喷气式飞机机载设备振动试验相关参数的计算方法研究

王继亮

喷气式飞机机载设备振动试验相关参数的计算方法研究

王继亮

（航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司，陕西 西安 710089）

国军标GJB 150.16A—2009对飞机机载设备环境适应性振动试验剖面的确定已有较为详细的描述，但在实际工作中，对于参数的选择和计算方法仍难以把握。为解决此问题，从中国现役飞机出发，详细阐述了计算参数的选取，并对计算参数进行了规范。

功能试验量值；振动试验；随机振动；喷气式飞机

振动试验剖面的确定是进行环境适应性试验的基础，振动试验剖面的合理性决定了环境适应性试验的有效性。《军用装备实验室环境试验方法第16部分：振动试验》（GJB 150.16A—2009）作为国内一部详细阐述环境适应性振动试验剖面确定方法的军用标准，为军用设备提供了统一的、通用的振动试验剖面确定方法。但从具体应用情况来看，GJB 150.16A—2009在机载设备环境适应性振动试验剖面的制定一些关键参数的选取和计算方法并没给出明确的规定。

1 振动量级的选取

1.1 气动力引起的振动

由气动力引起的振动公式为:

A=×××2（1）

式（1）中：为平台/装备的质量因子，对于安装在隔振板（缓冲架）和质量低于36 kg的机载设备，=1.0，对于质量在36～72 kg的机载设备（为机载设备的质量），=1.0×10（0.6－/60），对于质量大于或等于72 kg的机载设备，=0.25；为振动量值和动压之间的比例因子，安装在驾驶舱仪表板上的机载设备，=2.96×10-6，安装在驾驶舱设备和靠近光滑连续的外表面的舱内机载设备，=1.17×10-5，安装在靠近不连续外表面（空腔、机舷、马刀天线、减速板等）或靠近后机身、机翼、尾翼和挂架的舱内设备，=6.11×10-5；为马赫数修正量。0≤≤0.9时，=1.0；0.9≤≤1时，=－0.48+5.32；≥1.0时，=0.52。

计算A时，动压选取最大值所对应状态的。

1.2 喷气式发动机噪声引起的振动

由喷气发动机噪声引起的振动谱密度J为：

式（4）中：为加力燃烧室系数，在不开加力时为1.0，开加力时为4.0；c为核心发动机排气直径；c为核心发动机排气速度（不带加力燃烧室）；r为参考排气速度；f为风扇发动机排气直径；f风扇发动发动机排气速度（不带加力燃烧室）。

1.3 总加速度谱密度

喷气式飞机经受的振动量值为由气动力和喷气发动机噪声二者引起的振动之和：

0=A+∑J（5）

如果飞机装有二台以上发动机，则∑J表示多台发动机之和。

1.4 R矢量方向问题

按照国军标GJB 150.16A—2009中计算公式发现飞机在发动机尾喷口前的振动量值计算值明显比实测值大很多，而在发动机尾喷口后的振动量值计算值明显比实测值小很多。由于矢量定义有问题，导致cos计算错误。经查阅美军标MIL-STD-810F后发现对矢量定义，证明了矢量定义应为发动机尾喷口中心到装备重心。某型飞机测试点位置如图1所示。

图1 某型飞机测试点位置

2 加速度计算方法

加速度密度谱（）表示随机信号（）通过中心频率，带宽为的窄带滤波器后的均方值。当带宽趋于零，平均时间趋于无穷大时，该值的极限如下式表示：

对于平稳过程随机信号，加速度谱密度（）为自相关函数的傅里叶变换，如下式所示：

式（7）中：x（）为自相关函数；为时间延迟。

总的加速度均方根表示加给试件的总振级，即输给试验件的总能量：

随机振动信号的加速度总均方根值，常采用加速度谱密度的计算方法，如下式所示：

从点1到点2的谱值增量为lg（i/j），其频率的增量为log2（2/1），此时斜率表示为：

如已知的谱值和斜率，则j=i·（2/1）m/（10lg2）。要计算加速度均方值，需计算点、点和i、j所围成的图形的面积。

同理，用积分的方法同样可以得出：

a和b未知，通过推导可得a和b计算公式如下：

对于A2区域，需先判断为正/负和设备是否安装在仪表板上。情况有四种，当为正，设备的计算公式为：

当m为负，非驾驶舱仪表盘的设备的计算公式为：

当为负，驾驶舱仪表盘的设备的计算公式为：

对于A4区域：

3 结论

阐述了喷气式飞机机载设备振动试验的几个重要参数，并对其如何计算进行了说明。在机载设备的振动试验和环境应力筛选时为选择能量的大小提供了一种计算方法，具有一定的工程实际意义。GJB 150.16A—2009中介绍的振动试验量值计算方法，是参考美军标MIL-STD-810F得到的。美军标中振动量值的计算方法是参考了大量美国军用飞机实际使用环境而制定的，这对于中国军用飞机是否适用，还有待于考证。所以在进行振动试验时，最好采用实测数据，更符合飞机应用实际。

［1］冯福来.对机载设备环境试验若干问题的探讨［J］.航空标准化与质量，2001（5）：30-32.

［2］祝耀昌，任占勇，丁其伯.可靠性试验［M］.北京：国防工业出版社，1994.

［3］郑志国，王宇峰.随机振动中的参数介绍及计算方法［J］.电子产品可靠性与环境试验，2009，27（6）：45-48.

［4］胡志强.随机振动试验应用技术［M］.北京：中国计量出版社，1996.

V216

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.020

2095－6835（2019）13－0047－02

〔编辑：严丽琴〕