平衡图在直升机动平衡调整中的应用

周小猗中国民航飞行学院新津分院，四川成都　611431

平衡图在直升机动平衡调整中的应用

周小猗
中国民航飞行学院新津分院，四川成都611431

摘要旋转部件（主旋翼和尾桨）是直升机的主要振动源，对直升机旋转部件动平衡进行精确调整，对提高直升机运行可靠性有重要意义。平衡图是直升机动平衡工作中最重要的工具，对精确调整旋转部件动平衡起着重要的指导作用。本文详细阐述了平衡图的原理、组成、要素、创建过程和使用技巧，对正确、高效使用平衡图具有重要的指导意义。

关键词直升机；动平衡；平衡图

振动是直升机的常见故障，也是较难彻底排除的故障。持续振动不仅使直升机操纵性能降低、飞行员疲劳度增加、机载设备寿命减少，同时也使关键部件磨损、疲劳断裂和突然失效的可能性增加。而旋转部件（主旋翼和尾桨）是直升机的主要振动源，因此，对直升机旋转部件动平衡进行精确调整，降低其振动值至可接受的范围，对保证直升机飞行安全，提高其运行可靠性有重要意义。

平衡图是直升机动平衡工作中最重要的工具，对精确调整旋转部件动平衡起着重要的指导作用。下面笔者将对平衡图的原理和使用技巧进行详细的说明。

1　平衡图的组成

平衡图是用来描述旋翼旋转时的不平衡量或不平衡点相对于旋转中心位置的图表。

基本平衡图由两个刻度组成，第一部分是代表振动量的同心圆，第二部分是由中心向外延伸的时钟角或相位角。振动量刻度值由中心向外呈线性等额递增，单位通常表示为IPS(英寸每秒)，振幅刻度为0.0IPS至1.0IPS。时钟角或相位角用于在旋转平面360度范围内指示不平衡点的时钟位置。典型的直升机平衡图使用12小时制的角度格式（如图1所示）。

2　平衡图的创建

下面将举例说明平衡图的创建过程。在这个例子中，我们使用有四个调整点的双叶尾桨（图2）来做说明，这四个调整点分别位于每一片桨叶的叶尖[标靶桨叶（Target）叶尖和空白桨叶（Blank）叶尖]以及桨叶根部的叶弦配重点（A点和B点）。

我们通过四个步骤来创建这种具有四点调整点的双叶尾桨的完整平衡图：

1）通过测量和记录尾桨的初始振动值和相位角来建立尾桨的初始(基准)条件。

2）在其中一个调整点上放置已知重量的配重，然后测量并记录振动值和相位角的变化。

3）将同一配重放置在另外三个调整点，然后测量并记录所有条件下振动值和相位角的变化。

4）计算每个调整点的影响系数，绘制平衡图。

2.1 基准平衡图的建立

先在空白的平衡图上精确记录初始的振幅和方位角。初始振幅为0.3IPS，方位角为2点时钟方位，如图3所示，将初始的振幅和方位角标记为“1”。

第二次动平衡实验前，先在标靶桨叶叶尖调整点上放置5克的配重。第二次测量结果为：振动值为0.7IPS，方位角为12:45。将这一结果在图4中标记为“2”。“1”和“2”点之间的虚线代表在标靶桨叶叶尖调整点上增加配重后振动点的移动方向。换句话说，若在标靶桨叶叶尖调整点上增加配重后，振动点将会从时钟方位6点向12点方向移动。

接下来，将5克配重依此放置在剩余的几个调整点，测量的振动值和方位角如下所示：

“空白”桨叶叶尖：振动值为0.43IPS，方位角为4:50，标记为“3”。

“A”调整点：振动值为0.3 IPS，方位角为 1:00，标记为“4”。

“B”调整点：振动值为0.38 IPS，方位角 2:45，标记为“5”。

如图5所示，将配重放置在各个调整点的测量结果同时标注在同一平衡图上。

2.2 移动线的建立

通过把初始(基准)点位置作为平衡图中心，将前面实验获得的几个振动点位置迁移到平衡图的中心。如图6所示。

下一步，始于基准点作两条贯穿于整个平衡图，并将所有振动点连在一起的线条，如图7所示。

然后，在平衡图外，作两条平行于连接线的线条，并在这两条线上标示调整点的名称，调整类型，以及每个调整点的影响因素(如图8所示)。

在图8中各个振动点都有一条与基准点相连的移动线。利用此图表，如要减小振动值，只需使振动点向平衡图的中心移动即可。图8标示了调 整点名称的平衡图

2.3 调整点影响系数（ICF）

到目前为止，虽然在平衡图中标示了调整点和移动线，但我们还需要知道采取什么样的方法和精确的调整量，以把振动值降低到可接受的范围内。

调整点影响系数（ICF）是用来描述减小定量振动值所需的精确调整量[1]。影响系数（ICF）通常用克、度、螺面调整数和螺纹调整圈数等表示。所需调整量是通过测量移动线的长度来计算的。如图9所示，当把配重放置在叶尖调整点时，5克配重可改变振动值0.5 IPS，经计算可知，每改变振动值1 IPS，需配重10克；而把配重放置在翼弦调整点时，5克配重可改变振动值0.15 IPS，经计算可知，每改变振动值1 IPS，需配重33克。

图10为完整的平衡图，在图中添加了影响系数（ICF），同时也绘制了坐标网线，以便能够更加精确地查找到调整量。

3　平衡图的应用

下面将使用几个不同布局的平衡图来说明平衡图的正确使用方法。

如图11所示，若初始振动值为0.4IPS，方位角为8:00。第一步应在图中标示出初始振动点所在的位置，记为“1”。从图中可以看出，无法通过单一的调整使振动点沿移动线直接向平衡图中心移动，因此需要同时使用两种调整方法减小振动值。

从前面例子中所列举的平衡图可以看出，每个调整点都有一条特定的振动点移动线，因此，当初始振动点(基准点)没有位于振动点移动线上时，第一步调整就是采取适当的方法，使之移动到第二次调整能够直接向圆心移动的移动线上。如图11所示，初始振动点“1”没有直接位于任何一条振动点移动线上，因此，在“B”点增加配重后，振动点将沿10:30至4:30方向由“1”移动到“2”，再通过在标靶桨叶叶尖增加适量的配重，即可使振动点沿6:00至12:00方向移动到圆心。增加配重的重量取决于振动值的变化量，“1”移动到“2”时，需要在“B”点增加的配重量约为17克，而由“2”移动到圆心时，需在标靶桨叶叶尖增加的配重约为5.5克。

第二个例子如图12所示，若初始振动值是0.78 IPS，方位角为 2:05(标记为“1”)。同样“1” 没有直接位于任何一条振动点移动线上，无法通过一次调整使振动点直接向圆心移动，因此，需要采用同时在两边增加配重的方法来减小振动值。首先，需在“A”点增加配重约3.0克，使振动点“1”沿12:00至6:00方向移动到振动点“2”，然后，需在“D”点增加配重约7.0克，使振动点沿3:00至9:00方向向圆心移动。

最后一个例子如平衡图13所示，若初始振动值为0.89 IPS，方位角为 3:55(标记为“1”)。从图中可以看出，振动点几乎位于“黄色桨叶调整点”的振动点移动线上，因此，首先应增加黄色桨叶俯仰连杆长度，使振动点沿3:45至9:45方向移动，调节量约为3.75螺面。第二次可通过增加红色桨叶俯仰连杆长度，使振动点向圆心移动。但此时调节的量已经非常小了，约为0.2螺面，如此精确的调整将变得非常困难，而且其影响也非常的小，因此可不作调整，振动值也能达到允许的精度范围内。

以上例子中的三个平衡图是当今直升机振动与平衡研究的典型代表。

参考文献

[1]ACES Systems/TEC Aviation Division.Model 2020 ProBalancer Analyzer User Manual[M]. TEC. 2005，Section 1，1-28

作者简介：周小猗，副主任，毕业院校：北京航空航天大学，工作单位：民航飞行学院新津分院机务工程部，研究方向：民用航空器维修管理

中图分类号V21

文献标识码A

文章编号1674-6708（2015）139-0109-03