某型飞机低频小幅振动现象分析

周长悦++秦浩

摘 要现代飞行器在飞行过程中普遍存在着振动，它对飞行器的结构有着显著影响。在飞行器结构中的振动包括确定性的振动（简谐、周期、稳定、瞬态、自由和自激等）和随机振动。振动问题就是研究激励（输入）、响应（输出）和系统动态特性之间的关系。某型飞机在试飞过程中出现了明显的异常振动，本文着重对典型飞行状态参数和相关结构振动加速度响应进行了分析，给出了引起异常振动的可能性因素，最后提出了需进一步研究和分析工作的建议。

【关键词】飞机 振动 振源

1 引言

现代飞行器在飞行过程中普遍存在着振动，它对飞行器的结构有着显著影响，在飞行器结构中的振动包括确定性的振动（简谐、周期、稳定、瞬态、自由、自激等）和随机振动。振动问题就是研究激励（输入）、响应（输出）和系统动态特性之间的关系。振动分析在飞机试飞过程中占有重要的地位。它是飞机试飞过程中不可或缺的一部分，贯穿于试飞的始终。

2 振动问题的出现

某型飞机在试飞过程中，地面控制站飞行席监控平显画面中飞机出现明显的俯仰梯抖动现象，以及在机载前视摄像头视景中出现影像颤抖情况。针对上述现象，一份报告主要对机体系三轴过载和俯仰角参数进行了数据处理，给出的结果如下：

（1）三轴过载的振动中都有频率为13.7Hz的主频振动，同时侧向和轴向过载增大变化明显高于法向过载，而且这种增大变化总是对应着发动机的大油门状态；

（2）俯仰角的抖动频率约为3Hz，且其出现主要与发动机转速有关，对高度、速度不敏感，但抖動幅值随高度的增大而明显增大；

3 试飞数据处理结果及分析

3.1 试飞数据处理统计结果

对各种飞行状态下各参数的试飞数据进行处理，得到各参数典型的时域时间历程曲线和频谱图见图1～图6；然后对频谱分析结果中的主要频率进行统计。

3.2 试飞数据结果分析

3.2.1 机体结构的固有振动特性

为便于数据分析，给出了机翼对称一弯、机翼反对称一弯、机翼对称二弯、机翼反对称二弯、机翼对称三弯、机翼反对称三弯结构的主要低阶模态频率。

3.2.2 结果分析

（1）机翼尖部设备舱法向振动响应无论在地面还是在空中都是一阶对称弯曲模态3.5 Hz～4.0 Hz为主的频率振动，其他次要的峰值频率大多也是其它结构模态的反映；

（2）机身雷达设备舱法向振动响应在地面滑行状态大多反映的是机翼弹性模态相近的频率振动和随机振动，在空中部分状态突出反映频率为0.4 Hz～0.5 Hz的低频刚体振动和随机振动，部分状态仅表现为宽频随机振动；

（3）机身雷达设备舱侧向振动响应在地面滑行状态大多反映的是机翼弹性模态频率相近的振动和随机振动，在空中表现的全是宽频随机振动；

（4）俯仰角在地面表现为可忽略的频率为0.1 Hz的低频刚体振动，在空中大部分都存在频率为0.4 Hz～0.5 Hz的低频刚体振动，但在某特定状态出现了机翼一阶弯曲模态频率附近的振动，如2.9 Hz、3.8 Hz、4.6 Hz；

4 振源分析

根据该型机的结构和动力系统特点，其在地面静止开车状态的振动源只有发动机，在地面滑行状态的振源主要是发动机和跑道不平的冲击，在空中的振动源不仅有来自发动机螺旋桨的振动，其次还有通常的气流扰动。很明显，螺旋桨的振动是该机的主要振源。

5 结论

从前面试飞数据统计分析和振源分析中，可以得到如下结论：

（1）俯仰梯频率为3Hz的抖动是机翼弹性一弯模态的振动引发的；

（2）三向过载的振动是随机振动，它随发动机输出功率的增大而增大；

（3）诱发机翼弹性模态出现较大振动的原因很可能是发动机的安装误差或间隙导致的，随发动机输出功率的增大，这种表现越明显；

（4）这种振动现象可能不会直接危及飞行的安全，但会严重影响地面飞行员操作的工效性以及该机执行任务的功效性。

参考文献

[1]施荣明，钟德钧等.GJB67.8A-2008军用飞机结构强度规范 第8部分：振动和航空声耐久性[S].北京：总装备部军标出版发行部，2008.

[2]刘东升，刁问琦.基于可靠性试验的飞机振动数据归纳方法研究[J].振动工程学报，2007（06）.

[3]田永卫，阎楚良.飞机随机振动环境实测试验数据的归纳方法[J].振动，测试与诊断，2014（04）.

作者简介

周长悦（1982-），女。学士学位。现为中国飞行试验研究院工程师。主要研究方向为飞行结构动力学、振动与声学。

秦浩（1983-），男。硕士学位。现为中国飞行试验研究院工程师。主要研究方向为飞行结构动力学、航空声学。

作者单位

中国飞行试验研究院飞机所 陕西省西安市 710089