一种用于直升机旋翼平衡的一次配重调整方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于直升机动力学领域，在旋翼第一次配重前后两次振动与转速数据、旋 翼配重位置方位信息、第一次配重信息基础上，根据本发明算法流程可以计算出精确的为 了使旋翼平衡的第二次配重量，以使直升机振动水平在要求之内。本发明可以用于直升机 主旋翼、尾浆的平衡调整，或旋转机械动平衡调整。
【背景技术】
[0002] 旋翼是直升机的主要振源之一，且是影响最大的。由旋翼的不平衡带来的过度振 动会对直升机造成很大危害性，主要有造成机组成员和乘客的不适、疲劳；造成直升机零件 的疲劳损伤与加重；造成武器系统准确性能降低等。为此，在直升机旋翼优化设计的基础 上，通过后期的旋翼动平衡试验调整以降低直升机振动水平是一种非常重要和最主要的手 段。
[0003] 直升机的旋翼系统包括主旋翼与尾浆，它们由N (常为2到6)片桨叶构成，在正常 状态下，主旋翼和尾浆的转速为恒定的，这会带来几赫兹与几十赫兹的振动，刚好落在人的 感受频率范围中，通过旋翼平衡调整以降低旋翼振动对人和直升机零件的影响。
[0004] 直升机在交付之前，对旋翼的桨叶都经过锥体与平衡调整，而桨叶的桨榖一般没 有进行平衡调整，加上装配上的误差，需要在直升机第一次飞行前进行旋翼锥体与平衡调 整，使直升机三个方向（直升机机体坐标OXYZ系三个方向）的振动平水满足要求。直升机 机体坐标OXYZ系三个方向为X轴向、Y轴向、Z轴向，其中X轴向指与直升机纵轴一致，指向 直升机前方；Y轴向指垂直直升机对称面并指向右方；Z轴向指在直升机对称面内并垂直纵 轴，指向下方。通常通过调整旋翼的锥体来调整直升机Z轴向的振动水平，旋翼平衡调整指 的是调整与X轴向与Y轴向组成的平面的振动水平。
【发明内容】
[0005] 为了提供一种更为有效的旋翼平衡调整方式，本发明提出了一种用于直升机旋翼 平衡的一次配重调整方法，通过旋翼平衡调整设备采集的第一次配重之前、第一次配重后 的数据，此次配重信息，及必要的旋翼信息，通过本发明的计算流程可以得出精确的旋翼平 衡的配重量，以使直升机振动水平在要求之内。本发明可以用于直升机主旋翼、尾浆的平衡 调整，或旋转机械动平衡调整。此第一次配重并非特指直升机交付的第一次配重，而是相对 于第一次配重的前一次配重，可以是任何旋翼平衡调整的一次配重。即本方法是指通过一 次直升机旋翼配重试重试验后，可以得出为了使直升机的振动水平在要求范围之内的配重 量。
[0006] 本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
[0007] -种用于直升机旋翼平衡的一次配重调整方法，包含如下步骤：
[0008] 步骤一、收集旋翼第一次配重前的振动数据与转速数据、第一次配重后的振动数 据与转速数据、第一次配重位置信息C、第一次配重信息；
[0009] 步骤二、根据第一次配重前的振动数据与转速数据求取配重前的不平衡位置信息 B ;根据第一次配重后的振动数据与转速数据求取配重后的不平衡位置信息E ;
[0010] 步骤三、根据配重前的不平衡位置信息B、配重后的不平衡位置信息E以及第一次 配重位置信息C求取缩放系数k和相位延时科，再根据缩放系数k、相位延时％以及第一次 配重位置信息C求取第一次配重后实际不平衡质心D ;
[0011] 步骤四、获取实际不平衡质心D点关于旋翼中心的中心对称的F点的极坐标，通过 点F的相位信息％获取两个需配重的配重点位置，再分别根据两配重位置点求取配重量。
【附图说明】
[0012] 图1旋翼动力学分析；
[0013] 图2从振动源到数据的信号传输路径；
[0014] 图3根据转速脉冲截取整数个周期的振动数据示意图；
[0015] 图4缩放系数k与相位延时料推导图；
[0016] 图5 5片桨叶的主旋翼的桨叶配重量求解示意图；
[0017] 图6 -种4片桨叶系统的桨叶配重量求解意图；
[0018] 图7为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0020] 对于直升机旋翼系统（包括主旋翼与尾浆），对于主旋翼，振动数据为与直升机主 旋翼旋转平面平行的机体振动加速度或速度数据，转速数据为直升机主旋翼转速脉冲数据 或者可以转换成脉冲数据的转速数据；对于尾浆，振动数据为与直升机尾浆旋转平面平行 的尾浆振动加速度或速度数据，转速数据为直升机尾浆转速脉冲数据或者可以转换成脉冲 数据的转速数据。旋翼配重位置方位信息为主旋翼或尾浆的叶片数和各配重位置的方位 (角度）信息。第一次配重信息为在主旋翼或者尾浆上进行第一次配重的配重位置和大小。 这些为进行直升机旋翼平衡调整的必要数据或信息。
[0021] 为了达到上述目的，先进行必要的说明
[0022] 说明一：直升机旋翼动力学分析
[0023] 对直升机旋翼工作时候的动力学进行分析，如图1假设模型直升机的主旋翼为5 片桨叶，理论上5片桨叶构成正五边形，相邻两桨叶的夹角为72度。
[0024] 假设：旋翼的恒定转速为ω，直升机整体质量为M，在整个旋翼平面存在一个不平 衡质心为Α，其质量为Hi1,则此质心A在旋翼转动时产生的离心力为
[0025] F1= Hi1^a1= In1^o2=I=I1 Equ. 1
[0026] 这个离心力对整个机体产生作用，假设此时直升机整机的加速度为a，则有
[0028]由于在直升机设计中，旋翼系统中的主旋翼或者尾浆的各桨叶的配重位置与旋翼 中心的距离为恒定值，此处设为I2。为了平衡不平衡质心产生的离心力，则有
[0029] F2= F !
[0030] F2= m 2*a2= m 2* ω 2*12 Equ. 3
[0031] = F1= m ^q2=I=I1
[0032] 得：
[0034] 得配重的质量1112与直升机整机的加速度a的理论换算关系为
[0035] ki= Μ/ω 2/I2 Equ. 5
[0036] 说明二、从振动源到数据的信号传输路径影响分析
[0037] 旋翼在旋转过程中存在不平衡，能量会以振动的形式传递到其他地方，对于旋翼 系统的主旋翼开始由主旋翼传递到主减速器（尾浆的是通过尾浆传递到尾减速器），接着 经过主减速器/尾减速器传递到机体，最后传递到传感器安装的位置，在这一个结构路径 中，振动信号（能量）可能会存在一定的相位延时和非线性能量大小变化，如：
[0038] (1)如在这个结构路径上存在柔性轴承等，在此称这个振动信号在结构上传递产 生的延时为结构路径形变（用幅值的缩放系数kM与相位延时f??表示）；
[0039] (2)传感器在采集数据的时候，由于安装的原因和传感器内在因数，以及安装相 位差（振动传感器与转速传感器的采集信号方向的夹角），在此称为传感器形变（用幅值的 缩放系数1?与相位延时％表示）；
[0040] (3)信号采集会存在一定的延时，通常采集器采集转速和振动两种信号，也会存 在一定的不同步，称为采集器采集形变（此用幅值的缩放系数1?与相位延时钱8表示）。
[0041] 以上结构路径形变、传感器形变、采集器采集形变等共同作用产生的信号大小与 相位形变，统称为称传输路径形变（此用幅值的缩放系数k。与相位延时％表示），如图2。 信号经过振源到被采集会产生传输路径形变时，会有一个相位偏差，求取这个幅值的缩放 系数k。与相位延时偽:，在此设
[0042] k〇= f (k01, k02, k03) Equ. 6
[0043] 则配重的质量!112与直升机整机的加速度a的理论换算关系，及理论加速度到实际 采集数据的缩放系数k。共同作用下的，配重的质量m2与数据幅值Amp (在后面有明确说明） 之间的换算关系k，即振动量大小与配重质量的换算关系。
[0044] m2= k*Amp
[0045] k = ki*k0
[0046] Equ. 7
[0047] = (M/〇2/l2)*f(k01，k02, k03)
[0048] k〇= f (k01, k02, k03)
[0049] 这个换算关系k存在一定的非线性，而在实际中，这个非线性很难计算出来，相位 延时％可认为是接近线性的。一般说来，在旋翼平衡调整中，相位信息相对于幅值信息更为 重要，在此假设换算关系k近似为线性的。
[0050] 本发明的解决方案的步骤如下：
[0051] 步骤一、旋翼平衡调整相关数据与信息收集
[0052] 为了实现本方法的结果，需求旋翼第一次配重前的振动数据与转速数据、需求旋 翼第一次配重后的振动数据与转速数据、旋翼配重位置（配重点）信息。第一次配重信息。
[0053] 第一次配重信息包含获知振动数据是加速度还是速度信号；收集此旋翼系统的特 性，是否存在标准桨叶不能进行配重增减操作，以及各配重点的方位信息，进行编号。算取 每个配重点与坐标原点（旋翼中性）的直线方程。
[0054] 通过采集器采集的未配重时的振动信号（加速度信号或者速度信号，理论上同一 点的振动速度信号相对于振动加速度信号延迟了 90度，本发明以振动加速度作为说明）为 Xvlbl，转速脉冲信号为XravlJp配重后，第二次测得振动信号为X vlb2，转速脉冲信号为Xrav2。
[0055] 步骤二、振动信号统一为加速度信号
[0056] 如果原本振动数据是加速度信号，不作处理；如果原本振动数据为速度信号，则要 进行速度转加速度，如下：
[0057] 速度：V = sin (2 π