CN109376449B - 直升机机体振动水平评价方法及装置 - Google Patents

直升机机体振动水平评价方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种直升机机体振动水平评价方法，包括：获取多个单频振动指数；根据多个单频振动指数，构建垂向振动指数阵、航向振动指数阵以及横向振动指数阵；将垂向振动指数阵在垂向方向进行系数加权，将航向振动指数阵在航向方向进行系数加权，将横向振动指数阵在横向方向进行系数加权，获得综合振动指数值；将综合振动指数值置于振源‑振动指数阵列，得到机体的综合振动指数阵列。

Description

直升机机体振动水平评价方法及装置
技术领域
本申请涉及直升机设计技术领域，具体提供一种直升机机体振动水平评价方法及装置。
背景技术
直升机振动水平评价方法是评估直升机振动环境的技术手段的理论基础，同时是指导直升机振动控制设计的顶层要求之一，其重要性不言而喻。
现有的直升机机体振动水平采用单一位置、单一频率、单一飞行状态的单一振动水平值进行评价，因此较为片面。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种直升机机体振动水平评价方法及装置。
第一方面，本申请提供了一种直升机机体振动水平评价方法，包括：获取多个单频振动指数；根据多个所述单频振动指数，构建垂向振动指数阵、航向振动指数阵以及横向振动指数阵；将所述垂向振动指数阵在垂向方向进行系数加权，将所述航向振动指数阵在航向方向进行系数加权，将所述横向振动指数阵在横向方向进行系数加权，获得综合振动指数值；将所述综合振动指数值置于振源-振动指数阵列，得到所述机体的综合振动指数阵列。
根据本申请的至少一个实施例，获取多个单频振动指数，包括：选取所述机体上任一位置，计算该位置处的所述单频振动指数；多次选取与上述任一位置不同的位置，计算该位置处的所述单频振动指数。
根据本申请的至少一个实施例，按下式计算所述单频振动指数：
Ifx＝afx×p
其中，Ifx为单频振动指数，afx为某一飞行状态下获得的f(Hz)频率处X轴向的振动加速度值，p为同一飞行状态在飞行谱中的百分占比。
根据本申请的至少一个实施例，按下式计算所述综合振动指数值：
综合振动指数＝[((航向振动指数×航向振动指数的加权系数)2+(横向振动指数×横向振动指数的加权系数)2+(垂向振动指数×垂向振动指数的加权系数)2)/4.5]1/2。
根据本申请的至少一个实施例，所述航向振动指数的加权系数为1～1.5，所述横向振动指数的加权系数为1.5～2，所述垂向振动指数的加权系数为2。
第二方面，本申请提供了一种直升机机体振动水平评价装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取多个单频振动指数；构建模块，用于根据多个所述单频振动指数，构建垂向振动指数阵、航向振动指数阵以及横向振动指数阵；加权模块，用于将所述垂向振动指数阵在垂向方向进行系数加权，将所述航向振动指数阵在航向方向进行系数加权，将所述横向振动指数阵在横向方向进行系数加权，获得综合振动指数值；综合振动指数阵列获取模块，用于将所述综合振动指数值置于振源-振动指数阵列，得到所述机体的综合振动指数阵列。
根据本申请的至少一个实施例，所述获取模块包括：选取单元，用于选取所述机体上某一位置；计算单元，用于计算该位置处的所述单频振动指数。
根据本申请的至少一个实施例，按下式计算所述单频振动指数：
Ifx＝afx×p
其中，Ifx为单频振动指数，afx为某一飞行状态下获得的f(Hz)频率处X轴向的振动加速度值，p为同一飞行状态在飞行谱中的百分占比。
根据本申请的至少一个实施例，按下式计算所述综合振动指数值：
综合振动指数＝[((航向振动指数×航向振动指数的加权系数)2+(横向振动指数×横向振动指数的加权系数)2+(垂向振动指数×垂向振动指数的加权系数)2)/4.5]1/2。
根据本申请的至少一个实施例，所述航向振动指数的加权系数为1～1.5，所述横向振动指数的加权系数为1.5～2，所述垂向振动指数的加权系数为2。
本申请实施例提供的直升机机体振动水平评价方法及装置，直观、完整地反映了直升机机体的振动环境特性；便于人们全面认清直升机振动环境的总体状况；快速、精确地指导直升机型号研制中振动控制设计和振动故障分析与处理。
附图说明
图1是本申请实施例提供的某型机典型位置、不同振源激起的不同频率的综合振动指数阵列。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
直升机科研试飞和定型试飞阶段，通过全机振动水平测量，可以获得直升机典型部位在所有任务状态的振动水平数据，利用频谱分析方法(谐波、准谐波、FFT等)和数理统计方法，理论上可以得到飞行谱下各种飞行状态下所有振源激起的所有频率下的振动过载值。
飞行谱，指直升机用户或研制方提供的直升机在全寿命周期内各种飞行状态使用占比，它是一系列的归一化处理的百分比量值，是直升机设计的顶层依据之一。
参照飞行谱，得到某个位置某个频率在某个方向的振动响应谱，这个振动响应谱反映了振动响应的特征。
振动响应谱，也称振动水平谱，指直升机对应飞行谱中每个飞行状态的振动水平值，它反映直升机振动水平随飞行状态的变化情况。振动响应谱通过飞行振动测量试验和数据处理获得。
第一方面，本申请实施例提供的直升机机体振动水平评价方法包括以下步骤：
步骤101，获取多个单频振动指数。
本实施例中，在直升机机体的某一位置处，在任一方向上的某个频率的振动响应谱，采用飞行谱的百分占比作为权重比，将每个飞行状态下的振动加速度幅值乘以该飞行状态在振动响应谱中的百分比，对所得积求和，和值即为该位置、该方向、该频率的单频振动指数。
可以通过以下公式来进行计算：
Ifx＝afx×p
其中，Ifx为单频振动指数，afx为某一飞行状态下获得的f(Hz)频率处X轴向的振动加速度值，p为同一飞行状态在飞行谱中的百分占比。
需要说明的是，任一方向，指与直升机机体坐标系对应的三个正交坐标轴方向之一，可以用X轴、Y轴和Z轴表示，或者用航向、横向和垂向表示，X轴、Y轴和Z轴为笛卡尔坐标轴，满足右手法则。
在一些可选的实施例中，获取多个单频振动指数可以采用以下方法：
步骤201，选取所机体上任一位置，计算该位置处的单频振动指数。
步骤202，选取与上述任一位置不同的位置，计算该位置处的所述单频振动指数。
在本实施例中，可以通过多次选取不同的位置，来分别计算每个位置处，某一方向、某一频率下的单频振动指数。
单频振动指数主要是针对旋翼、发动机和传动三大旋转部件而言，因为这三类振源引起的振动为准周期振动，并且一般在某个位置的振动中占主导地位。
在一示例中，在某一给定位置处，三个正交方向的任一方向KΩm(主桨一阶通过频率，K为主桨叶片数)频率的单频振动指数计算如下：
根据某直升机型号的飞行谱(也可以是简谱)，编制实测振动响应谱(均值取振动加速度值g)；用于直升机振动水平评估的飞行架次必须在相同的直升机技术状态、飞行机组、飞行环境下重复飞行三次；根据直升机型号的主旋翼额定工作转速Nr，单位为转/分，用Nr除以60，得到商，然后对商取整，得到整数Nx；对每个飞行架次，测量给定位置的三个正交方向的每一个方向的振动加速度响应，采用谐波分析方法，处理得到每种飞行状态下KΩm频率的振动加速度值，再进行不少于n×Nx(n为自然数)次的算术平均，取算术平均值，得到该飞行架次的KΩm振动响应谱(见表1)；对每个发飞行架次的KΩm振动响应谱进行算术平均，得到KΩm振动响应谱值；利用每种飞行状态的振动响应谱值，以飞行谱的百分比为权重进行加权，即每种飞行状态的振动响应谱值乘以该飞行状态在飞行谱中的百分比，然后，对所得振动响应谱值算术平均求和；所得到的和值，就是这个位置处该方向上的KΩm的单频振动指数值。
表1某型机正驾驶员座椅地板KΩm频率振动响应谱
Figure GDA0003630668520000051
步骤102，根据多个单频振动指数，构建垂向振动指数阵、航向振动指数阵以及横向振动指数阵。
在本实施例中，根据步骤101中的单频振动指数计算方法，能够得到直升机机体上任意位置、任一方向、任一振频的振动指数，例如，2KΩm(主旋翼二阶通过频率)、kΩT(尾桨一阶通过频率)、Ωwz(尾传动轴工作转速频率)等频率的振动指数，从而得到垂向振动指数阵、航向振动指数阵、横向振动指数阵三个二维单频振动指数矩阵，这些矩阵可拓展，纵轴为结构位置轴，例如：{正驾驶员脚蹬地板正驾驶员座椅地板客舱中部地板…尾减速器输出轴机匣}，横轴为振源频率轴，例如：{Ωm KΩm 2KΩm Ωe Ωwz ΩT kΩT 2kΩT …}，其中，Ωm为主桨工作转速频率，KΩm为主桨一阶通过频率，K为主桨叶片数，Ωe为发动机输出轴工作转速频率，Ωwz为尾传动轴工作转速频率，ΩT为尾桨工作转速频率，kΩT为尾桨一阶通过频率，k为尾桨叶片数。
在阵列中，能够直观地获得直升机机体结构典型位置任一方向、不同振源激起的不同频率的单频振动指数。
步骤103，将垂向振动指数阵在垂向方向进行系数加权，将航向振动指数阵在航向方向进行系数加权，将横向振动指数阵在横向方向进行系数加权，获得综合振动指数值。
步骤104，将所综合振动指数值置于振源-振动指数阵列，得到机体的综合振动指数阵列。
在本实施例中，将不同位置、不同振源航向(X向)、横向(Y向)和垂向(Z向)这三个方向的振动指数进行三个方向的加权，对加权结果值再进行均方根计算，从而得到综合振动指数值，再将这些综合振动指数值置于机体结构位置-振源振频阵列，得到综合振动指数阵列。
可选地，航向振动指数的加权系数为1～1.5，横向振动指数的加权系数为1.5～2，垂向振动指数的加权系数为2。
可选地，综合振动指数可以通过如下公式进行计算：
综合振动指数＝[((航向振动指数×航向振动指数的加权系数)2+(横向振动指数×横向振动指数的加权系数)2+(垂向振动指数×垂向振动指数的加权系数)2)/4.5]1/2。
优选地，通过下式来计算综合振动指数：
综合振动指数＝[((航向振动指数×1.0)2+(侧向振动指数×1.5)2+(垂向振动指数×2.0)2)/4.5]1/2。
第二方面，本申请实施例提供的直升机机体振动水平评价装置包括：
获取模块，用于获取多个单频振动指数。
构建模块，用于根据多个单频振动指数，构建垂向振动指数阵、航向振动指数阵以及横向振动指数阵。
加权模块，用于将垂向振动指数阵在垂向方向进行系数加权，将航向振动指数阵在航向方向进行系数加权，将横向振动指数阵在横向方向进行系数加权，获得综合振动指数值。
综合振动指数阵列获取模块，用于将综合振动指数值置于振源-振动指数阵列，得到机体的综合振动指数阵列。
在一些实施例中，获取模块包括：选取单元，用于选取机体上某一位置；计算单元，用于计算该位置处的单频振动指数。
在一些实施例中，按下式计算单频振动指数：
Ifx＝afx×p
其中，Ifx为单频振动指数，afx为某一飞行状态下获得的f(Hz)频率处X轴向的振动加速度值，p为同一飞行状态在飞行谱中的百分占比。
在一些实施例中，按下式计算综合振动指数值：
综合振动指数＝[((航向振动指数×航向振动指数的加权系数)2+(横向振动指数×横向振动指数的加权系数)2+(垂向振动指数×垂向振动指数的加权系数)2)/4.5]1/2。
在一些实施例中，航向振动指数的加权系数为1～1.5，横向振动指数的加权系数为1.5～2，垂向振动指数的加权系数为2。
需要说明的是，前述对方法实施例的解释说明也适用于本实施例的装置，此处不再赘述。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直升机机体振动水平评价方法，其特征在于，包括：
利用每种飞行状态的振动响应谱值，以飞行谱的百分比为权重进行加权，对所得振动响应谱值算术平均求和，获取多个单频振动指数；
根据多个所述单频振动指数，以纵轴为结构位置轴、横轴为振源频率轴，构建垂向振动指数阵、航向振动指数阵以及横向振动指数阵；
将所述垂向振动指数阵在垂向方向进行系数加权，将所述航向振动指数阵在航向方向进行系数加权，将所述横向振动指数阵在横向方向进行系数加权，获得综合振动指数值；
将所述综合振动指数值置于振源-振动指数阵列，得到所述机体的综合振动指数阵列。
2.根据权利要求1所述的直升机机体振动水平评价方法，其特征在于，获取多个单频振动指数，包括：
选取所述机体上任一位置，计算该位置处的所述单频振动指数；
选取与上述任一位置不同的位置，计算该位置处的所述单频振动指数。
3.根据权利要求2所述的直升机机体振动水平评价方法，其特征在于，按下式计算所述单频振动指数：
Ifx＝afx×p
其中，Ifx为单频振动指数，afx为某一飞行状态下获得的f(Hz)频率处X轴向的振动加速度值，p为同一飞行状态在飞行谱中的百分占比。
4.根据权利要求1所述的直升机机体振动水平评价方法，其特征在于，按下式计算所述综合振动指数值：
综合振动指数＝[((航向振动指数×航向振动指数的加权系数)2+(横向振动指数×横向振动指数的加权系数)2+(垂向振动指数×垂向振动指数的加权系数)2)/4.5]1/2。
5.根据权利要求1所述的直升机机体振动水平评价方法，其特征在于，所述航向振动指数的加权系数为1～1.5，所述横向振动指数的加权系数为1.5～2，所述垂向振动指数的加权系数为2。
6.一种直升机机体振动水平评价装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于利用每种飞行状态的振动响应谱值，以飞行谱的百分比为权重进行加权，对所得振动响应谱值算术平均求和，获取多个单频振动指数；
构建模块，用于根据多个所述单频振动指数，以纵轴为结构位置轴、横轴为振源频率轴，构建垂向振动指数阵、航向振动指数阵以及横向振动指数阵；
加权模块，用于将所述垂向振动指数阵在垂向方向进行系数加权，将所述航向振动指数阵在航向方向进行系数加权，将所述横向振动指数阵在横向方向进行系数加权，获得综合振动指数值；
综合振动指数阵列获取模块，用于将所述综合振动指数值置于振源-振动指数阵列，得到所述机体的综合振动指数阵列。
7.根据权利要求6所述的直升机机体振动水平评价装置，其特征在于，所述获取模块包括：
选取单元，用于选取所述机体上某一位置；
计算单元，用于计算该位置处的所述单频振动指数。
8.根据权利要求7所述的直升机机体振动水平评价装置，其特征在于，按下式计算所述单频振动指数：
Ifx＝afx×p
其中，Ifx为单频振动指数，afx为某一飞行状态下获得的f(Hz)频率处X轴向的振动加速度值，p为同一飞行状态在飞行谱中的百分占比。
9.根据权利要求6所述的直升机机体振动水平评价装置，其特征在于，按下式计算所述综合振动指数值：
综合振动指数＝[((航向振动指数×航向振动指数的加权系数)2+(横向振动指数×横向振动指数的加权系数)2+(垂向振动指数×垂向振动指数的加权系数)2)/4.5]1/2。
10.根据权利要求6所述的直升机机体振动水平评价装置，其特征在于，所述航向振动指数的加权系数为1～1.5，所述横向振动指数的加权系数为1.5～2，所述垂向振动指数的加权系数为2。
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