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摘 要 针对某型直升机飞行试验中出现的显示器异常振动现象，通过试飞数据分析和地面振动试验进行了验证，指出此振动由于显示器航向振动固有频率未避开旋翼一阶通过频率引起。结合飞行试验，进一步确认了振动在传力路线上被放大，传力路线上部件的连接方式存在问题，为设计所改进设计提供了依据。
关键词 飞行试验；振动；固有频率；显示器
中图分类号：V217 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）21-0052-03
在飞行试验中，直升机异常振动现象时有发生。直升机振动故障的危害主要有：降低空勤人员工效性和乘员舒适性、引起结构疲劳破坏、影响机载设备的使用性能及降低直升机系统及设备的可靠性等。因而，通过分析直升机振动故障信号，可为振动故障诊断提供依据，保证试飞安全。
直升机是非常复杂的机械系统，其工作的振动环境也非常复杂。在飞行过程中，直升机振动的激振力包括旋翼引起的nKΩ激振力（其中K为桨叶片数，Ω为旋翼转速，n=1，2，3，……）、旋翼质量和气动不平衡引起的1Ω激振力、旋翼尾流引起的KΩ激振力、尾桨的激振力、发动机的激振力、各旋转部件（传动轴、减速器等）质量不平衡引起的激振力以及机载武器发射产生的激振力等。
为了确定振源机理，除了根据测试数据和理论分析外，还需要根据具体情况补充进行地面振动试验以验证分析结果。补充试验的原因在于两方面，一是直升机多数局部结构并没有开展完整的地面振动试验，二是开展试验的部件多是在实验室完成，装机后动力学特性会发生一定改变。因此，具备一定的地面振动试验设施及试验能力对于振动故障排故分析至关重要。本文所述正是一个很好的例证。
1 问题概述
在某型直升机飞行试验过程中，客舱战勤人员反映加装的显示器振动明显，该机客舱显示器通过操作台架连接在地板结构上，在执行较长时间的飞行任务时会使人产生晕眩等不适反应。此振动现象已严重影响了战勤人员试飞中对任务系统的操作，为使试飞任务正常开展，需对此问题进行分析，给出振动故障产生的机理，为设计更改提供依据。
2 试飞数据分析
该直升机显示器处加装了三个方向的振动加速度传感器。由于战勤人员反映在不同飞行状态下显示器振动都比较明显，故选取了该机一系列飞行状态下显示器振动加速度响应数据进行频谱分析。发现在各飞行状态下在旋翼一阶通过频率16 Hz（即1 kΩ）处振动水平最大。图1和图2分别给出了高度Hr=500 m、
速度V=100 km/h时飞行状态显示器航向振动加速度时间历程和频谱分析结果。将不同飞行状态下，在旋翼一阶通过频率16 Hz处三个方向振动水平汇总后如表1所示。
从表1可看出，三个方向相比较，航向振动明显大于其他两个方向。根据显示器的安装方式，客舱显示器通过操作台架连接在直升机地板结构上，传力路径必然是通过客舱地板结构传到操作台架再到显示器。然而在此前的飞行试验中，客舱地板振动水平一直较低（在16 Hz处最大振动水平为0.07 g），因此推断振动在此传力路径中经过了放大过程。从图2可看出，显示器航向振动中，明显以频率为16 Hz的成分为主。而此频率恰为旋翼一阶通过频率，表明旋翼通过桨毂传到机身（实际上最终为客舱地板结构）的力是显示器振动的主要激振力，此振动由于显示器安装固有频率与旋翼一阶通过频率接近而产生的共振。
3 地面试验
为摸清显示器固有频率特性，进行显示器地面振动试验。试验采用脉冲激励法，在显示器航向、侧向、垂向三个互相正交的方向安装振动加速度传感器。利用力锤对显示器进行瞬态激励的敲击实验，同时记录振动响应信号。图3～图5给出了显示器三个方向脉冲响应信号及相应的频谱分析结果。经分析，显示器航向固有频率约为17 Hz，侧向固有频率约为41 Hz，垂向固有频率约为30 Hz。此地面试验表明了显示器航向固有频率与旋翼一阶通过频率较为接近，故振动水平很高，而另外两个方向避开了直升机的主要特征频率，因而振动水平较小。
（a） 显示器航向振动响应时间历程
（b）显示器航向振动响应频谱分析结果
图3
（a）显示器侧向振动响应时间历程
（b）显示器侧向振动响应频谱分析结果
图4
（a）显示器垂向振动响应时间历程
（b）显示器垂向振动响应频谱分析结果
图5
4 飞行试验
为了研究振动是否在从客舱地板到操作台架再到显示器的传力路径上被放大，进行了一次飞行试验。试验前在客舱地板、操作台架和显示器分别加装一个航向振动加速度传感器。表2给出了各飞行状态下，三个位置在旋翼一阶通过频率的振动水平。
从表2可看出在不同飞行状态下，在传力路线上，不同位置航向振动水平依次增大，振动被放大了，这与传力路线上部件的连接方式有关。
5 结束语
通过以上分析，得到以下结论：
1）试飞中出现的显示器振动现象由于显示器航向振动固有频率未避开旋翼一阶通过频率而引起。
2）在从客舱地板到操作台架再到显示器的传力路径上，由于部件连接方式的问题，振动水平被放大。
将这些分析结果提供给设计所后，设计所以此为依据提出了设计更改方案，通过改变操作台架在客舱地板的连接方式，避开旋翼一阶通过频率，达到了减小振动水平的目的。
参考文献
[1]GJB720.5-1989 军用直升机强度和刚度规范-振动、机械及气动弹性不稳定性[S].国防科学技术工业委员会，1989.
作者简介
苏越（1984-），男，山东淄博人，工程师，硕士研究生，研究方向：飞机振动飞行试验。
关键词 飞行试验；振动；固有频率；显示器
中图分类号：V217 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）21-0052-03
在飞行试验中，直升机异常振动现象时有发生。直升机振动故障的危害主要有：降低空勤人员工效性和乘员舒适性、引起结构疲劳破坏、影响机载设备的使用性能及降低直升机系统及设备的可靠性等。因而，通过分析直升机振动故障信号，可为振动故障诊断提供依据，保证试飞安全。
直升机是非常复杂的机械系统，其工作的振动环境也非常复杂。在飞行过程中，直升机振动的激振力包括旋翼引起的nKΩ激振力（其中K为桨叶片数，Ω为旋翼转速，n=1，2，3，……）、旋翼质量和气动不平衡引起的1Ω激振力、旋翼尾流引起的KΩ激振力、尾桨的激振力、发动机的激振力、各旋转部件（传动轴、减速器等）质量不平衡引起的激振力以及机载武器发射产生的激振力等。
为了确定振源机理，除了根据测试数据和理论分析外，还需要根据具体情况补充进行地面振动试验以验证分析结果。补充试验的原因在于两方面，一是直升机多数局部结构并没有开展完整的地面振动试验，二是开展试验的部件多是在实验室完成，装机后动力学特性会发生一定改变。因此，具备一定的地面振动试验设施及试验能力对于振动故障排故分析至关重要。本文所述正是一个很好的例证。
1 问题概述
在某型直升机飞行试验过程中，客舱战勤人员反映加装的显示器振动明显，该机客舱显示器通过操作台架连接在地板结构上，在执行较长时间的飞行任务时会使人产生晕眩等不适反应。此振动现象已严重影响了战勤人员试飞中对任务系统的操作，为使试飞任务正常开展，需对此问题进行分析，给出振动故障产生的机理，为设计更改提供依据。
2 试飞数据分析
该直升机显示器处加装了三个方向的振动加速度传感器。由于战勤人员反映在不同飞行状态下显示器振动都比较明显，故选取了该机一系列飞行状态下显示器振动加速度响应数据进行频谱分析。发现在各飞行状态下在旋翼一阶通过频率16 Hz（即1 kΩ）处振动水平最大。图1和图2分别给出了高度Hr=500 m、
速度V=100 km/h时飞行状态显示器航向振动加速度时间历程和频谱分析结果。将不同飞行状态下，在旋翼一阶通过频率16 Hz处三个方向振动水平汇总后如表1所示。
从表1可看出，三个方向相比较，航向振动明显大于其他两个方向。根据显示器的安装方式，客舱显示器通过操作台架连接在直升机地板结构上，传力路径必然是通过客舱地板结构传到操作台架再到显示器。然而在此前的飞行试验中，客舱地板振动水平一直较低（在16 Hz处最大振动水平为0.07 g），因此推断振动在此传力路径中经过了放大过程。从图2可看出，显示器航向振动中，明显以频率为16 Hz的成分为主。而此频率恰为旋翼一阶通过频率，表明旋翼通过桨毂传到机身（实际上最终为客舱地板结构）的力是显示器振动的主要激振力，此振动由于显示器安装固有频率与旋翼一阶通过频率接近而产生的共振。
3 地面试验
为摸清显示器固有频率特性，进行显示器地面振动试验。试验采用脉冲激励法，在显示器航向、侧向、垂向三个互相正交的方向安装振动加速度传感器。利用力锤对显示器进行瞬态激励的敲击实验，同时记录振动响应信号。图3～图5给出了显示器三个方向脉冲响应信号及相应的频谱分析结果。经分析，显示器航向固有频率约为17 Hz，侧向固有频率约为41 Hz，垂向固有频率约为30 Hz。此地面试验表明了显示器航向固有频率与旋翼一阶通过频率较为接近，故振动水平很高，而另外两个方向避开了直升机的主要特征频率，因而振动水平较小。
（a） 显示器航向振动响应时间历程
（b）显示器航向振动响应频谱分析结果
图3
（a）显示器侧向振动响应时间历程
（b）显示器侧向振动响应频谱分析结果
图4
（a）显示器垂向振动响应时间历程
（b）显示器垂向振动响应频谱分析结果
图5
4 飞行试验
为了研究振动是否在从客舱地板到操作台架再到显示器的传力路径上被放大，进行了一次飞行试验。试验前在客舱地板、操作台架和显示器分别加装一个航向振动加速度传感器。表2给出了各飞行状态下，三个位置在旋翼一阶通过频率的振动水平。
从表2可看出在不同飞行状态下，在传力路线上，不同位置航向振动水平依次增大，振动被放大了，这与传力路线上部件的连接方式有关。
5 结束语
通过以上分析，得到以下结论：
1）试飞中出现的显示器振动现象由于显示器航向振动固有频率未避开旋翼一阶通过频率而引起。
2）在从客舱地板到操作台架再到显示器的传力路径上，由于部件连接方式的问题，振动水平被放大。
将这些分析结果提供给设计所后，设计所以此为依据提出了设计更改方案，通过改变操作台架在客舱地板的连接方式，避开旋翼一阶通过频率，达到了减小振动水平的目的。
参考文献
[1]GJB720.5-1989 军用直升机强度和刚度规范-振动、机械及气动弹性不稳定性[S].国防科学技术工业委员会，1989.
作者简介
苏越（1984-），男，山东淄博人，工程师，硕士研究生，研究方向：飞机振动飞行试验。