由于螺旋桨飞机所具有的良好低速经济性, 使螺旋桨式动力装置在现代支线飞机以及通用航空中仍得到较为广泛的应用。但由于螺旋桨与发动机之间的相互独立性, 使螺旋桨在与发动机连接后的高速旋转过程中振动问题比较突出, 这不仅降低了飞机的舒适性, 更重要的是导致发动机架和防火墙上的安装座等重要零部件需要承受很大的交变应力而容易出现疲劳裂纹, 造成很大的安全隐患。
我院飞行训练所使用的数百架初、中级教练机的动力装置均使用水平对置的航空活塞式发动机和两叶全金属螺旋桨, 这种动力装置由于其自身的构造特点使得工作中振动情况比较严重。为降低发动机工作过程中螺旋桨的振动值水平, 我院购置了美国Chadwick Helmuth的vibrex 2000型振动值测试仪来辅助进行螺旋桨的动平衡工作。该测试仪能够测量出旋转部件相对于旋转中心的整个圆周上“轻点”的位置, 进而计算出需要在该位置安装的配重重量。然而, 实际配平工作中却发现配平效果非常不理想, 分析其原因主要存在于以下两个方面。
(1) 振动值测试仪测量出的轻点真实位置可能位于螺旋桨桨毂整个圆周360°范围内的任意位置, 而桨毂上安装配重片的位置却是特定的几个, 这就使我们不能精确地将配重片安装在测试仪要求的位置上。
(2) 振动值测试仪在测量后计算出的配重重量是“尝试”性质的, 不能保证将指定重量的配重片安装在指定位置后即可配平成功。
基于以上两个原因, 特别是第一个原因, 使配平效果非常不理想, 有时甚至还出现了“越配平振动值越大”的现象, 极大地增加了一线技术人员的工作量。
为解决第一个问题即配重片的安装位置问题, 我们采用了矢量法, 利用矢量的合成与分解, 将测试仪要求安装的配重重量分解在螺旋桨桨毂上的标准安装位置上。如图1, 假设任意位置的力OM=c, 将OM分解到4点钟、8点钟两个标准。安装位置OC和ON上, 即根据合力c求分力a和b。根据已知条件和矢量合成与分解的平行四边形法则, 可得:
在⊿OMC中:
(1) 根据余弦定理, OC2=CM2+OM2-2*CM*OM*Cos (∠OMC) 。
(2) 根据正弦定理, 可得S⊿OMC=OC*CM*Sin (C) /2。
则由式 (1) 、式 (3) 可得
由式 (2) 、式 (3) 可得
由于2、4、8、10四个标准安装位置是事先确定了的, 所以根据任意位置的力OM的位置和大小即可得出∠A、∠B、∠C, 进而由式
(4) 和式 (5) 即可求解出4点钟和8点钟两个标准位置上的力即需要在这两个位置上安装的配重重量。
为解决第二个问题即测试仪计算出的配重重量不够准确的问题, 同时也为了避免人工进行矢量法求解的繁琐计算, 我们在认真研究vibrex 2000型振动值测试仪工作原理的基础上建立了基于我院机型所使用螺旋桨实际参数的数学模型, 并通过计算机编程技术将该数学模型开发成为计算机软件, 使一线技术人员能够通过该软件方便、快捷、准确地进行我院机型螺旋桨的动平衡工作。工作者通过vibrex2000型振动值测试仪采集到拟进行动平衡的螺旋桨的振动值数据, 输入软件中即可计算出需要在该螺旋桨桨毂上安装配重的位置和重量信息, 而且可保证在安装配重片后一次性配平成功!对该软件我们也开发出了WinCE平台版本, 可安装于工作者的智能手机上随身携带, 极大地方便了一线技术人员的操作使用。
由于不同型号的螺旋桨, 其桨毂尺寸和生产厂家在桨毂上预留的配重片安装位置也不尽相同, 但该矢量法动平衡配平原理却是通用的, 利用我们开发的配平数学模型可针对任何型号的螺旋桨快速开发出适用的动平衡配平软件。
摘要：在螺旋桨式飞机上, 由于其自身的构造特点使得动力装置在工作中振动情况比较严重, 易导致重要零部件出现疲劳裂纹, 具有很大的安全隐患。然而人工对螺旋桨进行动平衡配平又比较困难, 有时甚至出现“越配平振动值越大”的现象。本文分析矢量法在螺旋桨动平衡中的应用并介绍了我分院自行开发的螺旋桨动平衡软件, 通过该软件能够快捷准确地对我院机型的螺旋桨进行动平衡配平工作, 在提高工作效率的同时也大幅节约了航材, 具有较大的实用价值。
关键词：螺旋桨,振动,动平衡,矢量法,计算机软件
参考文献
[1] 高中代数[M].人民教育出版社.
[2] 张晓蕾.VB.net基础教程[M].人们邮电出版社.
[3] Chadwick Helmuth vibrex2000Operator’s Manual.