05 动平衡旋翼台旋翼头平衡装置工作原理研究沈庆楼5

1、第二十八届（2012）全国直升机年会论文动平衡旋翼台旋翼头平衡装置工作原理研究沈庆楼1 张守权1 刘 政2（1海军驻哈尔滨地区航空军事代表室；2中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司，哈尔滨，150066）摘 要：现代直升机主旋翼桨叶均为复合材料桨叶，寿命得到了大大提高。为了提高其维护使用性能，一般主桨叶均具有单片互换性，这样可以在出现意外情况时，降低维护成本。主桨叶的单片互换性一般通过动平衡配重和调整片的调整来实现，这样的调整过程在地面动平衡试验台上进行。为了精确的进行动平衡调整，提高铰链力矩测量精度，一般动平衡旋翼台上均设置了测量系统的平衡装置，本文针对该平衡装置进行了简要的工作原理分析，

2、希望能够给同类试验设备的设计提供借鉴。关键词：直升机; 主桨叶; 单片互换性; 动平衡台; 平衡装置1 引言直升机旋翼桨叶动平衡台是复合材料旋翼桨叶制造过程中，调整桨叶锥体线性，确保桨叶具有单片互换性的一种重要手段。桨叶动平衡台能够测试桨叶的初始安装角、铰链力矩值，并能够校正桨叶后缘调整片的角度值和桨叶尖部的动平衡配重分布。为了实现上述测量调整目标，旋翼台桨毂系统必须能够测量铰链力矩和初始安装角。某型机的旋翼桨叶动平衡台设计图如图1所示。由于旋翼桨毂操纵线系中串入了测量和调整设备，必然会影响实际测量值，为了能够能够保证桨叶铰链力矩的测量精度，必须对铰链力矩测量和初始安装角测量装置的安装采取适当

3、的平衡措施，本文将对该平衡装置工作原理进行详细分析探讨。图1 旋翼桨叶动平衡试验台旋翼头示意图2 平衡装置原理分析图1中的动平衡台旋翼头是由某型机旋翼桨毂改装而成，由于其旋翼头原用的变距拉杆很短，难以布置下铰链力矩测量传感器和初始安装角调整测量线性作动器，所示采用了适当的串联机构代替了原用的变距拉杆，具体如图2所示。图2 铰链力矩传感器和线性作动器安装结构图旋翼台变距测量调整串联机构包括1个铰链力矩传感器安装杆、1个串联人字叉、1个线性作动器、1个小配重和1个大配重组成，其中大、小配重均可以调整在螺杆上的上下高度位置，大配重还可以调整相对于串联人字叉转轴的角度。图2中左侧为桨毂上部平衡装置的固

4、定支座及人字叉和大配重示意图，右侧为测力连杆、线性作动器及人字叉等的串联结构示意图。2.1 小配重的作用带有小配重的测力连杆相当于外伸梁，在离心力的作用下，测力拉杆和小配重的离心载荷会使测力拉杆发生弯曲，小配重的作用是平衡铰链力矩测量传感器所受的弯曲变形，以保证铰链力矩测量传感器不受附加弯矩，使其处于正常拉压的理论工作受力状态，减少测量误差的产生。可以将拉杆及传感器的离心力作为均布载荷作用在外伸梁上，将小配重的离心力作为集中载荷最用在外伸梁上，通过单独分析两种载荷对外伸梁的挠曲变形结果，通过比较离测力传感器较近的上铰支点的转角作为平衡条件，消除测力传感器所受的弯曲变形。小配重对拉杆的作用相当于

5、作用于外伸梁外伸臂端部的集中载荷，拉杆上铰支点处的挠曲转角为： （2.1）其中：P1为外伸臂集中载荷，载荷等于小配重旋转离心力；x为小配重所在位置的外伸臂长度；l为简支梁长度566.2mm；EJ为外伸梁弯曲刚度。传感器以及部拉杆的作用外伸梁沿梁全长近似均匀分布载荷，在拉杆上支点处的转角为： （2.2）其中：q为拉杆的平均分布载荷，等于传感器以及拉杆的离心力的总和在梁上均布；a为外伸臂的长度233.8mm；l为简支梁的长度566.2mm；EJ为外伸梁弯曲刚度。为了保证铰链力矩传感器不受附加弯矩影响，应保证： （2.3）带入式（2.1）和（2.2），得到： （2.4）上述设计方案中，拉杆及小配重的

6、特征数据如表1所示：表1 拉杆各部分特征数据序号名称重量（kg）旋转半径（mm）重心（上支点）（mm）离心力（N）1小配重0.76195X217.72拉杆3.16195208.29053传感器0.75195133.7214.8将数据代入式（2.4）后，得到：x就是小配重重心距离上支点的距离。可以按照计算得到的x值确定小配重在外伸臂上的位置，在旋翼头实际工作中，在校准传感器过程中，可以进行微调，以适应可能存在的计算误差。2.2 大配重的作用相对于线性作动器、测力传感器、人字叉组成的变距串联系统，大配重相当于与此系统同轴转动的一个附加配重，简化如图3（a）所示。在桨毂变距过程中，线性作动器的旋转离

7、心力将对变距串联系统扭转轴产生附加铰链力矩M1，大配重产生额外的附加力矩M2可以抵消M1，从而达到消除变距系统附加铰链力矩的不利影响，提高铰链力矩测量的准确度，工作原理如图3（b）、（c）所示。图3 大配重平衡工作原理图下面按照三种工作状态对大配重的工作原理进行分析：（1）对于图3（a）情况人字叉支臂水平，线性作动器离心力折算到上铰支点的力的垂直、平行轴的分量分别为、，大配重离心力垂直、平行轴的分量分别为、，由于作用线通过轴，且=0，所以相当于线性作动器与大配重的离心力对轴均没有扭转力矩，没有附加力矩作用在轴上，在此状态下，铰链力矩不受系统离心力的附加力矩影响，大配重也没有产生抵消力矩。系统测

8、量的铰链力矩准确。（2）对于图3（b）情况人字叉支臂向上转动角度，线性作动器离心力折算到上铰支点的力的垂直、平行轴的分量分别为、，大配重离心力垂直、平行轴的分量分别为、。 （2.5）相对轴的力臂为： （2.6）相对轴的力矩为： （2.7） （2.8）对于轴的力臂为： （2.9）对于轴的力矩为： （2.10）令，则得到： （2.11）从式（2.11）可以看出，大配重的位置与线性作动器离心力、大配重离心力、人字叉线性作动器支臂长度三者有关，带入数据后，得到：大配重安装在距离变距串联系统扭转轴距离210mm的位置，可以有效的抵消线性作动器等附加设备离心力带来的附加力矩影响，从而保证铰链力矩的测量精度

9、。（3）对于图3（c）情况：与图3（b）的情况相似，同理可以推出同样的大配重位置数据。在旋翼台桨毂调试校准过程中，可以根据具体情况通过调整大配重的安装位置高度和角度有效的抵消掉变距串联系统中额外附加的铰链力矩，从而是铰链力矩达到较高的测量精度。3 讨论上述设计方案通过增加合适的平衡配重，很好的保证了动平衡台铰链力矩测量的准确性，虽然有一定的复杂性，但是对于在实用桨毂上进行改装的动平衡台旋翼头来说是一种很好的平衡抵消方法。对于同类型的具有相似结构的旋转设备的参数测量系统设计具有一定的参考意义。另外，这种改装措施是针对借用成熟机型桨毂时采取的措施，但如果旋翼台采用全新设计的桨毂，那么完全可以采取其

10、它措施，比如增加变距拉杆的长度空间，可以很轻松的布局，而且可以将较重的设备布置固接在结构件上，比如自动倾斜器的旋转盘。相对来说就可以省去这样复杂的平衡装置了。参 考 文 献1 “365A04-3279 桨叶动平衡技术条件”，中航工业哈飞，19952 刘鸿文，“材料力学”，北京，高等教育出版社，19913 “飞机设计员手册”第四册，北京，国防工业出版社，1965Analysis About the Balance Equipment on Dynamic Balance Benchs Rotor headShen Qinglou1 Zhang Shouquan1 Liu Zheng2(1 The

11、 Navy Representation Office In Harbin District; 2 Harbin Aircraft Industry (group) Co. Ltd. of AVIC , Harbin, PR. China, 150066) Abstract: The composite extensive used for main rotor blade of modern helicopter and evidently promoted service life of blade. For promoting serviceability the main rotor

12、blade was interchangeable so that decrease maintenance costs in the unexpected time. The blades interchangeability generally made by dynamic balancing. The dynamic balance bench has balance equipment for accuracy measuring gemel moment. And the dynamic weight and tab will be adjusted according to gemel moment. The paper analyzed th