DO-160E 第八章 振动.doc

RTCA, Inc1828 L Street, NW, Suite 805华盛顿，哥伦比亚特区20036RTCA/DO-160E机载设备的环境条件和试验方法第八章振动重要提示本章中所包含的信息对于所有的试验方法都是适用的，包括在其他章节中所描述的试验方法。附录A适用于既定环境试验的实施。批准日期 2004年12月9日替代RTCA/DO-160D提出：SC-1358.0 振动8.1试验目的本试验目的为验证待试设备在适当的安装位置上经受规定类别的振动量值时是否符合相关设备性能标准(包括耐久性要求)。8.2 适用范围以下振动试验适用于螺旋桨推进的固定翼飞机、涡轮喷气飞机、使用涡桨发动机的固定翼飞机、使用桨扇发动机的固定翼飞机和直升机。本节定义的振动试验是为了验证待试设备是否符合其性能标准。试验内容的选择取决于以三因素：(1) 飞机类型；(2)试验类别；(3)设备在飞机上的安装位置。具体要求和步骤在以下章节叙述。8.2.1 振动试验分类适用类别（类别系列）的选择于设备符合其性能标准的要求程度。固定翼飞机上的机载设备需进行标准试验和鲁棒试验。是否进行高量值短时振动试验取决于设备性能的要求。安装于直升机的机载设备，只需进行鲁棒振动试验。8.2.1.1标准振动试验( S类)本试验验证固定翼飞机上机载设备在飞机正常飞行时遇到的振动环境中是否能够满足其功能要求。8.2.1.2健壮振动试验( R类、U类和U2 类)本试验目的为验证设备在经受振动环境时能正常工作，且在经受相当强度的振动环境后仍能正常工作。鲁棒振动试验同时验证了设备的功能和结构完整性。所有需要承受长时间振动环境的机载设备都需进行鲁棒振动试验，以验证其对振动环境的承受能力。设备技术要求需明确该设备是否需进行鲁棒振动试验。对于安装在未知旋翼频率的直升机上的设备要进行U类和U2类试验。8.2.1.3高量值短时振动试验( H类、Z 类)高量值瞬间振动环境发生在固定翼飞机的发动机叶片折断时，此为固定翼飞机的异常状态。对飞机性能有极重要影响的设备必须进行此项试验，因为此类设备丧失功能后将对飞机产生极为危险的影响。H类试验是通用的试验，适用于所有类型飞机。Z类试验适用于发动机转速很低的飞机。H类和Z类试验不能取代标准振动试验和鲁棒振动测试。注意以下提示。注：以上规定不适用于特殊发动机的不平衡性引起的振动强度的全面分析。所以对于某些飞机，仅进行上述振动试验是不足的，必要时还需进行其他试验和分析。8.2.2 试验曲线和试验量值的选择8.2.2.1试验内容表8-0中的数据规定了各类试验的简要内容。详细内容见试验步骤。表8-0 试验要求类别飞机类型标准振动高量值短时振动健壮振动S固定翼在各强度水平上对于各轴施加1小时的正弦或随机振动NANAH 或Z固定翼NA每个轴进行高g过载，低频正弦扫描NAR固定翼NANA每个量值至少试验30分钟，持续时间3小时(在三个轴都要进行)R 或U直升机NANA随机叠加正弦振动，U类试验重复三次U2 直升机NANA随机试验；每个量值至少试验30分钟，持续时间3小时(在三个轴都要进行)8.2.2.2试验曲线不同型号飞机各类试验的试验曲线参考表8-1。图8-1至图8-5为表8-1中固定翼飞机各类试验的试验量值。表8-2a和表8-2b为直升机的试验曲线。注意“仪表板、控制台和支架”中包括附属的内部部件和机舱地板，因为这些都不属于“机身”的范围。“机身”包括除那些安装在多槽设备架中的设备外的所有的机载装置，这些装置安装在机身框架、纵梁、蒙皮或其他的机身结构或支架上。允许的重量对于重量超过22.7千克(50磅)的设备，允许按以下规定在频率超过60HZ的标准振动试验和健壮振动试验降低振动量值：对于重量22.7千克(50磅)以上的部分，每增重0.454千克(1.0磅)降低0.1dB，最大降低6.0dB。(注意：降低6dB，加速度功率谱密度量值降低到原有量值的1/4，使正弦量值降低到原有量值的1/2。)8.3 振动试验要求以下原则适用于所有振动试验。a.安装待试设备的要求为使其输入的振动运动平行于该设备三个正交轴的方向。使用刚性且对称的支架固定待试设备。设备安装在支架或振动台上的安装方式与设备规范要求一致。带有振动/冲击减振器的设备试验时应保留。 b.在可能的情况下，加速度计应安装在受试设备上，以测量和记录设备沿振动方向的振动响应，进而确定谐振频率和放大系数。加速度计安装位置包括主框架、印刷电路板、较大部件和模块的合适位置。 c.控制加速度计应安装在试验夹具上，尽可能靠近设备每试验轴向的安装位置。当采用多个控制加速度计控制试验量值强度，正弦振动试验采用平均值控制，随机振动试验采用加速度功率谱密度平均值控制试验量值。所有类型的振动试验均应显示适当的输入谱线或功率谱密度值（APSD）以证明振动控制量值符合试验要求。 d.随机振动信号应服从正态分布，控制信号的瞬间振动加速度峰值应限于3倍g rms加速度量值。 e.测量正弦加速度信号的仪器精度应为加速度计量程的和频率的。f.如果振动试验台的能力不能满足随机振动要求，可将试验分为10到600Hz和600到2000Hz两个频段上单独试验。在两个频段上分别进行一段时间的试验。8.4 振动试验量值要求8.4.1 控制信号量值容差要求8.4.1.1正弦激励 如8.3c所述，在全频段内，任意正弦激励曲线加速度控制的量值容差为规定量值的。8.4.1.2随机激励如8.3c所述，试验控制信号的加速度功率谱密度（APSD）容差要求如下：低于500Hz时偏离规定量值不超过3dB或-1.5dB；5002000Hz频段偏离规定量值不超过3dB。全频段内，控制信号的均方根值为规定加速度功率谱密度曲线均方根值的-5%到20%。8.4.2 加速度功率谱密度的测量分析和控制系统应使用带宽时间的乘积（BT）大于或等于50的。特定分析仪特性性能或等效仪器特性规定如下。在加速度功率谱密度的测量中一般采用离散快速傅立叶变换。8.4.2.1模拟分析仪要求a. 并联滤波器，均衡/分析系统的带宽B应50Hz；b. 扫频分析系统特性如下： (1) 等带宽分析仪。 (a) 滤波器带宽 B=10Hz， 10到200Hz，最大B=50Hz， 200到2000Hz，最大。 (b)分析仪平均时间，最小，其中T=真平均时间，=分析仪时间常数。(c) 分析线性性扫描率R=B/4或B2/4Hz/s，最大，取其较小者。 (2)等百分比带宽分析仪 (a) 滤波器带宽=1/3倍频程，最大(其中为百分比，0.23，为分析仪中心频率)。 (b)分析仪平均时间T=，最小。 (c)分析对数扫描速率或Hz/s，最大，取其较小者。8.4.2.2数字分析仪要求采用离散频率分析技术的数字功率谱密度分析系统应具有最小400线的频率分辨率(即应5Hz)。带宽与时间的乘积等于获得一个加速度功率谱密度的纪录数(即测量加速度功率谱密度时总平均数的数目需50)。8.5 固定翼飞机标准振动试验的试验程序表8-1规定了各类飞机的所用的标准振动试验曲线，飞机不同部位处机载设备的试验曲线见图8-1到图8-3。对于多数型号的飞机(多数部位)上设备的试验，正弦或随机试验振动曲线都是确定的。对于类型6部位7内的机载设备，用户可以在随机试验和正弦振动试验中任选一种。正弦和随机试验的程序如下： (注：正弦或随机试验任选一种)。 在标准振动试验过程中和结束时，确定是否符合相关设备性能标准。8.5.1 正弦试验程序 待试机载设备的三个正交轴都分别按图8-2或图8-3中的相应测试曲线进行下列振动试验。设备工作，按以下步骤进行正弦扫描试验。以不超过1.0倍频程/分钟的对数扫描速率从频率范围的最低频率开始扫至最高频率(上扫描)再回扫至最低频率(下扫描)。在上扫描初始阶段，记录所选响应位置处的加速度计曲线，并确定临界频率。临界频率指：(1)在该频率处，机械振动响应具有峰值加速度幅值大于两倍输入加速度幅值(2)设备性能或特性显著改变，此时不考虑是否超过设备的性能标准。继续进行正弦扫描至少一小时，确定是否符合相关设备性能标准。试验期间在临界频率出现的任何变化都需记录在该设备的环境合格鉴定表中(见附录A)。试验结束后需对设备进行检查以确定该设备内部和外部组件没有结构上的损坏。当施加的输入振动的总位移超过0.5mm时，若试件不能正常读数或显示不应作为试验失败的原因。8.5.2 随机试验程序待试设备的三个正交轴都需按照下列步骤进行振动试验。a. 从10Hz到2000Hz以不超过1.0倍频程/分钟的扫描速率进行峰值加速度0.5g的正弦扫描试验，。记录机载设备选定点处加速度计的响应曲线，以确定谐振频率和放大因子。谐振频率定义为：该频率的响应峰值加速度幅值大于两倍输入加速度幅值。b.设备工作，按图8-1所示的相应加速度功率谱密度量值分别在三个正交轴上进行至少一小时试验，以确定是否符合相关设备性能标准。振动试验期间同时进行设备上振动响应加速度功率谱密度的测量及分析。c.重复进行8.5.2a中描述的正弦扫描。振动谐振频率处的所有变化都要记录在设备环境鉴定合格表中(见附录A)。试验结束后需对设备进行检查以确定该设备内部和外部组件没有结构上的损坏。8.6 高量值短时振动试验程序设备工作，按图8-5规定量值选择该设备适当位置施加正弦振动输入。H类试验从10Hz至250Hz以不超过0.167Hz/sec的扫描速率在三个正交轴的各轴分别进行正弦线性扫描试验。较为严酷的Z类试验，最高频率可以适当降低，但最高频率应大于等于螺旋桨转速的2倍。Z类试验中试验的最高频率应记录在环境鉴定合格表中。确定是否符合相关设备性能标准。试验期间和试验后设备工作性能要求需在设备技术规范中加以明确。8.7 固定翼飞机鲁棒振动试验程序表8-1规定了各类飞机的所用的鲁棒振动试验曲线，飞机不同部位处机载设备的试验曲线见图8-1到图8-4。对于多数型号的飞机(多数部位)上设备的试验，正弦或随机试验振动曲线都是确定的。正弦和随机试验的程序如下： (注：正弦或随机试验任选一种)。8.7.1 正弦试验程序在设备的三个正交轴分别进行相应量值的正弦振动试验(试验曲线如图8-2)。振动试验期间和试验结束后，确定是否符合相关设备性能标准。a.设备工作(除非设备技术规范另有规定)，按以下步骤进行正弦扫描试验。以不超过1.0倍频程/分钟的对数扫描速率从频率范围的最低频率开始扫至最高频率(上扫描)再回扫至最低频率(下扫描)。以上扫描时间应包括在8.7.1c中规定的总扫描时间内。在上扫描初始阶段，记录所选响应位置处的加速度计曲线，并确定临界频率。临界频率指：(1)在该频率处，机械振动响应具有峰值加速度幅值大于两倍输入加速度幅值(2)设备性能或特性显著改变，此时不考虑是否超过设备的性能标准。b从8.7.1a中确定的临界频率中选择4个最严酷的频率，在这4个频率处定频扫描30分钟。如有必要，为确保谐振时最大加速度响应不变上述扫描过程中所用的扫描频率可做进行适当调整，。若确定的临界频率不足四个，则在每个临界频率处分别作30分钟定频扫描，若未找到临界频率，则无需要做此项试验。 测率振荡调整，以保准上都要888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888c.定频试验结束后，进行扫频试验。扫频试验时间为3小时减8.7.1b中试验 所用 的时间。 在试验期间临界频率处发生的所有变化都需记录在环境鉴定合格表中(见附录A)。若没有变化发生，需在技术规范中对振动试验的影响予以说明。当施加的输入振动的总位移超过0.5mm时，若试件不能正常读数或显示不应作为试验失败的原因。d. 试验结束后需对设备进行检查以确定该设备内部和外部组件没有结构上的损坏。8.7.2 随机试验程序在设备三个正交轴的各轴都需分别进行如下试验步骤：a. 从10Hz到2000Hz以不超过1.0倍频程/分钟的扫描速率进行峰值加速度为0.5g的正弦扫描试验，。记录机载设备选定点处加速度计的响应曲线，以确定谐振频率和放大因子。谐振频率定义为：该频率的响应峰值加速度幅值大于两倍输入加速度幅值。b. 设备工作，按图8-1所示的相应加速度功率谱密度量值分别在三个正交轴上进行至少30分钟试验，以确定是否符合相关设备性能标准。振动试验期间同时进行设备上振动响应加速度功率谱密度的测量及分析。c.按图8-4规定施加加速度功率谱密度量值耐久振动试验3小时。除非设备技术规范另有说明，否则试验中试件应为工作状态。在试验初始和将要结束时，进行振动响应加速度功率谱密度（APSD）分析，确定是否符合相关设备性能标准。若在耐久振动试验中没有进行确定是否符合相关设备性能标准的测试，则在耐久振动试验完成后，进行该项测试。d.重复进行8.7.2a中描述的正弦扫描。在振动谐振频率处的所有变化都要记录在设备的环境鉴定合格表中(见附录A)。e.试验结束后需对设备进行检查以确定该设备内部和外部组件没有结构上的损坏。8.8 直升机的振动试验本试验适用于安装在直升机上且没有振动环境测量数据可用的机载设备。已有测量数据的直升机，可根据直升机试验标准对试验条件进行适当剪裁，再根据剪裁后的条件进行规定步骤的试验。以下试验程序适用于已知直升机频率和未知频率两种情况。若直升机频率未知则有两种试验程序可供选择。在关键部件和其他弹性支撑设备的试验过程中，应特别注意磨损和已发生的损坏。8.8.1 正弦叠加随机的试验程序已知直升机频率 正弦叠加随机的试验的频率、量值和试验步骤如下。安装在直升机上的机载设备都应通过本试验，直升机的频率见表8-2a，表8-2a规定的频率在8.8.1.3节规定的正弦频率fn*0.90至fn*1.10范围内。8.8.1.1试验频率直升机四个主要旋转部件的1/转频率定义如下：FM=主旋翼转速，Hz；FT=尾桨转速，Hz；FE=发动机转速，Hz；FG=主变速箱的转速，Hz；旋翼桨叶的振源频率由主旋翼和尾桨的叶片数决定。NM=主旋翼叶片数；NM*FM=主旋翼基本振源频率，Hz；NT=尾桨叶片数；NT*FT=尾桨基本振源频率，Hz 直升机各安装部位试验频率的计算参考表8-2a中的公式。8.8.1.2正弦和随机试验量值试验量值的计算参考表8-2b中的公式，使用频率按8.8.1.1节的规定计算。正弦叠加随机试验曲线见图8-6的试验曲线。8.8.1.3试验程序试验选用的振动量值输入应包括上述章节规定的正弦频率和宽带随机试验量值。正弦试验为以不超过1倍频程/分钟的速率从fn*(0.9)到fn*(1.1)(fn为试验谱的正弦频率) 进行对数扫描。设备的三个正交轴各轴都需分别进行功能振动试验和耐久振动试验，试验步骤如下：a. . 从10Hz到2000Hz以不超过1.0倍频程/分钟的扫描速率进行峰值加速度为0.5g的正弦扫描试验，。记录机载设备选定点处加速度计的响应曲线，以确定谐振频率和放大因子。谐振频率定义为：该频率的响应峰值加速度幅值大于两倍输入加速度幅值。b.设备工作，在三个正交轴上分别进行至少30分钟的相应量值功能振动试验，试验曲线见表8-1，试验量值曲线分别见表8-2a和表8-2b，验证设备是否符合相关设备性能标准。c.除非设备技术规范另有规定，进行耐久振动试验时设备不工作(表8-1中的耐久试验量值曲线见表8-2a和表8-2b)，试验时间至少为1小时。若在正弦试验全频带的10%内存在一个或多个谐振频率(谐振频率按8.8.1.3a所述方式确定)，选择最严酷的频率(最多选4个)进行30分钟正弦定频扫描试验。正弦定频扫描试验可以使用多个频率。在定频扫描试验期间如有必要，为确保谐振时最大加速度响应不变上述扫描过程中所用的扫描频率可做进行适当调整。设备不工作的试验时间为2小时加上正弦定频扫描试验所用时间。d.8.8.1.3c的试验结束后，重复进行8.8.1.3b的试验。性能的所有变化都需记录在设备环境合格鉴定表中(见附录A)。e.重复进行8.5.2a节的正弦扫描试验。振动谐振频率若有变化需记录在设备的环境合格鉴定表中(见附录A)。若没有变，则需阐明试验对设备的影响。当施加的输入振动的总位移超过0.5mm时，若试件不能正常读数或显示不应作为试验失败的原因。f. 试验结束后需对设备进行检查以确定该设备内部和外部组件没有结构上的损坏。8.8.2 U类随机叠加正弦试验程序未知直升机频率未知直升机频率情况下的试验可以采用8.8.1已知直升机频率时的随机叠加正弦试验程序，试验频率的确定在以下说明。以下试验步骤仅可用于表8-2a中安装在部位1a和部位2设备的试验。这些部位包括机身、仪表面板、控制台和设备安装支架。进行三次8.8.1.3中所述的试验(三次试验记为试验1，试验2或试验3)，三次测试所用正弦测试频率如下：试验 1：=11Hz，=19.9Hz，=35.5Hz，=63.9Hz试验 2：=13.4Hz，=24Hz，=43.4Hz，=77.8Hz，试验 3：=16.3Hz，=29.2Hz，=52.5Hz，=94.9Hz，各次试验的每一个谐振频率处都需进行设备谐振正弦定频扫描试验。8.8.3 U2类随机试验程序未知直升机频率表8-2A中安装在部位1a和部位2处的设备可用随机试验程序替代其随机叠加正弦试验程序，本试验程序也适用于部位1b(尾桁处)上设备。在设备三个正交轴的每一个轴上，采用图8-7所示的试验曲线和试验量值进行以下试验；a.设备工作，进行30分钟功能试验以检验设备“在振动时是否符合相关设备性能标准”。试验期间，需对设备上选定位置处的加速度响应做加速度功率谱密度分析。b.进行3小时的耐久试验，除非另有说明，试验期间设备不工作。a. 在3小时试验结束后，重复进行8.8.2a节规定的试验。性能和振动响应的所有的变化都需记录在环境鉴定合格表中(见附录A)。b. 试验结束后需对设备进行检查以确定该设备内部和外部组件没有结构上的损坏。第 20 页 共 20 页表8-1 按飞机类型和设备安装位置的振动试验分类飞机类型测试类飞机上设备安装部位1234567机身仪表面板，控制台和设备支架发动机舱和外挂架发动机和变速箱机翼和起落架舱起落架尾翼和扰流片1直升机(活塞式和涡喷发动机)R或U(1)振动试验曲线(2)GGHIJU2(1)FF1FF12固定翼涡喷或涡扇发动机(亚音速和超音速)SC(3)B，B2或B3(4)DWEWEH或ZRRPPPPPRCC1(3)BB1,B2B12或B3 B4(4)DD1WEE1WEE13. 固定翼活塞式和涡桨发动机，多发，发动机重量超过5700千克(12500磅)SL (3)MTUT4多发，发动机重量小于5700千克(12500磅)SM (3)MLLL5单发，发动机重量小于5700千克(12500磅)SMMMLM6固定翼飞机无涵道涡扇发动机(涡桨)SY(3)B，B2或B3(4)DWEWE或ZH或ZRRPPPPPRY(3)BB1, B2B12或B3 B4(4)DD1WEE1WEE1或Z注意：1. U仅用于位置1a和位置2(1a是机身，1b是尾桁处)处设备的试验。U2是U的替代试验，仅用于安装位置1a、位置1b和位置2处设备的试验。 2曲线B到E是随机试验曲线，曲线G到J是随机叠加正弦试验曲线，其他的用于正弦试验。 3.不包括安装在受喷流影响部位的机载设备。 4曲线B和曲线B12分别和EUROCAE ED-14C/RTCA DO-160C中的B和B相同。它们代表了很多固定翼飞机的振动环境量值，但不能代表其它飞机的振动环境情况。曲线B和B1包含更高的量值要求，反映了所有情况下的预期环境。曲线B3和B4代表大型飞机。表8-2a 直升机随机和正弦振动试验频率直升机不同部位处设备振动试验频率部位/试验曲线1a/G1b/G2/G3/H4/I7/J(1)试验频率机身尾桁仪表面板控制台和设备支架发动机舱和外挂架发动机和变速箱尾翼和扰流片NMFMNMFMNMFMNMFMNMFMNMFM2NMFM2NMFM2NMFM2NMFM2NMFM2NMFMNTFTFEFENTFT2NTFTFGFG2NTFT注意(1)FM，FT，FE，FG ,NM和NT在8.8.1中定义表8-2b 直升机随机和正弦振动试验频率直升机振动试验曲线试验量值(功能)试验(1)频率范围，Hz正弦试验量值，An，(g-PK)(2)GHIJ4.24.21.62.54.216.7功率谱密度随机试验曲线量值()(2)0.010.010.010.01直升机振动试验曲线试验量值(耐久)试验(1)频率范围，Hz正弦试验量值，An，(g-PK)(2)GHIJ2.53.54.005.002.53.55.0016.7功率谱密度随机试验曲线量值()(2)0.020.020.020.02(1)注意1：各部位的四个正弦频率，由表8-2a 决定(2)注意2：对于那些安装在机身外部和暴露在飞机外