第八章：航空器振动及故障实例分析.ppt

第八章：航空器振动及故障实例分析 第一节 跨音速振动问题－－自激振动 第二节 空警一号飞机排振过程分析 第三节 飞机颤振类型及事故分析 第一节 跨音速振动问题－自激振动 2、跨音速飞行过程垂尾振动性质分类 抖振（间歇性周期振动） 颤振（垂尾翼面弯曲－扭转型颤振，方向舵旋转与垂尾其它形态耦合的操纵面颤振） 方向舵嗡鸣（单一频率连续振动或称单自由度颤振） 四、 直升机“地面共振”问题 第二节 空警一号飞机排振过程分析 第三节 飞机颤振类型及事故分析 * 1. 飞机方向舵嗡鸣及垂尾翼尖振动故障 故障现象： 方向舵嗡鸣： 方向舵、垂尾翼尖结构破损，严重时方向舵飞掉。 是在跨音速与低超音速时，由翼面气动激波附面层干扰而产生的操纵面自激振动，再由于疲劳或振幅过大导致操作面损坏。 （1）A型（高亚音速）嗡鸣－产生负流动阻尼，基本上是简谐振动。 （2）B型（亚超音混和流）－不一定有附面层分离，一般随机振动。 （3）C型（超音速）嗡鸣－单自由度位势流动舵面颤振。 结论： 操纵系统刚度偏低，翼尖结构刚度较弱是造成故障的主因。 方向舵嗡鸣原因：激波诱导的附面层分离与激波在操纵面上的振荡，除气动外形特点外，主要是操纵面阻尼振动特性。 可能存在的振动性质： －－方向舵试飞中折断、飞掉 跨音速振动 垂尾、方向舵破损－安排排振试飞 不同振动性质分析： （1）抖振 气流分离－飞机结构强迫振动－跨音速抖振 该机垂尾振动：多发于直线平飞状态，而低 速转 弯并无抖振，且响应频率较集中。 抖振：响应频率密具有随机特性，响应频带较宽。 （2）颤振： 设计状态： 该机垂直基本颤振型态－垂尾2弯为主，机身1扭参与耦合颤振。 垂尾颤振速度540m/s，颤频22.5Hz，－远大于失事飞行速度。 实验中，方向舵刚度减小20％－也未发生颤振。 该机振动多次发生于减速过程中－不符合颤振规律。 因此，该机垂尾振动不是由垂尾颤振引起的。 （3）方向舵嗡鸣： 嗡鸣－跨音速、低超音速范围－操纵面附面层干扰，扰激波位置运动－单自由度颤振 操纵面嗡鸣－决定因素是M数（并非速压－颤振） 该机振动局限于M=1.02~1.06之间－符合嗡鸣特征，方向舵旋转频率15.25Hz M=1.06飞行时，气动刚度影响下频率为19.8Hz（800m）、20.2Hz（500m）接近于振动最严重时方向舵旋转频率18Hz和21Hz，且当方向舵飞掉时，全机振动消失。 结论： 该机垂尾振动破损及全机振动是由“方向舵嗡鸣”引发的。 改进措施： 加装新的扰流条； 对方向舵抗扭刚度、支撑刚度加固提高； 改进后试飞证明跨音速振动彻底解决。 －－这是旋翼带垂直铰的直升机的特有振动问题。 “地面共振”机理： 由桨叶和带垂直铰的桨毂组成的旋翼，在旋转时构成一个水平振动系统。 当外干扰力使桨叶对垂直铰产生偏摆，在旋转离心力作用下，桨叶将绕垂直铰摆振。几片桨叶不均匀的摆振结果，使旋翼总重心偏离桨毂中心，从而产生旋翼对机体的不平衡激振力。 直升机机体支承在弹性起落架上，构成另一个振动系统。 问题： 试飞中垂直尾翼出现明显的振动，在离地、爬升、转弯、下滑、大速平飞中均有振感。 脚蹬有敲击感（约每秒2－3次），标图桌上发出间歇性咯咯响声；放襟翼时驾驶盘上有摇动感觉，过载表摆动较大；中舱乘员目视到垂尾有间歇性周期抖动（向两侧弯曲振动）； 实测表明：飞机尾部存在过度振动，影响飞行人员正常操纵和工作，也会引起结构疲劳损失。＝必须排除振动！ （一）振动测量和振源分析 1. 17架次的空测（623、630所） 测振位置： 垂尾尖部，中部，方向舵摇臂，机身尾部，驾驶员脚蹬 分析结果： 垂尾振动典型功率谱图2－4 机身尾部振频：3.5Hz 垂尾尖部振频：12Hz 与杜四原型机振动比较： 2.5-8Hz：1.75倍（振幅），加速度1.5倍 12Hz处：13 倍（振幅），加速度10倍 初结论：振动水平严重超标！ 2. 杜四机、空警一号机全机地面共振实验 －飞机各段的各阶自然频率 3. 模型风洞实验，飞行实验测量 －了解天线罩引起的气流分离特性 （2）雷达天线罩是引起振动的根本原因，天线罩相对厚度大（23～27％），在大气中容易产生气流分离，向后形成紊流漩涡（随机）－影响垂尾！ （3）空警一号振动属于扰流抖振，振源是天线罩及其支座引起的气流扰动。 结论： （1）空警一号过度振动构成：3.46Hz机身的水平弯曲；12Hz垂尾的弯曲振动（一阶弯曲为主） （二）排振方案及其效果 加强机身强度－结果表明减振无效 改变天线罩安装迎角－-1°改为+1°，脚蹬振感减轻，驾驶盘振动更强，导致气流下洗增加，涡流影响升降舵。 天线罩下表面吹气－飞行