些小型直升机，在桨叶后缘并没有装有调整片。进行锥体调整时，直接在指定位置的桨叶后缘进行向上或者向下扳动的调整（见图322）。,由于锥体调整并不能消除所有低频振动，因此必须慎重考虑锥体调整方法的采用。如果进行了正确的锥体检查及调整后，并且桨叶轨迹已达到要求，低频振动仍然存在，那么应该对整个桨毂头及飞行控制系统进行详细检查，而不要盲目地继续进行锥体调整。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,尾桨叶锥体,应用于主桨叶锥体检查的方法也可以应用于尾桨叶锥体检查。实际工作中一般都采用频闪检查法和电子检查法。尾桨叶片一般没有桨叶后缘调整片，所以锥体调整一般通过改变变距杆长度来实现。在尾桨锥体检查工作中，由于尾桨叶片离地面很近，所以需要特别小心，不要伤害到地面工作人员；同时由于工作区域在直升机尾部，不在飞行员视线范围内，这样就需要现场有一名安全员，可以同时被飞行员和工作人员观察到。当飞行员给出开始工作的许可后，安全员传递开始信号给工作人员。,锥体检查程序,操作人员应根据维护手册对直升机进行锥体检查。以下所叙述的工作程序是概括了所有锥体检查操作中的普通共性部分内容，仅作为参考。（1）地面锥体检查整个桨叶传动机构，确定所有维护工作都已完成；如果采用频闪或者电子方法，其检查设备按照厂家说明书或者维护手册的相关规定来安装。检查设备的所有连线必须牢固固定在机体上，正确安排导线束的走向，不至于造成对操纵系统的阻碍和损伤；,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,实施完整的飞行前检查程序，确定直升机处于适航状态；在驾驶舱有一名合格的飞行员操纵，这样一旦直升机产生地面共振或者其他类似的问题，可以迅速将直升机提升至悬停；只有当直升机正常工作时，飞行员给出可以开始进行检查工作的许可后，工作人员才可以开始锥体检查，否则不允许擅自开始工作；一旦检查工作完成，获取数据并记录，直升机应马上关车；对检查数据进行分析后，如果需要，正确进行锥体调整。调整可以包括改变变距拉杆长度，调整后应正确锁定变距拉杆；地面锥体检查程序可以重复实施，直至锥体符合维护手册中的规定。（2）飞行中锥体详细检查桨毂头及桨叶状态，尤其是在进行了锥体调整工作后；进行完整的飞行前检查程序；如果需要在飞行中携带检查设备，应对设备及其连接导线进行仔细检查。导线应被固定在机体上，并且不会造成对直升机控制的任何阻碍和损伤；一般飞行锥体是指检查直升机处于悬停及不同向前飞行速度的状态下的锥体情况。注意：任何检查操作都应首先得到飞行员的许可后方可进行；,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,检查完成后，调整工作一般是通过调整桨叶后缘调整片来完成，注意使用正确的调整工具；调整片被调整后，应检查其固定根部是否出现裂纹；飞行中锥体检查程序可以重复实施，直至达到满意的锥体结果；某些情况下，如果进行了锥体调整后，还需要进行直升机自转检查。在安全的高度上使直升机进入自转状态，当自转转速稳定之后，记录下转速、高度、外界空气温度。与维护手册中的相关图表进行对比，检查自转速度是否在限制范围内；所有锥体检查工作完成后，将所有检查设备从直升机上拆除。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,3.4 平衡,平衡就是尽可能地将主桨旋转平面上的质量均等分布的过程。有两种平衡过程：静平衡与动平衡。,静平衡,制造厂家和大修部门在产品出厂前为保证传动机构尽可能振动最小，各旋转组件（例如桨毂头和桨叶）都分别单独进行静平衡工作。在每片主桨叶片上装有重量不同的配重以实现桨叶在弦向和展向上的平衡。根据桨叶类型的不同，配重应该在特定的限制重量范围内。通常主桨毂头和尾桨毂头在安装到直升机前也要求进行静平衡。静平衡后的旋翼系统并不代表在旋转工作中就会达到良好的动平衡。经过了静平衡后，将避免旋翼系统在旋转中出现较大的振动以及很严重的平衡失效，而只会出现很微小的不平衡。如果在静平衡工作中做到尽可能的细致、准确，将会避免桨叶在以后出现许多其他问题。许多旋翼系统，包括桨毂头和桨叶，只要求安装一些小的部件来单独进行静平衡。所有静平衡工作应在理想的条件下完成，不受气流和振动的影响，通常在特别设定的区间或实验室内完成。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,（1）部件静平衡,传动系统和旋翼系统中所有部件在出厂前，制造厂家都已经对它们进行了平衡处理。所以在日后维护时，关键要保持这种平衡状态不被破坏。当转轴或者其他旋转部件被拆下并且重新装回时，一定注意要与其连接的其他部件正确匹配，拆卸时所做的基准标识可以用来确保部件被装回原来的位置。如果对拆卸下来的部件进行修理或者部件受到了损坏，将破坏部件原有的平衡状态。这时就应该参照维护手册的规定，如果厂家允许外场重新校平衡工作，那么就进行静平衡调整；如不允许，则返回厂家进行重新定静平衡的工作。还需要注意的是，如果需要从部件上拆下可调垫片或者配平垫片/配重时，这些小部件应与其原安装部件系附在一起，以免错装，并且标记上它们原来在部件上的安装位置，当重新组合后可以恢复到原来的平衡状态。,（2）主桨叶片静平衡根据直升机或者部件生产厂家的不同，在静平衡工作过程中使用的精密设备各不相同，以下所叙述的为其中非常普遍的程序。桨毂头在平衡之前一定是处于可适用的状态，并且在各个润滑油箱内贮存正确的滑油量。如果桨毂头是由油脂进行润滑的，应该在乎衡之后才对桨毂进行润滑。这是因为在平度衡过程中是无法准确判断出具体在每个部件中的油脂量。无论是哪种情况，都应严格按照维护手册或者维护大纲进行操作。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,图 323 所示为一种典型的使用水平仪作测试的静平衡支架。支架上有一个球形轴承，被测试桨毂头可以在球形轴承上“摇摆”。对桨毂头进行精细地配平，直至桨毂头静止状态下完全达到水平稳定状态，这时水平仪指示器位于圆心。配平是通过在指定位置添加或减少配重来完成的。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,（3）尾桨静平衡尾桨静平衡的设备与程序基本上是与主桨静平衡相似的，只是尾桨毂头与尾桨叶片总是作为一个整体机构进行静平衡。图324 所示为一种尾桨静平衡的设备，尾桨组件在中心部位被固定在一个有两个伸出心轴的机构上，心轴架在托架的刀架上。刀架为水平安置的，心轴可以在刀架上自由滚动，如果心轴有向某一边滚动的趋势，说明组件存在着不平衡。在进行静平衡工作之前，需要注意应该先将托架完全水平，以避免在工作中产生误差。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,动平衡,即使经过了静平衡，某些桨毂头与桨叶组装在一起后仍然会出现一些问题，继续对整个机构进行动平衡是非常必要的。当摆振阻尼器或者其他一些部件被安装到桨毂头上后，也有可能由于不平衡而产生振动。无论何时进行部件更换，大到整个桨毂头，小到阻尼器，都应该进行整个机构的动平衡检查。在进行动平衡之前，桨叶一定要锥体良好或者首先进行锥体检查。使用一些先进的电子方法可以将锥体及平衡检查在同一设备上完成。加速度传感器（加速度计）是常用的一种用来探测不平衡力矩的元件。加速度计一般为压电式，主要原理是当晶体材料被拉伸或者挤压时会产生一个电流。将晶体安装在一个固定基座及一个可移动块之间，可移动块材料一般为钨金属。将加速度计安装到探测机体上，当机体发生振动时，加速度计作为一个整体也随之发生移动，可移动钨金属块就会不断做出相对于晶体的挤压和拉伸运动，由于晶体的这种运动，随着每个振动周期产生的电流就会产生一个交变电压。加速度计产生的信号被过滤掉其他振动所引起的部分后，只留下所设定探测振动的信号，并且被记录下来，其结果显示于一个仪表上。该显示只能表明振动的大小，而不能显示出振动相对于旋翼的位置。如果想要通过加减配重来消除振动，我们还需要清楚不平衡力矩出现的位置。通常会用“时钟角度”（CLOCK ANGLE）来表达不平衡力矩的位置。为了确定振动相位一般采取与锥体检查类似的方法，在主桨旋转及不旋转倾斜盘上分别安装传感器及磁采集器。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,每当感应片经过磁采集器就产生一个脉冲信号，以此就可以给出桨叶旋转位置的信息。这样就可以同时获得振动强度和振动相位的信息，然后根据维护手册的说明，就可以进行平衡调整了。图325 所示为垂直及横向振动的加速度计的安装示意图。应该注意的是，在将加速度计安装于支座上之前，应首先检查确定支座是否被牢固固定，避免安装后产生错误显示。,配重的形式多样，有些直升机将配重做成垫片装在安装螺栓上，在桨毂上形成平衡点，如图326 所示；另一种方法为在桨叶安装轴套内形成中空腔，在腔内可以精确添加一些铅丸作为配重来调整桨叶平衡点，如图327 所示。,动平衡调整主要是指在主桨毂或者桨叶上增加或者减少配重，使不平衡力矩尽量靠近旋转中心，即旋翼轴中心线，从而减少振动,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,3.5 直升机机载监控系统,该系统是用来监控和显示一些影响飞行安全的参数。其中的一部分就是探测及记录桨叶、传动机构和机体的振动水平，某些型号的HUMS 及IHUMS 系统也会探测及记录桨叶的锥体。,许多大型现代直升机已经加装了直升机应用及监控系统（HUMS）或者综合直升机应用及监控系统（IHUMS），将其作为一个永久部件安装在直升机上。,在一个典型系统中，如图 328 所示，有多达12 个加速度计来探测传动机构振动；3 个加速度计探测主桨；2 个加速度计探测尾桨。另外有多达8 个加速度计探测机体振动，4 个安装在发动机上。系统还包含有一个光学仪器用来监控主桨叶锥体，根据系统设置的不同，可以在全部或者部分飞行状态下监控锥体。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,传感器将信息传递到“维护数据记忆卡” （CMDR），并储存在卡内。信息可以显示在驾驶舱显示单元（CDU）上，也可以下载到一个地面站。飞行员可以通过CDU 了解振动水平及锥体状况。一旦超出限制，显示器给出警告提示。,地面站是一台装有配套软件的电脑，用来下载并分析 CMDR 上的数据，并且可以向维护人员给出建议，使一些潜在的故障在发生之初即提醒维修人员处理；同时还可以对每架航空器以及被监控系统的历史进行数据归档。图329所示为某种机型的HUMS 流程图。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,3.6 地面共振,地面共振是发生在地面的一种自激发的振动，当直升机在地面工作或滑跑时受到外界振动后，旋翼会偏离平衡位置，这时桨叶重心偏离旋转中心，桨叶重心的离心激振力引起机身在起落架上的振动，机身的振动对旋翼起激化振动的作用，形成一闭环系统，使得旋翼摆振运动越来越大。,当旋翼摆振频率与机身在起落架上的某个固有频率相等或接近时，系统的阻尼又不足以消除它们相互激励的能量，这时地面共振将逐渐地发展变大，如果地面共振没有被及时正确地处理，将会导致整个直升机的结构损毁。地面共振多发生于全铰接桨毂头结构的直升机上，其原因是由于主桨机构几何上的不平衡而造成的。实际上，当桨叶发生不正常位移时，也就是一片桨叶向前挥动，而临近的另一片桨叶向后摆动时，产生了不平衡力矩，桨叶重心也从其平衡位置上偏出。不平衡力矩传递到机体结构上就会造成直升机前后、左右摇摆。如果任由这种摇摆发展下去，就足以使直升机侧翻，最终损毁直升机。图330 所示表明桨叶前挥后摆是如何造成地面共振的。,桨叶引起的摇摆移动造成直升机产生反作用力，并且通过起落架传递到地面时，情况就会更加恶化。如果轮胎压力不足，或者减震支柱设定不正确或压力不足时，情况也会更加恶化。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,所以有必要定期检查起落架轮胎的压力状况以及根据维护手册中的规定或者如果怀疑起落架存在着隐患时，采取必要的、正确的措施。减震支柱也应根据维护手册中相关的内容，定期检查压力及伸展状况。滑橇式起落架一般都设计成具有吸收振动的功能，但滑橇式起落架也可能使地面共振的情况更加恶化，尤其是在铰接点发生磨损或者没有进行正确的起落架调试时。滑橇式起落架应该根据维护手册的相关内容进行定期、仔细的维护，避免可能的地面共振现象。地面共振也经常出现在旋翼开始转动且逐渐加速期间，这是由于在这段期间内桨叶离心力不够大，导致桨叶“滑”出锥体。所以旋翼启动时间不宜过长，应该尽快使旋翼达到正常转速。一旦直升机发生地面共振，负责操控直升机的飞行员应该：减小油门，将桨距放到底；蹬舵，防止直升机猛烈转动；如果上述两项措施仍没有使振动明显减弱，则应立即关闭发动机，并柔和地使用旋翼刹车；在滑跑情况下，如果出现地面共振，在考虑起飞重量、标高、温度、湿度等因素，且净空条件允许，则应立即将直升机提升离开地面进入悬停状态。直升机在空中摇摆位移将会消失。应该注意的是，此时引起地面共振的振动源依然存在。直升机应在重新落地后迅速关车，查明原因。,直升机结构与系统 第三章 桨叶锥体及振动分析,第3章结束,
