赵春状
哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市150066
摘要：针对某型直升机驾驶舱地板振动大问题，研究了其在典型飞行状态下的振动特性，主要介绍了测量位置选择、测试系统建立、飞行数据采集和振动特性分析四个方面，得到了典型频率点及其幅值，判断了振动来源，为后续设计减振方案提供了数据支持。
关键词：直升机；驾驶舱；地板振动；振动特性；振动
直升机不可避免的存在振动，其振动主要来源于旋翼、尾桨、发动机、减速器和传动系统等转动部件。某型直升机在交付用户使用过程中，多次收到驾驶舱地板振动大的反馈，该振动增加了飞行员的驾驶疲劳度。为研究其振动来源以及设计减振方案，在驾驶舱地板上选取了一定数量的测量点、建立了测试系统、采集了典型飞行状态下的飞行数据，分析了数据的振动特性，得到了典型频率点及其幅值。
1测量位置选择
根据飞行员的振动反馈，了解到驾驶舱地板振动大主要感受源为两处，分别为脚蹬和座椅。所以，选取测量点四处，分别为主驾驶员脚蹬地板、副驾驶员脚蹬地板、主驾驶员座椅地板、副驾驶员座椅地板，测量方向Z向（飞机垂向）。
2测试系统建立
2.1加速度计的选取和安装原则
考虑驾驶舱地板振动较小，时域最大量程应不超过±10g，选取美国PCB公司的356A15型加速度计进行振动加速度信号的获取，将物理量的加速度信号转换为电学量的电压信号。加速度计使用乐泰454胶水粘贴安装在测量位置上，安装后24小时达到最佳粘合状态。加速度计安装时禁止影响飞行员正常操作机上设备，尤其严禁影响动部件行程的正常运动。
2.2动态信号分析仪的选取和安装原则
考虑到安装便捷性和操作舒适性原则，选取江苏东华测试技术股份有限公司的DH5909型动态信号分析仪。该分析仪可实现四通道振动数据的同步采集和存储，以便数据事后分析。DH5909体积小、无需安装，可由飞行员手持操作，不影响飞行员正常驾驶飞机。由于无需固定在机上，减少了改装工作量、降低了改装风险，特别是避免了抽引机上高度、速度信号来确定飞行状态的操作，全程由飞行员在典型飞行状态下操作分段记录数据，既可以直接从设备读取测试结果，也可以存储数据事后分析编写报告。DH5909配备充电式锂电池，可实现4小时不间断数据采集和存储，无需从机上抽引电源，提升了飞行安全。
2.3测试电缆选取和铺设原则
加速度计和动态信号分析仪使用美国PCB公司的低噪音型四芯电缆连接，该电缆可以有效降低测试信号中的噪声干扰。测试电缆铺设过程中应避开飞行员操作飞机的行程极限，禁止影响机上设备正常工作，尤其是动部件行程的正常运动，同时避免与其他电流大的电缆平行铺设以避免测试信号受到电磁干扰。
3飞行数据采集
3.1设备参数确定
配置设备采样率为2048Hz。在此采样率下，可能影响驾驶舱地板振动的旋翼、尾桨和发动机等主要转动部件频率均可采集获取。
3.2典型飞行状态确定
选取某一飞行高度上的一定平飞速度作为典型飞行状态。结合用户日常飞行训练和执勤任务需要，确定飞行高度为标准气压高度1000米，平飞速度为指示空速100km/h、150km/h、180km/h、200km/h和220km/h。为提高事后数据分析的准确度，每个典型飞行状态要求保持至少60秒。
4振动特性分析
振动特性分析主要采用时域分析和频域分析两种方式，时域分析主要用于判断数据有效性，频域分析主要用于获取典型频率点及其幅值。
4.1时域分析
由飞行试验得到该型直升机在典型飞行状态下的驾驶舱地板各测量位置振动数据，图形化后得到振动信号的时间历程曲线（时域图）。以100 km/h稳定平飞状态为例，其60秒全程时域图见图1，截取其中1秒的局部时域图见图2。其中，图1和图2的横坐标为时间，单位为秒（s），纵坐标为加速度，单位为重力加速度（g），通道顺序由上至下依次为副驾驶员脚蹬地板Z向、主驾驶员脚蹬地板Z向、副驾驶员座椅地板Z向和主驾驶员座椅地板Z向。
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由图1和图2可知，该速度点全程时域信号无零漂、跳变、毛刺等噪声干扰，信号质量高，数据有效。将其他速度点进行图形化处理，分别得到各稳定状态下60秒全程时域图和截取1秒局部时域图，对时域图进行检查，确认各组数据均有效。
4.2频域分析
将4.1中有效的振动数据，加海明窗后，进行FFT（fast Fourier transform, 快速傅里叶变换）处理，得到各典型飞行状态下的频谱图（频域图）。其中，采样率为2048Hz，分析频率约为800Hz，采样点数约为122880，FFT变换时选取分析点数选择8192，得到频率灵敏度为0.25Hz，可以满足精度要求。以100 km/h稳定平飞状态为例，其频域图见图3。其中，横坐标为频率，单位为赫兹（Hz），纵坐标为加速度（峰值），单位为重力加速度（g），通道顺序由左上开始顺时针依次为副驾驶员脚蹬地板Z向、副驾驶员座椅地板Z向、主驾驶员脚蹬地板Z向和主驾驶员座椅地板Z向。
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图3 100 km/h稳定平飞状态下的频域图（1Hz至100Hz范围）
由图3可知，该速度点在23.75Hz频率处出现最大幅值（峰值）。同理，可得到其他速度点的最大幅值频率点为23.75Hz。因此，23.75Hz为驾驶舱地板振动的典型频率点，其幅值（峰值）数值见表1。
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该型直升机的旋翼转速约为356rpm（转/分钟），约为5.93转/秒；主桨叶数量为4片，计算可得旋翼通过频率约为23.73Hz。由此可以判断，驾驶舱地板振动为直升机旋翼周期性转动造成的响应。
5结论
本文通过驾驶舱地板振动飞行振动测量后的振动特性研究，获得了驾驶舱地板振动的典型频率点约为23.75Hz，振动来源为直升机旋翼周期性转动。该结果可以为后续设计减振方案提供数据支持。