质心动态修正法进行飞机螺旋桨动平衡的方法
【专利摘要】本发明涉及一种质心动态修正法进行飞机螺旋桨动平衡的方法，运用矢量合成与分解原理将拟安装在轻点位置的一个配重分成两个分配重分别安装在两个相邻的标准安装位置上，使这两个分配重的合成效果相当于安装在指定轻点位置上的拟安装的原配重的配平效果；用动态修正配重质心位置的方法准确计算出拟安装在两个标准位置上的分配重质量，提高计算准确度；精确计算拟配平螺旋桨的配平系数K，使以后配平过程更快捷。本发明可根据测出的振动值数值直接使用该配平系数计算出所需配重的质量，再进行精确分解和计算后，按照计算结果将配重安装在指定的标准点钟位置，一次性配平成功；方法简单方便，不依赖操作者的工作经验；配平效果确切可靠。
【专利说明】质心动态修正法进行飞机螺旋桨动平衡的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种航空器维修【技术领域】技术，特别是用一种质心动态修正法进行飞机螺旋桨动平衡的方法。
【背景技术】
[0002]在目前的通用航空界，螺旋桨式动力装置以其良好的低速经济性使其仍获得较为广泛的应用。但作为一高速旋转部件，制造和装配等工序中的误差使螺旋桨在装机后不可避免地产生静不平衡和动不平衡，使螺旋桨在高速旋转过程中产生振动；这种振动除了使航空器上乘员感到不适外，还使航空器相关部件承受很大的交变载荷，造成结构疲劳破坏，所以必须对螺旋桨进行动平衡配平以降低其振动值水平。
[0003]螺旋桨振动的原因是由于其质心偏离旋转中心造成的质量不平衡以及螺旋桨各桨叶上气动力不一致造成的气动不平衡，这两种不平衡均可通过螺旋桨动平衡操作进行抑制。在螺旋桨安装到发动机上以后受发动机转子质量偏心的影响，实际上最终测量到的振动是由螺旋桨动不平衡与发动机转子动不平衡二者的合成。在这个由螺旋桨与发动机转子组成的转子系统中，总质量和偏心距等数据是无法测量的，所以工程上用振动值测试仪直接测量螺旋桨的实际振动值来进行动平衡配平。
[0004]振动值测试仪能够根据测量出螺旋桨的振动值并计算出拟安装配重的质量m和安装位置(轻点位置)。将拟安装配重安装在螺旋桨桨毂的轻点位置上以后，实际配平效果取决于这些配重的离心力f= Hico2r的大小。由于在不同型号的螺旋桨之间，配重安装位置与螺旋桨旋转中心之间的距离r是不同的，就是说相同质量的配重片安装在不同型号的螺旋桨上在特定转速下所产生的离心力f是不同的；反之亦可说在不同型号的螺旋桨上相同的振动值水平需要安装的配重质量m是不同的。正是由于无法事先掌握实际待配平螺旋桨上轻点与螺旋桨旋转中心之间的距离r，振动值测试仪只能依靠其内置的通用模型估算一个r，这就产生了计算误差。
[0005]而对于轻点位置，虽然对于拟配平螺旋桨转子系统来说轻点位置是确定的，但从总体统计的角度来讲轻点位置是随机的。对于一副拟配平的螺旋桨，其质轻点可能位于360°范围内的任何点钟位置，显然在螺旋桨桨毂周缘上沿周向钻出无限多个螺钉安装孔来匹配配重的安装是不可能的，实际上在螺旋桨桨毂上用来安装配重片的标准安装位置确实只有特定的几个，这就导致实际轻点位置与桨毂上给出标准安装位置能恰好重合的概率很小，如果直接将配重片安装在最接近的标准安装位置上，势必出现安装误差。
[0006]振动值测试仪作为一种通用型仪器，不可能涵盖所有型号螺旋桨的特征数据，更不可能先知先觉预测将来新生产螺旋桨的特征数据，所以计算误差和安装误差的存在是不可避免的，这使得振动值测试仪只能采用“逐次逼近法”进行多次试配平，导致在实际工程实践中采用传统配平方法的实际效果存在很大的不确定性，往往只能是在振动值测试仪的指挥下不断重复“测试-配平-再测试”的循环，费时费力，而且时常出现越配平振动值越大的反配平现象，配平难度大，对操作者的练程度和工作经验要求高。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种质心动态修正法进行飞机螺旋桨动平衡的方法，针对目前在工程上使用振动值测试仪按照传统配平方法进行螺旋桨动平衡配平时实际效果存在不确定性的问题，在采用新方法进行飞机螺旋桨动平衡时可100%保证一次性配平成功，达到事半功倍的良好效果。
[0008]为了实现解决上述技术问题的目的，本发明的一种质心动态修正法进行飞机螺旋桨动平衡的方法，步骤如下:
(一)步骤一:用矢量分解的方法将拟安装在任意位置的一个配重分解到两个标准安装位置上，减小安装误差；
本步骤是运用矢量合成与分解原理将拟安装在轻点位置的一个配重分成两个分配重分别安装在螺旋桨桨毂上的两个相邻的标准安装位置上，使这两个分配重的合成效果相当于安装在指定轻点位置上的拟安装的原配重的配平效果；这样解决了需要安装配重的实际位置即轻点位置与桨毂上的能够安装配重的位置即标准安装位置不一致的难题；实现方法如下:
1)将螺旋桨的两桨叶水平放置，以桨毂正上方位置为基准参照点，逆时针按照钟表表盘上点钟位置的划分方法依次划出12个位置，即12个点钟位置；则桨叶位于3、9点钟位置，桨毂上能够安装配重片的标准位置位于2、4、8、10四个点钟位置附近；分别设四个点钟位置上固定螺钉孔位置为P2、P4> P8> Pio ；
2)测量出桨毂上2、4点钟位置螺钉孔P2与P4之间的距离P2P4，测量出桨毂上2点钟位置螺钉孔P2与螺旋桨旋转中心O之间的距离OP2 ；
3)设螺旋桨旋转中心O与线段P2P4之间的距离为0P，设OP2与OP4之间夹角ZP2OP4的 1/2 为 Z a,则根据三角关系计算出 Z a=arcsin ((P2P4/2) /OP2)，0P=0P2*cos (a)=0P2*cos (arcsin ((P2P4/2) /OP2));以Z a为基础，计算出以竖直向上方向为起点、逆时针至Ρ2>Ρ4>Ρ8>Ριο各位置时的角度:
π /2-a= π /2-arctan ((P2P4/2) /OP)，该计算结果为由起始位置逆时针旋转到P2点时的角度值；
π /2+a= η /2+ arctan ((P2P4/2) /OP),该计算结果为由起始位置逆时针旋转到P4点的角度值；
π *3/2-a= n *3/2-arctan ((P2P4/2) /OP),该计算结果为由起始位置逆时针旋转到P8点的角度值；
π *3/2+a= n *3/2+arctan ((P2P4/2)/OP),该计算结果为由起始位置逆时针旋转到Piq点的角度值；
4)设Px为螺旋桨的轻点位置，设Vx为螺旋桨振动值水平；估计一个配平系数K，即平衡单位IPS (英寸/秒)振动值需要安装的配重质量，如设K=50g/IPS ；
5)使用vibrex2000型振动值测试仪对拟配平的螺旋桨进行第一次振动值测试；该型振动值测试仪采用“点钟位置”来约定螺旋桨旋转面上桨毂的周向位置；记录测试仪输出的“xxIPS@x:xx”信息,在这个信息中xxIPS表示螺旋桨的振动值水平，x:xx表示螺旋桨的重点在X:XX位置的半径上(点钟位置);则第一次测量得到的振动值水平Vx= xxIPS ;由于螺旋桨轻点位置与重点位置关于螺旋桨旋转中心对称，轻点所在半径与重点所在半径之间的夹角为180° ,则轻点的点钟位置在Px=x:xx+6:00 ;上述的“点钟位置”,是以桨毂正上方位置为基准参照点，逆时针按照钟表表盘上点钟位置的划分方法依次划出若干位置，不限于整数点钟；
6)根据振动值水平Vx和估算的配平系数K，计算出需要安装的总配重的质量为M=K*VX；
7)将拟安装在轻点位置Px的总配重M用矢量分解原理分解到与Px相邻的两个标准安装螺钉孔位置上，得到两个分配重；例如轻点位置Px在2:50，显然在桨毂2:50点钟位置上没有可供安装配重片的螺钉孔，采用矢量分解法将拟安装在2:50的配重M分解为分别安装在P2和P4两个标准安装螺钉孔位置上的两个分配重，这就解决了拟安装位置与可安装位置不一致的问题；
实际安装在桨毂上的配重包含两颗固定螺钉和片数不等的配重片；配重片为弯月形匀质薄片，在月牙两端各钻有一个固定螺钉孔，所以配重片的质心并不在两个固定螺钉孔的连线上。在桨毂上实际安装后的配重的质心位置与配重中配重片与固定螺钉的质量权重有关，配重片质量权重越大则配重质心偏离两个固定螺钉孔连线越远。用矢量分解法将总配重M分解为两个分配重仅仅初步解决了安装位置问题，安装后由于分配重质心偏离固定螺钉孔使这两个分配重的合成效果并不完全相当于安装在轻点位置Px上的原配重M，安装误差仍较大；为进一步减小安装误差需对分配重的质心位置进行修正。
[0009](二)步骤二，用动态修正配重质心位置的方法准确计算出拟安装在两个标准位置上的分配重质量，提高计算准确度；
实际安装在桨毂上的每个分配重均包含两颗固定螺钉和片数不等的配重片；分配重安装在桨毂上以后质心位置偏离配重片两颗固定螺钉连线，根据分配重中固定螺钉和配重片的质量权重计算出分配重质心偏离固定螺钉连线的距离，然后以桨毂上的标准安装螺钉孔P2、P4、P8、P1(I为基准计算出分配重质心偏移后的修正质心位置，再将总配重M分解为修正质心位置上的两个修正分配重；得出修正分配重的质量以后，再次根据修正分配重中配重片的质量权重计算出修正分配重质心偏离固定螺钉连线的距离，如此多次反复修正，使分配重的质量逐渐逼近真实值；
质量分布均匀的均质薄片其质心位置与形状有关，所以分配重的质心位置必定位于过两颗固定螺钉连线中点的该两颗固定螺钉连线的垂面上；所述的分配重是包含了配重片和固定螺钉两个部分；总配重是根据振动值水平由式M=K*VX直接计算出来的总拟安装配重。但是已有方法额总配重安装后效果不好，因此才需要本专利的方法把这个总配重分解成两个分配重进行安装。
[0010]具体步骤如下:
1)测量出两颗固定螺钉的质量md;这是由于改变分配重质量是通过改变配重片的片数，在分配重中固定螺钉的质量是不变的；
2)配重片是匀质薄片，用悬挂法测出一片配重片的质心位置；在配重片上画出两螺钉孔的中心连线，测量出配重片质心与两螺钉孔中心连线之间的垂直距离d ;配重片和固定螺钉组成待安装的配重后，设待安装配重的质心与固定螺钉孔连线之间的距离为L，则L= (d* (Mnd)) /M ；3)设分别安装在P2、P4、P8、P1(I各位置的配重在第1、2、3……N次修正后的质心位置分别为 P2N> P4N、P8N、P湖，则 P2P2N> P4P4N、P8P8N、P10P10N 是分别是安装在 p2、p4、P8> P10 四个标准位置上的分配重的质心偏离该位置固定螺钉孔的距离，该距离可根据每个分配重的质量由式L= (d* (M-md)) /M 计算得出；
4)以竖直向上方向位置(即12:00位置)为起点、逆时针至P2N、P4N、P8N、Picin各位置时的角度分别为:
π /2- arctan ((P2P4/2+ P2 P2N) /OP)，该计算结果为由起始位置逆时针旋转到P2n点时的角度值；
π /2+arctan ((P2P4/2+ P4 P4N) /OP)，该计算结果为由起始位置逆时针旋转到P4n点的角
度值；
π *3/2-arctan ((P2P4/2+ P8 P8N) /OP)，该计算结果为由起始位置逆时针旋转到P8n点的角度值；
π *3/2+arctan ((P2P4/2+ P10 P10N) /OP)，该计算结果为由起始位置逆时针旋转到Piqn点的角度值；
5)将拟安装在轻点位置Px的配重M用矢量分解原理分解到与Px相邻的两个修正质心位置上，得到两个分配重；例如轻点位置Px在2:50，将拟安装在2:50的配重M分解为分别安装在P2n和P4n两个修正质心位置上的两个分配重，使计算出的分配重质量更准确；
质心动态修正是在前一次矢量分解得到分配重质量的基础上对分配重质心位置进行的修正计算。多次重复“分解-修正-分解”的过程即可逐次逼近分配重质量的真实值，使计算出的分配重质量数据更加精确，当前后两次的计算结果的误差小于千分之一克时，即达到要求。在实际工程应用中对配重片和固定螺钉的称重计算精度为十分之一克，而经计算机计算分析和实际测试发现，本方法修正5次后计算结果的误差已经在百万分之一克了，这对实际工程应用而言已经足够。
[0011](三)步骤三，精确计算拟配平螺旋桨的配平系数K，使以后再对该型螺旋桨进行配平时不再采用估算的配平系数，使配平过程更快捷；
由步骤一可知振动值水平乘以修正系数K即可得到拟安装的总配重的质量，但在步骤一中采用的修正系数是估算的，在经过步骤一的矢量分解、步骤二的质心修正后，已经能够做到将拟安装在任意位置的总配重分解成安装在两个标准安装位置的分配重、且使这两个分配重的合成效果完全相当于安装在拟安装位置的原配重，这就为精确计算出该型螺旋桨的配平系数K创造了条件。步骤如下:
1)设Pxl、Px2、Px3……Pxn为第η次测量得到的螺旋桨轻点位置，设Vxl、Vx2、Vx3……Vxn为第η次测量得到的螺旋桨振动值水平，设Mp M2' M3……Mn为第η次计算得到的拟安装在轻点Pxn位置的总配重质量；采用任一估计的配平系数K，例如令K=50g/IPS ；
2)将待配平螺旋桨桨毂上的所有配重片全部拆除，进行第一次振动值测量，记下振动值测试仪测出的螺旋桨轻点位置Pxl和振动值水平Vxl，计算出拟安装在轻点Pxl位置的总配重质量M1= K*Vxl ； 3)执行步骤一的矢量分解和步骤二的质心修正，精确实现“在Pxl位置安装M1克配重”的配平效果；
4)再次进行振动值测量，记下振动值测试仪测出的螺旋桨轻点位置Px2和振动值水平Vx2 ;比较Px2和Pxl的差值，如果Px2和Pxl圆心角小于3:00即120度，例如Pxl=5:20，如果2:20<Px2<8:20,则说明配平不足，所取配平系数K仍不够大，否则说明配平过度，所取配平系数K过大；对比Vx2和Vxl之间的差值，如果差值小于50%，说明配平效果不明显，配平系数K取值不够大，否则说明配平效果较明显；如果同时Vx2接近0.2IPS的合格值说明配平系数K已接近目标值；可根据实际情况适当增加或者减少配平系数K的取值；
5)重复执行步骤2)1)直至采用某个K值时可使Vxn达到合格标准即小于0.2IPS，此K值即为该型螺旋桨的配平系数。更优选的，应使Vxn达到小于0.1IPS，这样可以达到更优的配平效果，而且经实际测试本方法也能够达到更优的配平效果，此时的K值才可作为该型螺旋桨的配平系数。
[0012]执行以上步骤一、二、三后，获得了适合待配平型号螺旋桨的配平系数，以后再进行该型号螺旋桨的动平衡配平时可以直接采用该配平系数执行步骤一和步骤二进行矢量分解和质心动态修正即可，不需再执行步骤三。经工程实践测试证明该方法能够一次性配平成功。
[0013]振动值测试仪，优选由Chadwick Helmuth生产的vibrex 2000型振动值测试仪。
[0014]所用符号的含义定义如下:
P2、P4、P8、P1(I为桨毂2 、4、8、10点钟四个标准安装位置上的固定螺钉孔位置；
P2N> P4N> P8N、PiON为安装在P2、P4> P8> Pio各位置的配重在第1、2、3……N次修正后的质心位置；
P2P2N>P4P4N>P8P8N>PioPion为安装在Ρ2、Ρ4、Ρ8、Ρ1(Ι四个标准位置上的分配重的质心偏离该位置固定螺钉孔的距离；
d为配重片上配重片质心与两个安装螺钉孔连线之间的距离；
IPS:单位为英寸/秒，为振动值参数的单位；
Px为轻点位置，由振动值测试仪的输出数据“xxIPS@x:xx”中x:xx+6:00得到；
Vx为振动值数值，由振动值测试仪的输出数据“xxIPS@x:xx”中“xxIPS”得到；
Pxl> Px2> Px3……Pm为第η次测量得到的螺旋桨轻点位置；
Vxl> Vx2, Vx3……Vxn为第η次测量得到的螺旋桨振动值水平
ΜρΜ2、Μ3……Mn为第η次计算得到的拟安装在轻点Pxn位置的总配重质量
K为配平系数，每IPS振动值需要的配重质量，单位为g/IPS (克/IPS)。
[0015]md为两颗固定螺钉的质量；
M为总配重的质量；
在本技术方案中所用到公式推导过程如下:
以某两叶螺旋桨为例，假设振动值测试仪要求将质量为M的配重片安装在4:30位置(0C方向)，因4:30位于4、8点钟的标准安装位置P4、P8之间，根据矢量分解原理，可将OC方向的配重力分解成P4位置(0A方向)、P8位置(0B方向)的两个分配重，使这两个分配重安装后的合成效果等效于安装在4:30位置(0C方向)的总配重M。步骤如下:
O矢量分解
根据已知条件和矢量分解的平行四边形法则，可得:
在」OAC中，根据余弦定理，有
OA2 = AC2 + C02-2*AC*C0*C0S( Z AC0).................................(I)根据正弦定理，有 S」aqg=CO*OA*SIN ( Z COA) /2，
S」aoc=OA*AC*SIN ( Z OAC) /2，
可得 C0*0A*SIN( Z COA) = 0A*AC*SIN( Z OAC)........................(2)
由式(I)、式(2)可得
OA2 = CO2* (SIN2 ( Z COA)/ SIN2 ( Z 0AC)+1-2* SIN ( Z C0A) *⑶S ( Z ACO)/
SIN( Z OAC)).............................................(3)
在」CBO中根据余弦定理，有Z AOC、Z COB、Z OAC
OB2 = BC2 + C02-2*BC*C0*C0S ( Z BC0)....................................(4)
根据正弦定理，有 S』cbq=C0*0B*SIN( Z COB) /2，
S」cbq=0B*BC*SIN( Z OBC) /2，
可得 C0*0B*SIN( Z COB) = OB氺BOSIN( Z OBC)...........................(5)
由式(4)、式(5)可得
OB2 = CO2* (SIN2 ( Z COB) / SIN2 ( Z OBC)+卜2* SIN ( Z COB) *C0S ( Z BCO)/
SIN( Z OBC)................................................(6)
由于 Z AOC 竺 ^ BCO,可得广 COB= Z ACO, Z BCO= Z AOC= Z COA,Z OBC= Z CAO= Z 0AC，代入式(3)和式(6)可得:
OA2 = CO2* (SIN2 ( Z AOC)/ SIN2 ( Z OAC)+1-2* SIN ( Z AOC) *⑶S ( Z COB)/
SIN( Z OAC)).............................................(7)
OB2 = CO2* (SIN2 ( Z COB) / SIN2 ( Z OAC)+卜2* SIN( Z COB) *C0S ( Z AOC)/
SIN( Z OAC)).............................................(8)
分别由式(7)和式(8)就可以将拟安装在4:30位置的总配重M按照矢量分解原理分解为安装在P4、P8两个标准安装位置上的分配重。
[0016]2)参数确定
在式(7)和式(8)中，对Z A0C、Z COB、Z OAC三个角的值按如下步骤进行确定:
a)计算以12:00为参照的4:30位置的角度位置为:4*η /6+30* η /360= η *3/4 ；
b)第一次分解计算时ZA0C、Z COB、Z OAC三个角的值分别为:
Z AOC= π *3/4- π /2- arctan ((P2P4/2) /OP) = π /4- arctan ((P2P4/2) /OP)
Z COB= π *3/2- arctan ((P2P4/2) /OP) - π *3/4= π *3/4- arctan ((P2P4/2) /OP)
Z OAC= π - Z AOC- Z C0B=2* arctan ((P2P4/2) /OP)
3)第二次及以上修正分解计算时Z A0C, Z COB, Z OAC三个角的值分别为:
广 AOC= Ti *3/4- π /2-arctan ((P2P4/2+ P4 P4N) /OP) = π /4-arctan ((P2P4/2+ P4 Ρ4Ν) /OP)广 COB= τι *3/2-arctan ((P2P4/2+ P8 P8N) /OP) - π *3/4= π *3/4-arctan ((P2P4/2+ P8Ρ8Ν)/0Ρ)
Z OAC= 31 - Z AOC- Z COB= arctan ((P2P4/2+ P4 P4N) /OP) +arctan ((P2P4/2+ P8 P8N) /OP)
通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果:
本发明采用了质心动态修正的矢量分解法进行飞机螺旋桨动平衡，执行完本发明的所有步骤、测出该型螺旋桨的配平系数以后，如再需要进行该型号螺旋桨的动平衡配平，可以根据测出的振动值数值直接使用该配平系数计算出所需配重的质量，再运用本发明步骤一和步骤二进行精确分解和计算后，按照计算结果将配重安装在指定的标准点钟位置，即可保证一次性配平成功。特别是采用计算机计算技术后，人工所做的只是测量待配平螺旋桨的振动值数据和按照计算机计算结果将配重安装在桨毂上，简单方便，完全不依赖于操作者的熟练程度和工作经验；而且配平效果确切可靠。
[0017]术语定义
1.点钟位置
本发明所指之点钟位置，是对螺旋桨桨毂上沿桨毂周缘上的相对位置进行的约定。定义为:面向螺旋桨旋转平面，以螺旋桨旋转中心为中心，约定竖直向上方向为12点钟(或O点钟)，然后以此为起点沿逆时针方向按钟表表盘上点钟刻度的方法每30°依次定义为1,2, 3,-11点钟，不足30°的以“分”表示，如图1。这样“X:XX”的时间格式数据就表达了一个特定的半径方向，这个方向是从竖直向上方向开始沿逆时针旋转(x*30+xx*0.5) °角得到的。半径方向确定后圆周上也即桨毂周缘上的相对位置就确定了。
[0018]2.重点和轻点
本发明所指之螺旋桨重点，是将螺旋桨与发动机转子组成的转子系统在高速旋转过程中所产生的振动等效成螺旋桨的质心偏离旋转中心所产生的振动，在这个前提下在螺旋桨旋转平面上以螺旋桨的旋转中心为中心、以螺旋桨桨毂周缘所在的圆周上，定义螺旋桨重点就是螺旋桨等效质心所在半径与圆周的交点，所以螺旋桨重点并不一定是螺旋桨质点；相对螺旋桨重点，轻点就是圆周上与重点呈180°对称的点。
[0019]由于螺旋桨重点和轻点均在桨毂周缘所在的圆周上，所以只需要重点和轻点所在半径的方向就可以描述重点和轻点的位置。对重点和轻点位置的描述以“X:XX”的点钟位置来表示。振动值测试仪对振动值进行测试后输出的数据格式为“xxIPS@x:xx”，其中xxIPS是测出的振动值水平，x:xx为重点的点钟位置，则轻点位于x:xx+6:00位置。
[0020]3.动平衡配平
在螺旋桨轻点位置安装合适质量的配重使螺旋桨的等效质心回到螺旋桨旋转中心上。动平衡配平不可能将振动值降低至零，工程上以小于0.2IPS (英寸/秒)为合格。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为螺旋桨旋转平面内螺旋桨桨毂周缘上点钟位置的分布。
[0022]图2为均质薄片的配重片上安装螺钉孔的位置和配重片质心的位置以及质心与两螺钉孔连线之间的距离示意；
图3为某型两叶螺旋桨桨毂上可安装配重片的2、4、8、10四个标准点钟位置P2、P4、P8、P10示意和进行螺旋桨桨毂特征数据测量的方法；
图4到图6分别为配重片在桨毂上的实际安装和配重质心修正方法示意图的左视图、正视图、右视图。
[0023]图中，L4、L 8表示分配重质心偏离其两固定螺钉孔连线的距离。
[0024]图7为将任意非标准安装位置的配重力进行分解的矢量分解方法。
【具体实施方式】[0025]下面结合附图和实施例对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。
[0026]振动值测试仪测量后给出的振动值信息为“XXIPS@X:XX”，这包含了振动值大小和重点位置信息，其中xxIPS是测出的振动值水平，χ:χχ为重点的点钟位置，则轻点位于χ:ΧΧ+6:00位置。由于测试仪计算后给出的轻点位置是实际的轻点位置，这个位置往往不是桨毂上的标准点钟位置，所以在该位置没有螺钉孔无法安装配重。在采用传统方法进行动平衡配平时只能是把配重安装在最接近的标准点钟位置，这就带来了较大的安装位置误差。
[0027]振动值测试仪依据关于应安装配重质量的计算是以其内置的配平模型作为计算依据的，这个的配平模型与实际待配平螺旋桨的特征数据差异较大，导致测试仪计算出的拟安装配重质量很不准确，导致配平困难。
[0028]本发明通过获取更准确配平系数、矢量分解和配重质心动态修正三种方法解决了传统方法所存在的振动值测试仪在配重安装位置计算和配重质量计算等环节所存在的误差大、以及“逐次逼近”配平理念所带来多种困难。
[0029]本实施例所使用的某型螺旋桨振动值测试仪对振动值水平的划分如下:
【权利要求】
1.一种质心动态修正法进行飞机螺旋桨动平衡的方法，其特征是:步骤如下: (一)步骤一:用矢量分解的方法将拟安装在任意位置的一个配重分解到两个标准安装位置上，减小安装误差； 本步骤是运用矢量合成与分解原理将拟安装在轻点位置的一个配重分成两个分配重分别安装在螺旋桨桨毂上的两个相邻的标准安装位置上，使这两个分配重的合成效果相当于安装在指定轻点位置上的拟安装的原配重的配平效果；这样解决了需要安装配重的实际位置即轻点位置与桨毂上的能够安装配重的位置即标准安装位置不一致的难题；实现方法如下: 1)将螺旋桨的两桨叶水平放置，以桨毂正上方位置为基准参照点，逆时针按照钟表表盘上点钟位置的划分方法依次划出12个位置，即12个点钟位置；则桨叶位于3、9点钟位置，桨毂上能够安装配重片的标准位置位于2、4、8、10四个点钟位置附近；分别设四个点钟位置上固定螺钉孔位置为P2、P4> P8> Pio ； 2)测量出桨毂上2、4点钟位置螺钉孔P2与P4之间的距离P2P4，测量出桨毂上2点钟位置螺钉孔P2与螺旋桨旋转中心O之间的距离OP2 ； 3)设螺旋桨旋转中心O与线段P2P4之间的距离为0P，设OP2与OP4之间夹角ZP2OP4的 1/2 为 Z a,则根据三角关系计算出 Z a=arcsin ((P2P4/2) /OP2)，0P=0P2*cos (a)=0P2*cos (arcsin ((P2P4/2) /OP2));以Z a为基础，计算出以竖直向上方向为起点、逆时针至Ρ2>Ρ4>Ρ8>Ριο各位置时的角度: π /2-a= π /2-arctan ((P2P4/2) /OP)，该计算结果为由起始位置逆时针旋转到P2点时的角度值； π /2+a= η /2+ arctan ((P2P4/2) /OP),该计算结果为由起始位置逆时针旋转到P4点的角度值； π *3/2-a= n *3/2-arctan ((P2P4/2) /OP),该计算结果为由起始位置逆时针旋转到P8点的角度值； π *3/2+a= n *3/2+arctan ((P2P4/2)/OP),该计算结果为由起始位置逆时针旋转到Piq点的角度值； 4)设Px为螺旋桨的轻点位置，设Vx为螺旋桨振动值水平；估计一个配平系数K，即平衡单位IPS (英寸/秒)振动值需要安装的配重质量，如设K=50g/IPS ； 5)使用vibrex2000型振动值测试仪对拟配平的螺旋桨进行第一次振动值测试；该型振动值测试仪采用“点钟位置”来约定螺旋桨旋转面上桨毂的周向位置；记录测试仪输出的“xxIPS@x:xx”信息,在这个信息中xxIPS表示螺旋桨的振动值水平，x:xx表示螺旋桨的重点在X:XX位置的半径上的点钟位置；则第一次测量得到的振动值水平Vx= xxIPS ;由于螺旋桨轻点位置与重点位置关于螺旋桨旋转中心对称，轻点所在半径与重点所在半径之间的夹角为180。，则轻点的点钟位置在？!￡=1^1+6:00 ； 6)根据振动值水平Vx和估算的配平系数K，计算出需要安装的总配重的质量为M=K*VX； 7)将拟安装在轻点位置Px的总配重M用矢量分解原理分解到与Px相邻的两个标准安装螺钉孔位置上，得到两个分配重； (二)步骤二，用动态修正配重质心位置的方法准确计算出拟安装在两个标准位置上的分配重质量，提高计算准确度； 具体步骤如下: 1)测量出两颗固定螺钉的质量md; 2)配重片是匀质薄片，用悬挂法测出一片配重片的质心位置；在配重片上画出两螺钉孔的中心连线，测量出配重片质心与两螺钉孔中心连线之间的垂直距离d ;配重片和固定螺钉组成待安装的配重后，设待安装配重的质心与固定螺钉孔连线之间的距离为L，则L= (d* (Mnd)) /M ； 3)设分别安装在P2、P4、P8、P1(I各位置的配重在第1、2、3……N次修正后的质心位置分别为 P2N> P4N、P8N、P湖，则 P2P2N> P4P4N、P8P8N、P10P10N 是分别是安装在 p2、p4、P8> P10 四个标准位置上的分配重的质心偏离该位置固定螺钉孔的距离，该距离可根据每个分配重的质量由式L= (d* (M-md)) /M 计算得出； 4)以竖直向上方向位置(即12:00位置)为起点、逆时针至P2N、P4N、P8N、Picin各位置时的角度分别为: π /2- arctan ((P2P4/2+ P2 P2N) /OP)，该计算结果为由起始位置逆时针旋转到P2n点时的角度值； π /2+arctan ((P2P4/2+ P4 P4N) /OP)，该计算结果为由起始位置逆时针旋转到P4n点的角度值； π *3/2-arctan ((P2P4/2+ P8 P8N) /OP)，该计算结果为由起始位置逆时针旋转到P8n点的角度值； π *3/2+arctan ((P2P4/2+ P10 P10N) /OP)，该计算结果为由起始位置逆时针旋转到Piqn点的角度值； 5)将拟安装在轻点位置Px的配重M用矢量分解原理分解到与Px相邻的两个修正质心位置上，得到两个分配重； 多次重复“分解-修正-分解”的过程即可逐次逼近分配重质量的真实值，使计算出的分配重质量数据更加精确，当前后两次的计算结果的误差小于千分之一克时，即达到要求； (三)步骤三，精确计算拟配平螺旋桨的配平系数K，使以后再对该型螺旋桨进行配平时不再采用估算的配平系数，使配平过程更快捷； 步骤如下: 1)设Pxl、Px2、Px3……Pxn为第η次测量得到的螺旋桨轻点位置，设Vxl、Vx2、Vx3……Vxn为第η次测量得到的螺旋桨振动值水平，设Mp M2' M3……Mn为第η次计算得到的拟安装在轻点Pxn位置的总配重质量；采用任一估计的配平系数K ； 2)将待配平螺旋桨桨毂上的所有配重片全部拆除，进行第一次振动值测量，记下振动值测试仪测出的螺旋桨轻点位置Pxl和振动值水平Vxl，计算出拟安装在轻点Pxl位置的总配重质量M1= K*Vxl ； 3)执行步骤一的矢量分解和步骤二的质心修正，精确实现“在Pxl位置安装M1克配重”的配平效果； 4)再次进行振动值测量，记下振动值测试仪测出的螺旋桨轻点位置Px2和振动值水平Vx2 ;比较Px2和Pxl的差值，如果Px2和Pxl圆心角小于3:00即120度，则说明配平不足，所取配平系数K仍不够大，否则说明配平过度，所取配平系数K过大；对比Vx2和Vxl之间的差值，如果差值小于50%，说明配平效果不明显，配平系数K取值不够大，否则说明配平效果较明显；如果同时Vx2接近0.2IPS的合格值说明配平系数K已接近目标值；可根据实际情况适当增加或者减少配平系数K的取值； 5)重复执行步骤2) ^4)直至采用某个K值时可使Vxn达到合格标准即小于0.2IPS，此K值即为该型螺旋桨的配平系数； 执行以上步骤一、二、三后，获得了适合待配平型号螺旋桨的配平系数，以后再进行该型号螺旋桨的动平衡配平时可以直接采用该配平系数执行步骤一和步骤二进行矢量分解和质心动态修正即可，不需再执行步骤三。
2.根据权利要求1所述的质心动态修正法进行飞机螺旋桨动平衡的方法，其特征是:采用精确的配平系数K直接根据式M=K*VX计算出拟安装的总配重质量；采用质心动态修正法精确计算出两个分配重的准确质心位置；采用矢量分解法将原安装在一个位置上的一个配重分解为现安装在两个位置上的两个分配重。
3.根据权利要求1所述的质心动态修正法进行飞机螺旋桨动平衡的方法，其特征是:所述的振动值测试仪为由Chadwick Helmuth生产的vibrex 2000型振动值测试仪。
4.根据权利要求1所述的质心动态修正法进行飞机螺旋桨动平衡的方法，其特征是:所述的“点钟 位置”，是以桨毂正上方位置为基准参照点，逆时针按照钟表表盘上点钟位置的划分方法依次划出12个位置。
5.根据权利要求1所述的质心动态修正法进行飞机螺旋桨动平衡的方法，其特征是:所述的Vxn小于0.1 IPS。
【文档编号】G01M1/38GK104019943SQ201410310793
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】孟现召, 张洪涛, 郭跃进, 张绍群, 蒋平清, 唐晓波 申请人:中国民用航空飞行学院