军用飞机机载设备振动试验要求和有关问题的讨论（二）：GJB 150.16/16A中军用直升机和各种军用飞机发动机设备的振动试验要求及对比分析

祝耀昌，石鹏颉，程丛高，张建军，徐 俊



军用飞机机载设备振动试验要求和有关问题的讨论（二）：GJB 150.16/16A中军用直升机和各种军用飞机发动机设备的振动试验要求及对比分析

祝耀昌1，石鹏颉2，程丛高1，张建军1，徐 俊1

（1. 中国航空综合技术研究所，北京 100028；2. 西安西测电子技术服务有限公司，西安 710119）

文章分为3部分：第1部分简单介绍振动类型、振动引起的失效模式和应用，特别是列表详细介绍了GJB 150.16和GJB 150.16A中规定或推荐的军用喷气式飞机和螺旋桨飞机设备及其外挂和外挂上的设备的振动试验要求、特点和两标准中相关内容的对比分析；第2部分则详细介绍了两标准中规定或推荐的军用直升机和各类飞机发动机设备的振动试验要求、特点以及相关内容的对比分析；第3部分介绍和分析了航空装备研制生产中这2个标准的应用情况和遇到的问题，对一些重大问题进行了分析概括并提出了一些看法和建议。

此为第2部分。

振动试验；振动功能试验；振动耐久试验；标准

0 引言

在文章第（一）部分中已经介绍了GJB 150.16和GJB 150.16A中规定或推荐的军用喷气式飞机和螺旋桨飞机设备及其外挂和外挂上设备的振动试验要求、特点以及两标准中相关内容的对比分析。本部分将详细介绍两标准中规定或推荐的军用直升机和各类军用飞机发动机设备的振动试验要求、特点和相关内容的对比分析。

1 军用直升机机载设备的振动

表1（附于文末）为军用直升机设备振动谱型、量值和持续时间一览表[1-2]。

直升机的振动特征是在宽带背景上叠加单频尖峰，如表1中的图B和图C所示。宽带背景由低量级的正弦分量和气动噪声引起的随机振动分量混合组成，单独确定这些低量级的正弦分量和随机分量并用于设计和试验的实际意义不大，因此标准中对0和1均给出了混合组成的通用规定值。尖峰主要是由旋转部件或机械（主旋翼、尾桨、发动机、齿轮箱和轴杆等）产生的正弦波。这些部件的正常转速是基本恒定的，变化＜5%。采用可变速控制的伪稳态桨叶的转速范围在正常桨叶转速的95%～110%之间，若考虑这种情况将会使装备的设计和试验过程复杂化。

1.1 振动谱

如表1所示，不管机载设备在直升机上什么位置，均采用同样的宽带随机背景加4个正弦尖峰的振动谱，除了靠近传动系统部件或安装在其上的设备的宽带随机频率范围为10～2000Hz外，一般区域的仪表板和组合式外挂的频率范围均为10～500Hz。各正弦振动一阶振动频率取决于直升机的主旋翼和尾桨的基本振源频率和传动系统部件的振源频率，这些频率在GJB 150.16的正文和GJB 150.16A的附录C之表c.4.1中可以查到。若标准中没有这些数据，则应自行测量和归纳。从表1可以看出，两标准提供的振动谱型虽然都来源于美国对某些直升机的实测结果，但仍有一些不同，GJB 150.16A的图来源于美军标MIL-STD-810F/G，或许更具代表性。

1.2 振动量值和振动时间

振动量值取决于设备在直升机上的位置，两标准中均按一般区域、仪表板、外挂以及靠近或安装在传动系统部件上这4个位置给出了相应的随机

振动量级和正弦尖峰的量值。表1中的图A（GJB 150.16A之图c.11）明确区分了主旋翼源频率、传动系统源频率、尾桨源频率皆为主区，主旋翼和尾桨源的频率为混合区。位于各区的设备按照源频率的第1阶、2阶、3阶、4阶频率所在的频率范围及标准中提供的公式计算或查找相应的峰值。其中，仪表板上的设备虽然处于主旋翼影响区内，但仪表板本身采取了减振措施，故GJB 150.16规定，仪表板上设备的振动功能试验的随机和正弦峰值量值均为主旋翼区设备振动量值的0.7倍[3]。

1.2.1 主旋翼影响区设备

1）振动功能试验

随机振动试验频率范围：GJB 150.16为10～500Hz；GJB 150.16A为3～500Hz。

随机振动试验量值：GJB 150.16为1=0.022/Hz，0=0.0022/Hz；GJB 150.16A为1=0.012/Hz，2=0.0022/Hz，0=0.0012/Hz。1、0、2、t均为拐点处的功率谱密度值。

正弦振动峰值根据振动源频率和各谐振频率所在频率范围，按公式计算或查找具体值。从表1可以看出两标准中的计算公式或给定值是有差别的。

试验时间：GJB 150.16规定为每轴向1h；GJB 150.16A规定为每轴向1h或功能检测所需的时间，以长者为准。

2）振动耐久试验

GJB 150.16中规定：振动耐久试验的随机振动量值和正弦振动峰值分别为振动功能试验的1.6倍和1.37倍；试验时间为每装机飞行500h，每轴向各振动2.5h。

GJB 150.16A不区分振动耐久试验和振动功能试验，并明确规定，若按相应部位给定的振动谱和计算方法得到的振动量值完成每轴向4h的振动试验，则代表其可装机飞行2500h而不会产生结构损坏。

1.2.2 尾桨影响区设备

尾桨源振动频率一般＞50Hz，尾桨影响区设

备的4个正弦振动峰值均为1.5，其振动功能试验和振动耐久试验量值和持续时间的确定方法均与主旋翼影响区设备相同。

1.2.3 安装在仪表板上的设备

1）振动功能试验

GJB 150.16规定：宽带随机振动的频率范围为10～500Hz，随机振动量值和正弦振动峰值均为一般区域的主旋翼区设备振动量值的0.7倍（具体值见表1）；试验时间为各轴向1h。

GJB 150.16A则明确规定：宽带随机振动的频率范围为3～500Hz，振动量值0=0.0012/Hz，1=0.012/Hz，比GJB 150.16的规定要宽松一些；正弦振动峰值由相应的计算公式得出，但与主旋翼区设备振动峰值的计算公式有区别，其中，50～500Hz频段的振动峰值为1.05，与GJB 150.16中对应频段的振动峰值（1.5×0.7）相等；试验时间为每轴向1h或功能检测所需的时间，以长者为准。

2）振动耐久试验

GJB 150.16规定：振动耐久试验的随机振动量值和正弦振动峰值分别为振动功能试验的1.6倍和1.37倍；试验时间为每装机飞行500h，每轴向振动2.5h。

GJB 150.16A不区分振动功能和耐久试验，并明确规定，若按相应部位给定的振动谱和计算方法得到的振动量值完成每轴向4h的振动试验，则代表其可装机飞行2500h而不会产生结构损坏。

1.2.4 组合式外挂/外挂上的设备

与固定翼飞机的外挂不同，直升机外挂所受的气动力激励与旋翼产生的振动相比较小，大部分振动能量是通过直升机与外挂的连接处传给外挂及其内部设备的。直升机外挂与外挂上设备的振动功能试验和振动耐久试验的谱型和量值均一样。

1）振动功能试验

直升机组合式外挂一般位于主旋翼影响区内，GJB 150.16中规定：直升机组合式外挂的振动试验频率范围和谱型与主旋翼区设备的相同，随机振动量值和正弦振动峰值同为主旋翼区的1.5倍，即1=0.032/Hz，0=0.0032/Hz；试验时间为每轴向1h。

GJB 150.16A中规定：随机振动试验的频率范围扩大为3～500Hz，振动量值1=0.022/Hz，0=0.0022/Hz，比GJB 150.16的规定要宽松一些；正弦振动的4个峰值分别由相应的计算公式得出，而其中，25～40Hz和50～500Hz频段分别给出固定值3.75和2.25，与GJB 150.16中对应频段的正弦振动峰值（2.5×1.5和1.5×1.5）正好相等；试验时间规定为每轴向1h或功能检测所需的时间，以长者为准。

2）振动耐久试验

GJB 150.16规定：振动耐久试验的随机振动量值和正弦振动峰值分别为振动功能试验的1.6倍和1.37倍，试验时间为每装机飞行500h，每轴向振动2.5h。

GJB 150.16A不区分振动功能和振动耐久试验，并明确规定，若按相应部位给定的振动谱和计算方法得到的振动量值完成每轴向4h的振动试验，则代表其可装机飞行2500h而不会产生结构损坏。

1.2.5 靠近或安装在传动系统部件上的设备

靠近或安装在传动系统部件上的设备所经受的环境同样是宽带随机上叠加正弦振动峰值，其正弦振动是由发动机、齿轮箱的工作引起的。

1）振动功能试验

GJB 150.16规定：随机振动频率范围为5～2000Hz，远大于其他位置设备的振动频率范围，振动量值t=0=0.022/Hz；正弦振动峰值按5～50Hz和50～2000Hz频段分别给出相应的谐振频率上的计算公式；试验时间为每轴向1h。

GJB 150.16A规定：随机振动频率范围为5～2000Hz，与GJB 150.16一样，但随机振动量值1=0.022/Hz，0=0.0022/Hz，与GJB 150.16不完全一样；试验时间为每轴向1h或功能检测所需的时间，以长者为准。

2）振动耐久试验

GJB 150.16规定：振动耐久试验的随机振动量值和正弦振动峰值分别为振动功能试验的1.6倍和1.37倍；试验时间为每装机飞行500h，每轴向振动2.5h。

GJB 150.16A不区分振动功能试验和振动耐久试验，并明确规定，若按相应部位给定的振动谱和计算方法得到的振动量值完成每轴向4h的振动试验，则代表其可装机飞行2500h而不会产生结构损坏。

2 涡轮发动机吊舱内设备和直接安装在发

动机上设备的振动

涡轮发动机吊舱内设备和直接安装在发动机上设备的振动环境与螺旋桨式飞机机载设备的基本相同，有关描述可参见本文第（一）部分第4节“军用螺旋桨式飞机机载设备的振动”。

表2（附于文末）为各类军用飞机发动机吊舱内设备和直接安装在发动机上设备的振动量值和持续时间一览表[1-2]。

2.1 振动谱

振动谱型是宽带背景加窄带尖峰，如表2中的图D所示，发动机的一阶共振频率都大于50Hz，因此其1阶、2阶、3阶和4阶共振频率上尖峰的量值相同，不像螺旋桨式飞机的谱型那样，峰值按

-6dB/oct的斜率下降。

GJB 150.16中将此谱列在“螺旋桨式飞机振动”一节中，但在说明中明确其也适用于各种飞机的发动机；GJB 150.16A则将此谱作为独立的一节列出，而且明确其适用于涡轮发动机。两标准提供的谱型是相同的。

2.2 振动量值和持续时间

1）振动功能试验

GJB 150.16中按发动机吊舱内设备和直接安装在发动机上的设备分别给出振动功能试验量值，从表2中的图D可以看出，两种位置上设备的宽带背景均为频率范围15～2000Hz，0=0.032/Hz；

但峰值量值不同，发动机吊舱内设备的振动量值为0.62/Hz，直接安装在发动机上设备的振动量值为1.02/Hz。试验持续时间均为每轴向1h。

GJB 150.16A强调，在没有实测数据时，直接安装在发动机上的设备推荐使用其附录C之图c.16的数据（宽带背景量值为0.032/Hz，峰值为1.02/Hz），这一量级与GJB 150.16完全相同。这些数据是几种军用飞机发动机上测得数据的包络。GJB 150.16A没有明确发动机吊舱内设备的振动条件，且不区分功能和耐久试验，可以认为其推荐的量值为功能试验量值。如果仅进行功能试验，则按其附录B中2.1.4节规定，试验时间为每轴向1h或进行功能检测所需的时间，以长者为准。

2）振动耐久试验

GJB 150.16规定：振动耐久试验量值为振动功能试验量值的1.6倍；试验时间为每装机飞行500h，每轴向振动1h。

GJB 150.16A不区分振动功能和振动耐久试验。如考虑耐受全寿命期内振动造成的疲劳累积损伤，试验量值可用其附录C之图c.16推荐的试验量值；试验时间则可将寿命期各阶段振动量值下的持续时间折算成推荐量值下的试验时间。

（未完待续）

（References）

[1] GJB 150.16—1986 军用设备环境试验方法: 振动试验[S]

[2] GJB 150.16A—2009 军用装备实验室环境方法: 第16部分 振动试验[S]

[3] 徐明. 确定振动耐久试验量值和持续时间方法的讨论[C]//2001年中国航空学会环境工程学会学术年会文集. 北京, 2001-08-01: 122-136

（编辑：张艳艳）

The vibration testing requirements and related problems formilitary aircraft equipment (II):Vibration testing requirements and comparison of engine equipment of military helicopters and different military aircrafts in GJB 150.16/16A

Zhu Yaochang1, Shi Pengjie2, Cheng Conggao1, Zhang Jianjun1, Xu Jun1

(1. China Aero-polytechnology Establishment, Beijing 100028, China;2. Xi’an XiCe Electronic Technology Service Co. Ltd., Xi’an 710119, China)

The paper is divided into three parts. The first part introduces the vibration types, the failure modes caused by the vibration and applications, with emphasis on the vibration testing requirements and the characteristics of equipment and stores in military jet and propeller aircraft in detail, recommended in GJB 150.16 and GJB 150.16A, and the related contents in GJB 150.16/16A are compared and analyzed. The second part introduces the vibration testing requirements and characteristics of military helicopter and kinds of engine equipment in detail, recommended in GJB 150.16 and GJB 150.16A, and the related contents in GJB 150.16/16A are compared and analyzed. At last, the applications and the standards in the aviation equipment development and production are introduced and analyzed in the third part, and some suggestions are made.

This is the second part.

vibration testing; vibration functional testing; vibration durable testing; standards

V216.2+1

A

1673-1379(2016)03-0240-07

10.3969/j.issn.1673-1379.2016.03.003

祝耀昌(1941—)，男，研究员，博士生导师，主要从事产品环境工程，实验室环境试验和可靠性试验技术研究及其相关标准的制定工作。E-mail: 13659826730@163.com。

2016-01-06；

2016-05-10

http://www.bisee.ac.cn E-mail: htqhjgc@126.com Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544