直升机旋翼锥体与动平衡测量技术研究

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1、直升机旋翼锥体与动平衡测量技术研究　　摘要根据直升机旋翼锥体和动平衡维护工作的重要性，分析了锥体和动平衡测量的特点，得出空中旋翼锥体测量是锥体测量的主要难点、空中动平衡测量是动平衡测量的主要难点。对锥体和动平衡测量的微弱信号高精度数据采集技术、动平衡数字信号分析技术、频闪仪测量锥体高精度跟踪测量技?g和光学传感器测量锥体数字处理技术等4个关键技术进行了研究，提出了解决方向。并对进一步的研究发展给出了建议。　　【关键词】旋翼锥体测量动平衡测量直升机　　直升机旋翼锥体和动平衡一直是直升机生产、使用、维护等过

2、程中的重要检查项目之一。长期以来，研究人员一直在努力研究如何减少直升机的振动水平。直升机的振源主要有旋翼系统、发动机和传动部件等，其中，旋翼是影响直升机振动的最主要因素之一。由于旋翼是直升机减振的关键部件，旋翼桨叶锥体和桨叶动平衡调整的结果直接影响到直升机振动水平的大小，它对直升机的寿命、飞行性能、安全性、舒适性各方面都起着决定性的作用。因此，研究调整旋翼桨叶锥体和桨叶动平衡的方法是降低直升机振动水平、改善直升机振动环境、提高直升机飞行品质的有效途径。但首先需要精确测量直升机旋翼的锥体和动平衡值，只有取

3、得准确的锥体和动平衡数据，才有可能研究和实施降振方法和措施。因此直升机旋翼锥体和动平衡的测量是直升机设计和维护保障工作中的重点研究课题之一。直升机旋翼锥体和动平衡测量设备的常见架构见图1所示。　　1锥体和动平衡测量特点和难点　　现有直升机尤其是新研制的直升机在性能和乘员舒适性方面考虑得越来越多，对直升机的减振水平要求越来越高。按照现有直升机维护的要求，锥体和动平衡检查工作通常需要在地面慢车、地面大车、无地效悬停、有地效悬停、低速前飞、中速前飞和高速前飞共7种飞行状态下进行检查；某些新型的直升机的性能要求

4、更高，提出需增加转弯、倒飞、侧飞和爬升四种状态的动平衡检查要求。从以上各种锥体和动平衡检查状态可看出，直升机锥体和动平衡检查的状态多，大体上可分为地面检查和空中检查两种状态。　　地面锥体检查时，旋翼锥体受外界风的影响较大，当存在不确定的外界风力作用时，旋翼的锥体会出现较大的偏差变化。采用频闪仪测量旋翼锥体时，可通过长时间的观察识别出偏差的锥体；采用传感器数字化测量时，通常通过采用数字滤波和平均的方法可得到较好的效果。　　地面动平衡检查时，由于旋翼不带总矩，旋翼系统的运行与常规的机电设备类似，其动平衡信号

5、比较平稳，测量相对较为简单，可采用相关分析方法进行分析，测量结果相对较好。　　空中旋翼锥体测量是锥体测量的主要难点。空中旋翼锥体状态受外界风和操纵影响很大，锥体变化可能会很大。采用频闪仪测量旋翼锥体时，有时甚至突然出现靶标超出观察视野的情况；采用传感器数字化测量时，测量到的锥体可能会突然发生变化，导致锥体多次测量的重复性很差，这种情况下，为了得到更好的测量结果，需要进行更复杂的数字信号处理过程。如果得不到准确、可靠的锥体测量值，直升机维护人员就难以判断锥体的准确状态。　　空中动平衡测量是动平衡测量的主要

6、难点。直升机在空中运行时不同于一般以地面为支撑面运行的机械设备，其支撑点为旋转的旋翼，而旋转的旋翼是柔性的，并不特别稳定，其受操纵、外界风、旋翼本身性能等影响。导致动平衡测量时会存在多种复杂且不稳定的振动信号，一般存在大量的偶然出现的非平稳低频信号，严重干扰运行在低频段的旋翼动平衡信号，且干扰难以得到抑制。为了获得准确的动平衡值，这就要求后端的测量分析功能非常完善，能从各种复杂的动平衡信号中提取出有用信号，能适应各种环境和干扰造成的影响。　　2锥体和动平衡测量关键技术及解决方法　　2.1微弱信号高精度数

7、据采集技术　　在直升机锥体和动平衡测量时，动平衡的振动信号是微弱信号。为同时满足直升机其他振动测量的维护需要，直升机锥体和动平衡测量分析设备通常的最大测量范围会达到20IPS，精度为0.01IPS，直升机旋翼和尾桨动平衡的幅值超标门限通常在0.20IPS附近。为使传感器尽量减少对被测体的影响，同时受安装空间和安装位置的限制，通常振动传感器只能选择体积较小的速度型振动传感器，这就决定了传感器的输出灵敏度不会很大，通常会在20mV/IPS左右。因此，为得到0.01IPS精度的测量，传感器的输出只有大约200

8、μV。这么微弱的信号采用通常的数据采集电路设计，往往难以保证采集的精度，甚至出现数据错误。　　需要采用适应微小振动信号的高精度电路拓扑结构，通过对微小振动信号的传输过程、滤波电路、放大调理电路和模数转换电路等进行优化设计和分析计算，解决直升机动平衡微弱信号的高精度采集难题。　　在传感器信号的传输上，采用差分形式传输，电缆采用双绞屏蔽电缆，大幅度减少外界电磁干扰。在电路的前端设置射频滤波电路，滤除信号电缆上的共模射频干扰和差模射频干扰，消除放