第章桨叶锥体和振动分析南通航运课件

1第3章桨叶锥体和振动分析南通航运职业技术学院2内容§3-1振动§3-2直升机减振措施§3-3平衡§3-5地面共振§3-4直升机机载监控系统南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院33-1

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动直升机由于转动部件很多，必然存在各种振动因素。振动不仅影响舒适性，还将引起机体部件的磨损甚至导致失效。通常引起直升机振动的因素包括以下几种：（1）旋翼产生低频振动（2）发动机产生高频振动（3）尾桨产生中频振动3.1.1直升机振动南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院1．振动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。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。43-1

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动南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院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集中甚至损坏，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。53-1

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动南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院2.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：①低频振动——主要来自于主桨系统；②中频振动——主要来自于尾桨系统；③高频振动——主要来自于发动机和高速传动轴。6南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院73-1

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动（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南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院①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。②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。83-1

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动南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院

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。常见的振动起因：93-1

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动南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院10横向振动①频率匹配器（俗称减摆器）设定及相位不正确；②桨叶不平衡；③垂直关节轴承粘结或者卡滞。垂直振动①桨叶同轴度（翼尖轨迹）不好；②桨叶锥体调整片调整不正确；③频率匹配器失效；④变矩轴承磨损以及粘结；⑤减振器失效。3-1

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由于尾桨的高转速，一旦尾桨出现缺陷就会产生中频振动，甚至高频振动。a、尾桨组件不平衡b、尾减速器传动轴同轴度过分偏离设计值c、水平安定面连接点松动或磨损d、减速箱齿轮磨损e、尾斜梁连接螺栓松动～（尾桨振动：用仪器测量分析）。（2）中频振动南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院123-1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。（3）高频振动南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院133-2直升机减振措施（1）减少或减低部件的磨损。（2）采用正确的维护操作（3）确保制造水平1、消除非固有振动振动方法会产生固有振动的机体部件（1）节点梁。（2）柔性安装盘（3）减振器2、消除固有振动振动方法南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院

“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。

143-3锥体检查南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院153-3锥体检查检查主桨叶锥体的方法（一）旗杆锥体检查法。（二）频闪锥体检查法（三）电子锥体检查1、主桨锥体南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院16南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院173-3锥体检查南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院183-3锥体检查

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，并记录在每片桨叶根部的下表面。2、预调锥体南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院193-3锥

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查锥体调整的方法（一）调整变距杆的长度。（二）调整安装于桨叶外部后缘的调整片3、锥体调整南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院

地面锥体调整一般是通过调整变距杆的长度来实现（见图）。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。20

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。3-3锥

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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）。213-3锥

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飞行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2—3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。223-3锥

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使用弯板器和量角器对调整片进行调整。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（见图）。233-3锥

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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。243-3锥

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查南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4．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。253-3锥

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查南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院操作人员应根据维护手册对直升机进行锥体检查。

（1）地面锥体①检查整个桨叶传动机构，确定所有维护工作都已完成；②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；③实施完整的飞行前检查程序，确定直升机处于适航状态；④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；⑤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；⑥一旦检查工作完成，获取数据并记录，直升机应马上关车；⑦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；⑧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。263-3锥

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查5、锥体检查程序南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院

（2）飞行中锥体①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；②进行完整的飞行前检查程序；③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；④一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；⑤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；⑥调整片被调整后，应检查其固定根部是否出现裂纹；⑦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；⑧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；⑨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。273-3锥

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平衡就是尽可能地将主桨叶旋转平面上的质量均等分布的过程，平衡过程包括静平衡和动平衡。南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院1．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。但是经过了静平衡后，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。293-4平

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（1）部件静平衡前面曾提到过，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。303-4平

衡南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院（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，应该在平衡之后才对桨毂进行润滑。这是因为在平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。313-4平

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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。323-4平

衡南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院（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3—24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。333-4平

衡南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院34南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院2．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。由此可以看出，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。这里需要强调的是，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。353-4平

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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。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，见图；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，见图。363-4平

衡南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院373-5直升机机载监控系统

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（1HUMS），将其作为一个永久部件安装在直升机上。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。南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院38见图，有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。南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院393-6地

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振直升机地面共振发生的原因是：当直升机在地面工作时(或滑跑时)受到外界振动后，