CN109556790A - 一种直升机旋翼动平衡调整方法 - Google Patents

一种直升机旋翼动平衡调整方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种直升机旋翼动平衡调整方法，属于直升机试验领域，其包括：获取直升机旋翼的振动信号和转速信号，并根据振动信号和转速信号得到直升机旋翼的初始动平衡值；对任一桨叶施加试配重并重复步骤一，得到直升机旋翼的试配重动平衡值，根据初始动平衡值和试配重动平衡值的变化量的方向确定施加试配重的桨叶方向，根据桨叶确定其余桨叶在旋转平面上的位置；将初始动平衡值以反方向延伸获得待分解动平衡值，将待分解动平衡值分解到距离最近的相邻两桨叶。本申请能有效克服传统频谱分析方法在分析非平稳信号中存在的频率混叠及能量泄露等问题，通过最多一次试配重结果，便能计算出动平衡调整建议，大大减少直升机的开车次数。

Description

一种直升机旋翼动平衡调整方法
技术领域
本申请属于直升机试验领域，特别涉及一种直升机旋翼动平衡调整方法。
背景技术
直升机旋翼作为直升机的重要组成部件，为直升机的飞行提供所需的升力和推进力，同时也是直升机的一个主要振动源，直升机旋翼桨叶质量不平衡和气动不平衡是引起机体振动加剧的常见原因。为了降低直升机振动，确保飞行安全，需定期对旋翼系统进行动平衡调整。常见的直升机旋翼动平衡调整方法通常是通过调整每片桨叶的桨毂配重，使得振动减小到允许范围内。然而却没有一种快速有效地获得动平衡调整所需的配置参数、减小动平衡的调整次数的方法。
发明内容
本申请的目的是提供了一种直升机旋翼动平衡调整方法，以解决上述任一问题。
本申请的技术方案是：一种直升机旋翼动平衡调整方法，所述直升机旋翼动平衡调整方法包括：获取所述直升机旋翼的振动信号和转速信号，并根据振动信号和转速信号得到所述直升机旋翼的初始动平衡值；对任一桨叶施加试配重并重复步骤一，得到直升机旋翼的试配重动平衡值，根据所述初始动平衡值和所述试配重动平衡值的变化量的方向确定施加试配重的桨叶方向，根据所述桨叶确定其余桨叶在旋转平面上的位置；将初始动平衡值以反方向延伸获得待分解动平衡值，将所述待分解动平衡值分解到距离最近的相邻两桨叶。
在本申请一实施方式中，所述直升机旋翼的振动信号和转速信号通过设置于所述直升机的传感器获得。
在本申请一实施方式中，所述根据振动信号和转速信号得到所述直升机旋翼的初始动平衡值，包括：对获取到的旋翼转速信号进行分析，计算得到等角度重采样的时间序列；对时域获取的旋翼振动离散信号进行低通滤波；根据滤波后的离散量信号得到一条平滑曲线；根据计算得到的时间序列，对得到的振动信号的平滑曲线进行阶次重采样；将阶次重采样后得到的振动信号，利用短时离散傅里叶变换进行阶次谱分析，得到直升机旋翼动平衡值。
在本申请一实施方式中，所述根据滤波后的离散量信号得到一条平滑曲线是利用一般线性插值法拟合得到。
在本申请一实施方式中，所述等角度重采样的时刻序列计算方法为
式中：ti为旋翼转过角度为θi时所对应的时刻值；a0、a1、a2为系数；θi为任意角度，0≤θi≤2Δθ。
在本申请一实施方式中，所述根据滤波后的离散量信号得到一条平滑曲线是利用一般线性插值法拟合得到，其方法为
式中，f(ti)为重采样时刻ti对应的振动信号重采样值；k为中间量；Δt1、Δt2为与ti相邻的两个时域采样时刻对应的振动值f(Δt1)、f(Δt2)。
在本申请一实施方式中，将阶次重采样后得到的振动信号，利用短时离散傅里叶变换进行阶次谱分析，得到直升机旋翼动平衡值，包括
对于离散信号f(k)，其STFT的离散量形式为：
其中，采用周期T和F、离散分析窗ω(k)、离散综合窗γ(k)当满足离散情况的“完全重构条件”时；
式中，δ(n)为单位冲击函数，即
本申请所使用的基于阶次跟踪原理的直升机旋翼动平衡值计算，能有效克服传统频谱分析方法在分析非平稳信号中存在的频率混叠及能量泄露等问题；此外，本申请通过利用最多一次试配重结果，便能计算出动平衡调整建议，大大减少直升机的开车次数；最后，本申请通过软件模块完成动平衡调整建议的自动计算，大大降低了使用成本及对地勤工作人员的使用要求，同时具有较好的通用性和可移植性，通过更改配置文件便能实现对不同机型、不同架次的直升机的动平衡调整建议的计算。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为阶次跟踪原理计算旋翼动平衡值流程图；
图2为本发明所提旋翼动平衡调整分析方法流程图；
图3为本发明一实施例的5片桨叶旋翼布置示意图；
图4为图3中实施例的5片桨叶在旋转片面中位置示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
在本申请的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
本申请提供一种直升机旋翼动平衡调整分析方法，用于在减少直升机的开车次数的同时，可以较好、较准确的配平直升机旋翼。
本申请的直升机旋翼动平衡调整分析方法包括：
S100：获取所述直升机旋翼的振动信号和转速信号，并根据振动信号和转速信号得到所述直升机旋翼的初始动平衡值；
S200：对任一桨叶施加试配重并重复步骤一，得到直升机旋翼的试配重动平衡值，根据所述初始动平衡值和所述试配重动平衡值的变化量的方向确定施加试配重的桨叶方向，根据所述桨叶确定其余桨叶在旋转平面上的位置；
S300：将初始动平衡值以反方向延伸获得待分解动平衡值，将所述待分解动平衡值分解到距离最近的相邻两桨叶
如图2所示，对于本申请中获得直升机旋翼的动平衡值的过程，包括：
S10：对旋翼转速脉冲信号进行分析，计算得到等角度重采样的时刻序列；
S20：对时域采集的旋翼振动离散信号，进行低通滤波；
S30：将滤波后的离散量信号，利用一般线性插值法进行拟合，得到一条平滑曲线；
S40：利用步骤b计算得到的时间序列，将步骤d得到的振动信号平滑曲线进行阶次重采样；
S50：将阶次重采样后得到的振动信号，利用短时离散傅里叶变换进行阶次谱分析，得到直升机旋翼动平衡值。
其中，对于本申请中利用阶次跟踪原理得到每次开车的旋翼动平衡值，包括
1.1)等角度重采样时刻序列计算
要对时域采集的旋翼振动信号进行阶次跟踪重采样，首先需要确定等角度发生的时刻序列。假设，旋翼系统在某个很短时间内是匀角加速度运动的，转过的角度θ与时间t的关系可表示为：
θ(t)＝a0t2+a1t+a2 (1)
式中，a0、a1、a2为待定系数。
假设，连续三个旋翼转速脉冲到达时刻值为t1、t2、t3；相邻两个转速脉冲之间转过的角度2π＝Δθ，则有：
将式(2)代入式(1)中，则有：
通过对式(3)的求解，便可求得任意角度θi(0≤θi≤2Δθ)所对应的采样时刻ti，则重采样时刻的基本计算公式为：
式中，ti为旋翼转过角度为θi时所对应的时刻值。由于计算中采用了三个连续转速脉冲来构造这个方程的，所以有0≤θi≤2Δθ。
1.2)旋翼振动信号阶次重采样
由于采集的旋翼振动信号是离散量信号，要利用上节得到的重采样时刻序列对旋翼振动信号进行重采样，需先对结果低通滤波后的离散量信号进行拟合得到一条平滑的振动信号曲线，针对直升机旋翼的振动信号特征，本发明采用一般线性插值对离散量进行线性拟合，然后再进行重采样，则有下式成立：
式中，f(ti)为重采样时刻ti对应的振动信号重采样值；Δt1、Δt2为与ti相邻的两个时域采样时刻，其对应的振动值分别为f(Δt1)、f(Δt2)。
1.3)阶次谱分析
在获得旋翼振动信号阶次跟踪重采样数据的基础上，再利用短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transformation，STFT)，便可求得旋翼动平衡值。
令，ω(t)为一时间宽度很短的窗函数，沿时间轴滑动，τ为窗函数的窗口时间位置，则对于连续信号f(t)的STFT定义为：
由于重采样后的振动信号是离散量，需对将STFT(t,f)离散化，即将STFT(t,f)在等间隔视频网格点(mT,nF)处采样，其中m,n为整数，T＞0，F＞0分别为时间变量和频率变量的采样周期。对于离散信号f(k)，其STFT的离散量形式为：
其中，采用周期T和F、离散分析窗ω(k)、离散综合窗γ(k)应当满足离散情况的“完全重构条件”。
式中，δ(n)为单位冲击函数，即
为了使本申请的上述内容更加清楚，下面以一具体实施例对本申请进行说明。
如图3所示，设5片桨叶直升机旋翼系统各桨叶的对应编号以俯视呈顺时针旋转状态依次通过12:00方向为：001A、001B、001C、001D、001E，相连两片桨叶的夹角均为72°，旋翼系统各支臂加载分布示意图如图3所示。
如图4所示，设A0为某架次直升机首次开车时得到的动平衡值，即初始动平衡值在旋转平面上的对应点，其中动平衡值参照上述方法获得；随机将试配重加载在001C号桨叶的加载点上，试配重质量为T0(单位为：g)；A1为再次开车后得到的动平衡值在旋转平面上的对应点。
则的方向即为001C号桨叶加载点的方向(桨叶圆心指向加载点的方向)，由于桨叶呈顺时针旋转，支臂配重加载点坐标轴的布局形式与桨叶一致，通过计算便可依次得到001A、001B、001D、001E号桨叶加载点在旋转平面中的位置。在得到各桨叶加载点在旋转平面的具体位置后，可计算出直升机旋翼的初始动平衡值的动平衡调整方案。
如图4所示，将沿与其距离最近的两片桨叶方向分解，则有下式成立：
令代入公式15中则有：
故桨叶初始动平衡值给出的动平衡调整建议为在001C、001D号桨叶配重点上加载重量ΔTC、ΔTD的配重片，其中有：
本申请所使用的基于阶次跟踪原理的直升机旋翼动平衡值计算，能有效克服传统频谱分析方法在分析非平稳信号中存在的频率混叠及能量泄露等问题；此外，本申请通过利用最多一次试配重结果，便能计算出动平衡调整建议，大大减少直升机的开车次数；最后，本申请通过软件模块完成动平衡调整建议的自动计算，大大降低了使用成本及对地勤工作人员的使用要求，同时具有较好的通用性和可移植性，通过更改配置文件便能实现对不同机型、不同架次的直升机的动平衡调整建议的计算。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种直升机旋翼动平衡调整方法，其特征在于，所述直升机旋翼动平衡调整方法包括：
获取所述直升机旋翼的振动信号和转速信号，并根据振动信号和转速信号得到所述直升机旋翼的初始动平衡值；
对任一桨叶施加试配重并重复步骤一，得到直升机旋翼的试配重动平衡值，根据所述初始动平衡值和所述试配重动平衡值的变化量的方向确定施加试配重的桨叶方向，根据所述桨叶确定其余桨叶在旋转平面上的位置；
将初始动平衡值以反方向延伸获得待分解动平衡值，将所述待分解动平衡值分解到距离最近的相邻两桨叶。
2.如权利要求1所述的直升机旋翼动平衡调整方法，其特征在于，所述直升机旋翼的振动信号和转速信号通过设置于所述直升机的传感器获得。
3.如权利要求2所述的直升机旋翼动平衡调整方法，其特征在于，所述根据振动信号和转速信号得到所述直升机旋翼的初始动平衡值，包括：
对获取到的旋翼转速信号进行分析，计算得到等角度重采样的时间序列；
对时域获取的旋翼振动离散信号进行低通滤波；
根据滤波后的离散量信号得到一条平滑曲线；
根据计算得到的时间序列，对得到的振动信号的平滑曲线进行阶次重采样；
将阶次重采样后得到的振动信号，利用短时离散傅里叶变换进行阶次谱分析，得到直升机旋翼动平衡值。
4.如权利要求3所述的直升机旋翼动平衡调整方法，其特征在于，所述根据滤波后的离散量信号得到一条平滑曲线是利用一般线性插值法拟合得到。
5.如权利要求3或4所述的直升机旋翼动平衡调整方法，其特征在于，所述等角度重采样的时刻序列计算方法为
式中：ti为旋翼转过角度为θi时所对应的时刻值；
a0、a1、a2为系数；
θi为任意角度，0≤θi≤2Δθ。
6.如权利要求5所述的直升机旋翼动平衡调整方法，其特征在于，所述根据滤波后的离散量信号得到一条平滑曲线是利用一般线性插值法拟合得到，其方法为
式中，f(ti)为重采样时刻ti对应的振动信号重采样值；
k为中间量；
Δt1、Δt2为与ti相邻的两个时域采样时刻对应的振动值f(Δt1)、f(Δt2)。
7.如权利要求6所述的直升机旋翼动平衡调整方法，其特征在于，将阶次重采样后得到的振动信号，利用短时离散傅里叶变换进行阶次谱分析，得到直升机旋翼动平衡值，包括
对于离散信号f(k)，其STFT的离散量形式为：
其中，采用周期T和F、离散分析窗ω(k)、离散综合窗γ(k)当满足离散情况的“完全重构条件”时；
式中，δ(n)为单位冲击函数，即
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110006591A (zh) * 2019-04-23 2019-07-12 河南三和航空工业有限公司 大型旋翼动平衡调试设备
CN112611512A (zh) * 2021-01-10 2021-04-06 郭森森 一种基于app的直升机旋翼动平衡调整方法
CN113291479A (zh) * 2021-07-22 2021-08-24 江苏南瓯物联网科技有限公司 一种无人机急停检测仪器
CN114295290A (zh) * 2022-01-04 2022-04-08 北京航空航天大学 一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102636347A (zh) * 2012-04-24 2012-08-15 西安交通大学 一种用于变转速齿轮箱的振动信号时域同步平均方法
CN102944361A (zh) * 2012-12-06 2013-02-27 哈尔滨工业大学 直升机旋翼桨叶动平衡参数校准装置
CN103353344B (zh) * 2013-06-25 2015-01-07 国家电网公司 基于自适应stft的旋转机械阶次跟踪方法
US20150112637A1 (en) * 2013-10-09 2015-04-23 Simmonds Precision Products, Inc. Systems and methods for track and balance visualization
CN105181249A (zh) * 2015-06-04 2015-12-23 中国航空工业集团公司上海航空测控技术研究所 一种用于直升机旋翼平衡的一次配重调整方法
CN105173111A (zh) * 2015-05-22 2015-12-23 北京安达维尔测控技术有限公司 一种便携式直升机振动监测维护系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102636347A (zh) * 2012-04-24 2012-08-15 西安交通大学 一种用于变转速齿轮箱的振动信号时域同步平均方法
CN102944361A (zh) * 2012-12-06 2013-02-27 哈尔滨工业大学 直升机旋翼桨叶动平衡参数校准装置
CN103353344B (zh) * 2013-06-25 2015-01-07 国家电网公司 基于自适应stft的旋转机械阶次跟踪方法
US20150112637A1 (en) * 2013-10-09 2015-04-23 Simmonds Precision Products, Inc. Systems and methods for track and balance visualization
CN105173111A (zh) * 2015-05-22 2015-12-23 北京安达维尔测控技术有限公司 一种便携式直升机振动监测维护系统
CN105181249A (zh) * 2015-06-04 2015-12-23 中国航空工业集团公司上海航空测控技术研究所 一种用于直升机旋翼平衡的一次配重调整方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴宝国 等: "基于阶次跟踪的直升机旋翼动平衡调整分析研究", 《电子技术与软件工程》 *
李舜酩 李香莲著: "《振动信号的现代分析技术与应用》", 30 November 2008 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110006591A (zh) * 2019-04-23 2019-07-12 河南三和航空工业有限公司 大型旋翼动平衡调试设备
CN112611512A (zh) * 2021-01-10 2021-04-06 郭森森 一种基于app的直升机旋翼动平衡调整方法
CN113291479A (zh) * 2021-07-22 2021-08-24 江苏南瓯物联网科技有限公司 一种无人机急停检测仪器
CN113291479B (zh) * 2021-07-22 2021-09-21 江苏南瓯物联网科技有限公司 一种无人机急停检测仪器
CN114295290A (zh) * 2022-01-04 2022-04-08 北京航空航天大学 一种平流层浮空器螺旋桨在线动平衡调节装置

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