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直升機(jī)地面共振有效處置方法
地面共振是指直升機(jī)在地面試車(chē)、滑行、垂直起降和滑跑起降中，受一定的初始干擾后突然發(fā)生左右搖擺現(xiàn)象，振幅迅速增大，直至損壞機(jī)體的一種強(qiáng)烈振動(dòng)現(xiàn)象。下面是小編為大家分享直升機(jī)地面共振有效處置方法，歡迎大家閱讀瀏覽。
直升機(jī)地面共振有效處置方法
一、地面共振的基本概念
(一)地面共振的現(xiàn)象
地面共振是指直升機(jī)在地面試車(chē)、滑行、垂直起降和滑跑起降中，受一定的初始干擾后突然發(fā)生左右搖擺現(xiàn)象，振幅迅速增大，直至損壞機(jī)體的一種強(qiáng)烈振動(dòng)現(xiàn)象。在駕駛艙內(nèi)，飛行員受抖動(dòng)影響，會(huì)出現(xiàn)看不清儀表指示、操作難度加大、產(chǎn)生眩暈、反應(yīng)不夠及時(shí)等現(xiàn)象。
(二)地面共振的危害
直升機(jī)具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是保證直升機(jī)可靠安全飛行極為重要的條件。振動(dòng)的過(guò)程也是載荷作用的過(guò)程，所以當(dāng)振動(dòng)的強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)引起機(jī)體結(jié)構(gòu)變形，材料破壞。
直升機(jī)的“地面共振”是低頻率大振幅的振動(dòng)。對(duì)飛行人員的影響是操縱不夠穩(wěn)定，判斷不夠及時(shí)。顫動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，振幅增大，駕駛桿晃動(dòng)大，導(dǎo)致操縱困難。座椅隨機(jī)身振動(dòng)嚴(yán)重，易引起飛行員視線模糊、頭暈?zāi)垦！⒎磻?yīng)遲鈍等。如不及時(shí)處理，一般在不到十秒鐘的時(shí)間內(nèi)，就可以打壞槳轂，折斷尾梁、斜梁，甚至機(jī)體翻倒、旋翼打地、造成機(jī)毀人亡的嚴(yán)重事故。
二、地面共振的原因及條件
地面共振有多種原因可引起，但從其根源來(lái)說(shuō)分為非操作原因和操作原因。
(一)非操作原因
旋翼運(yùn)轉(zhuǎn)著的直升機(jī)，在地面受到非操作原因外界干擾后，引起槳葉在旋轉(zhuǎn)面內(nèi)振動(dòng)，這時(shí)旋翼在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)出現(xiàn)不平衡的慣性力，從而激起直升機(jī)在起落架上的水平振動(dòng)，這個(gè)激振頻率決定于槳葉本身擺振的固定振頻和旋翼的轉(zhuǎn)速，當(dāng)它接近直升機(jī)在起落架上水平振動(dòng)的固有振頻時(shí)，會(huì)使直升機(jī)振動(dòng)起來(lái)。在機(jī)體振動(dòng)時(shí)，又反過(guò)來(lái)產(chǎn)生使槳葉在旋轉(zhuǎn)面振動(dòng)的力，即對(duì)旋翼的擺振進(jìn)行激振。
機(jī)體振動(dòng)和槳葉振動(dòng)的這種關(guān)系，在一定的旋翼轉(zhuǎn)速下，固有振頻便會(huì)相互激振，不斷加劇，如此惡性循環(huán)，以致很快損壞。在實(shí)際飛行中，主要有以下幾種原因：
一是跑道不平，滑行速度過(guò)大。起落架承受壓力不均勻，槳葉揮舞不規(guī)律，滑行速度增大，壓力變化頻繁，揮舞調(diào)節(jié)系數(shù)改變，振動(dòng)頻率產(chǎn)生耦合，機(jī)體產(chǎn)生振動(dòng)。
二是兩個(gè)主起落架緩沖支柱或輪胎壓力不相等。由于維護(hù)原因或其他原因，造成起落裝置兩側(cè)緩沖壓力不均等，在地面滑行時(shí)，槳葉揮舞受到干擾，產(chǎn)生不均勻的側(cè)向力距，從而引起地面共振。
三是旋翼脫錐，液壓減擺力矩不一致。當(dāng)旋翼調(diào)整片變形、蒙皮撕裂或嚴(yán)重脫膠、拉桿脫落或松動(dòng)產(chǎn)生旋翼脫錐時(shí)，液壓減擺力矩變化，直升機(jī)狀態(tài)不穩(wěn)定，出現(xiàn)周期性、篩羅式的往復(fù)搖擺，產(chǎn)生振動(dòng)。
四是受到氣象條件的影響。當(dāng)在地面滑行中，出現(xiàn)低空風(fēng)切變或較大的陣側(cè)風(fēng)時(shí)，直升機(jī)受到的氣流擾動(dòng)產(chǎn)生急劇變化，操縱力矩發(fā)生不規(guī)則改變，旋翼旋轉(zhuǎn)面產(chǎn)生不規(guī)律的傾斜，會(huì)引起地面共振。
(二)操作原因
直升機(jī)在地面運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中因飛行員操作失誤也會(huì)引起槳葉在旋轉(zhuǎn)面內(nèi)振動(dòng)。主要有以下幾種原因：
一是地面試車(chē)產(chǎn)生共振。在地面試車(chē)中，當(dāng)飛行員加滿油門(mén)環(huán)檢查自動(dòng)駕駛儀高度通道時(shí)，總距產(chǎn)生跳躍、卡滯現(xiàn)象，造成機(jī)輪非正常離地，飛行員不及時(shí)穩(wěn)桿穩(wěn)舵，控制好總距，甚至晃動(dòng)駕駛桿，造成旋翼旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生變化，耦合系數(shù)增大，產(chǎn)生地面共振。
二是地面滑行(滑跑)產(chǎn)生共振。在滑行過(guò)程中粗猛蹬舵或側(cè)向改變駕駛桿位置，槳葉都可能由于離心力偏移產(chǎn)生移位，機(jī)體可能以這種轉(zhuǎn)動(dòng)頻率帶起落架一起擺振。一旦這種情況發(fā)生，重心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和擺振如果同步，重心就不是向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，而是劇烈的向外運(yùn)動(dòng)，在槳轂處產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，幾乎瞬間，就可使直升機(jī)振裂。
三是垂直著陸產(chǎn)生共振。垂直著陸時(shí)，飛行員下放總距過(guò)快或突然性蹬舵，造成著陸過(guò)重或突然失去狀態(tài)控制，都會(huì)造成旋翼在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)出現(xiàn)不平衡的慣性力，從而激起直升機(jī)在起落架上的水平振動(dòng)。
(三)產(chǎn)生地面共振的條件
由上面的分析可以得出地面共振產(chǎn)生的條件有以下幾點(diǎn)：
一是地面共振不穩(wěn)定性發(fā)生在旋翼頻率與機(jī)體固有頻率重合或接近重合時(shí)。
二是不穩(wěn)定源是旋翼擺振與機(jī)體正向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間的相互激勵(lì)，而能量來(lái)源則是旋翼的旋轉(zhuǎn)功能，而旋翼的旋轉(zhuǎn)功能來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的能量。
三是槳葉擺振固有頻率越低，槳葉總質(zhì)量與直升機(jī)質(zhì)量之比越大，則地面共振不穩(wěn)定性就越大。
四是只有同時(shí)存在擺振阻尼及機(jī)體(起落架)阻尼才可能消除地面共振不穩(wěn)定區(qū)。
五是有足夠的外界干擾。
三、地面共振的處置
直升機(jī)在起落架接地的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)有發(fā)生和處置地面共振的思想準(zhǔn)備，這是及時(shí)判斷和正確處置的前提。
(一)地面試車(chē)時(shí)
如果確認(rèn)地面共振已經(jīng)發(fā)生，應(yīng)立即把總距桿放到底，減小旋翼轉(zhuǎn)速，并蹬舵保持好方向。迅速大幅度地改變旋翼轉(zhuǎn)速，使慣性離心激振力的頻率遠(yuǎn)離發(fā)生共振的頻率，消除產(chǎn)生共振的內(nèi)因。
采取上述措施后，如果振動(dòng)仍沒(méi)有明顯降低，應(yīng)立即關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，切斷共振的能源，并及時(shí)使用旋翼剎車(chē)，使旋翼轉(zhuǎn)速迅速減小到共振轉(zhuǎn)速之外。
(二)滑行滑跑時(shí)
在滑行(滑跑)中如發(fā)生地面共振，應(yīng)迅速將總距桿放到底，左轉(zhuǎn)油門(mén)環(huán)剎車(chē)減速，同時(shí)用駕駛桿修正直升機(jī)的傾斜，禁止蹬舵修正傾斜，迅速大幅度地改變旋翼轉(zhuǎn)速，使慣性離心激振力的頻率遠(yuǎn)離發(fā)生共振的頻率，消除產(chǎn)生共振的內(nèi)因。
(三)在垂直起落時(shí)
如在著陸剛接地或起飛離地瞬間時(shí)，根據(jù)機(jī)場(chǎng)標(biāo)高、溫度、濕度、載重等確定有可能迅速使直升機(jī)離地，可立即上提總距桿，使直升機(jī)迅速離地，“地面共振”也就不存在了。
發(fā)生“地面共振”后，直升機(jī)某些部分因強(qiáng)烈振動(dòng)可能被破壞，因此，應(yīng)對(duì)旋翼的槳葉、槳轂的限動(dòng)塊和各關(guān)節(jié)、尾梁、起落架緩沖器等部件進(jìn)行檢查，同時(shí)，還要檢查個(gè)附件、設(shè)備的固定是否松動(dòng)，以保證下次飛行的安全。
四、地面共振的預(yù)防措施
為防止直升機(jī)在使用中出現(xiàn)地面共振的措施，一種做法是調(diào)整旋翼擺振固有頻率及機(jī)體固有頻率，使頻率重合點(diǎn)及相應(yīng)的不穩(wěn)定區(qū)移出范圍之外;另一種做法是保證所需的擺振阻尼及機(jī)體(起落架)阻尼以消除不穩(wěn)定性。三是飛行員操縱動(dòng)作柔和。實(shí)際上往往需要同時(shí)采用這三種措施。
(一)保證阻尼裕量的構(gòu)造措施
防止地面共振所需的阻尼，主要由旋翼減擺振器提供。因此，旋翼減擺器和起落架減震器雖其主要作用是減小前飛時(shí)旋翼的擺振和著陸時(shí)機(jī)體的受力，但也要適當(dāng)?shù)丶骖櫡乐沟孛婀舱竦男枰?/p>
1.旋翼減擺器。旋翼減擺器工作時(shí)提供阻尼，以減弱旋翼槳葉的擺振，自然有利于防止地面共振。很多現(xiàn)代直升機(jī)采用了粘性減擺器，由于其彈性剛度作用，額定轉(zhuǎn)速時(shí)擺振基階頻率提高了，因而旋翼擺振固有頻率也提高了，也增大了擺振阻尼。
2.起落架減震器
減震器工作時(shí)提供阻尼，以衰減直升機(jī)的起伏振動(dòng)，當(dāng)然也有利于防止地面共振。為此必須注意：一是減震器的初壓要小;二是減震器壓縮初期的阻尼要適當(dāng)大些，只在減震器小壓縮的情況下起作用，用以防止地面共振;三是采用剛度較大的輪胎，使減震器及早參與工作，這對(duì)防止地面共振有利。
(二)保證合適的機(jī)體固有頻率的措施
一是調(diào)整機(jī)體固有頻率。通過(guò)良好的設(shè)計(jì)，調(diào)整起落架則度，保證合適的機(jī)體固有頻率，使機(jī)體固有頻率與旋翼固有頻率錯(cuò)開(kāi)。
二是保證機(jī)輪滾動(dòng)時(shí)間的側(cè)向剛度。機(jī)體橫向振動(dòng)時(shí)，其固有頻率取決于減震器和起落架的側(cè)向剛度。為了防止滑跑時(shí)發(fā)生地面共振，對(duì)直升機(jī)的地面最大滑跑速度應(yīng)有限制。
三是防止輪胎時(shí)而離地使剛度降低。直升機(jī)起降時(shí)，在機(jī)輪離地前或接地后瞬間，旋翼拉力T與機(jī)身重力G處于這樣狀態(tài)：T稍小于G，但又接近G。此時(shí)，輪胎在地面，時(shí)而發(fā)生離地情況。在此情況下，直升機(jī)的橫向振動(dòng)，變成帶“間隙”的振動(dòng)。在間隙出現(xiàn)時(shí)，離地輪胎的剛度為零。在間隙消失時(shí)，輪胎剛度又恢復(fù)。其結(jié)果，使直升機(jī)橫向、縱向固有振頻降低，不穩(wěn)定區(qū)邊界下降，二階振動(dòng)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定裕量減小。當(dāng)振幅足夠大時(shí)，不穩(wěn)定區(qū)下界會(huì)落入工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，如遇外力干擾，就會(huì)發(fā)生地面共振。因此，為了防止滑跑時(shí)發(fā)生地面共振，對(duì)直升機(jī)的離地時(shí)的操縱有嚴(yán)格的規(guī)定。
(三)保證飛行員正確操縱動(dòng)作
在飛行的各個(gè)課目中，操作人員都要做到，操縱動(dòng)作柔和防止粗猛動(dòng)作，在地面試車(chē)的時(shí)候不要頻繁的操作駕駛桿，滑行滑跑中不要粗猛的使用舵，在跑道不平時(shí)，應(yīng)斷開(kāi)自動(dòng)駕駛儀。在著陸的過(guò)程中不要過(guò)于頻繁的使用總距桿，下降率不要過(guò)大，防止粗暴著陸。
直升機(jī)地面共振簡(jiǎn)述
直升機(jī)在地面運(yùn)行時(shí)因槳葉擺振與機(jī)體振動(dòng)之間的耦合而產(chǎn)生的自激振動(dòng)。雖然稱為地面共振，實(shí)際上這種振動(dòng)并非是起因于外加交變力的強(qiáng)迫振動(dòng)，而是自激振動(dòng)。擴(kuò)大振動(dòng)的能量來(lái)自驅(qū)動(dòng)旋翼的發(fā)動(dòng)機(jī)。這種振動(dòng)一旦發(fā)生，振幅在幾秒鐘內(nèi)便可達(dá)到十分劇烈的程度，常常造成槳葉折斷、輪胎破裂、機(jī)身翻倒，甚至人身傷亡等嚴(yán)重事故。直升機(jī)地面共振曾一度成為阻礙直升機(jī)發(fā)展的技術(shù)難關(guān)。
直升機(jī)地面共振在槳葉一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)發(fā)生，這個(gè)范圍稱為直升機(jī)地面共振轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)。避免地面共振的主要途徑是適當(dāng)選擇起落架的剛度、阻尼，并在各槳葉上配置適量阻尼的減擺器。
產(chǎn)生原因
直升機(jī)發(fā)生地面共振的內(nèi)因是其本身存在著兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的振動(dòng)系統(tǒng)，一個(gè)是槳葉繞垂直鉸的擺振系統(tǒng)，另一個(gè)是機(jī)身與起落架組成的振動(dòng)系統(tǒng)。
發(fā)生地面共振的外因是直升機(jī)受到某種初始干擾，例如，大側(cè)風(fēng)，操縱動(dòng)作粗猛，道面凸凹不平等。由于初始干擾的作用，各片槳葉繞擺振軸線的擺振角不同，使得旋翼總重心偏離旋轉(zhuǎn)中心，產(chǎn)生不平衡的離心力，激起機(jī)體在起落架上的振動(dòng)，而機(jī)體的振動(dòng)又會(huì)以支座運(yùn)動(dòng)激振的方式反過(guò)來(lái)激起各片槳葉繞垂直鉸的附加擺振。在一定條件下這兩種通過(guò)慣性力耦合的振動(dòng)彼此激勵(lì)，振幅不斷增大，使直升機(jī)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，形成地面共振。
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