DE60100743T2

DE60100743T2 - Verfahren zum feststellen eines minimalen rotorblattnachstellungsatzes

Info

Publication number: DE60100743T2
Application number: DE60100743T
Authority: DE
Inventors: Samuel C. VENTRES
Original assignee: Simmonds Precision Products Inc
Current assignee: Simmonds Precision Products Inc
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: US6415206B1; ATE249358T1; EP1257463B1; WO2001062590A1; EP1257463A1; DE60100743D1; AU2001241619A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft generell Rotorspureinstell- und Rotorauswuchtverfahren und insbesondere ein Verfahren zum Bestimmen eines Minimalsatzes an Rotorblatteinstellungen eines Rotors, der von einer Haltestruktur gehalten wird, um eine von der Rotation induzierte Vibration in der Haltestruktur bei mindestens einer Harmonischenordnung der Rotation oder eine Spurabweichung zu reduzieren, wobei eine Strukturvibration über mindestens eine Harmonischenordnung innerhalb einer akzeptablen Grenze aufrechterhalten wird.
In der Vergangenheit waren Rotorspureinstell- und Rotorauswuchtverfahren auf das Minimieren von durch Rotation induzierter Vibration in einer Haltestruktur, wie beispielsweise einem Helikopterrumpf, nur bei der fundamentalen Harmonischenordnung der Blattrotation begrenzt, die als die problematischste für den Piloten und die Passagiere angesehen wurde. Wenn der Optimierungsprozess ausschließlich auf Vibrationseffekten bei der Grundfrequenz beruhte, konnte dies zu einer nicht eindeutigen Blatteinstelllösung führen, da eine Blattspurabweichung nicht berücksichtigt wurde. Daher wurden, um Unklarheiten bei dem Einstellprozess zu vermeiden, Spurmessungen als notwendige Maßnahme bei der Vibrationsverarbeitung angesehen, um ein akzeptables Rotorspureinstell- und Rotorauswuchtverfahren zu realisieren.
Das Konzept des US-Patents 4,937,758 (das "Patent '758") mit dem Titel "Method and Apparatus for Reducing Vibration Over The Full Operating Range Of A Rotor And A Host Device", das am 26. Juni 1990 erteilt worden ist, bewies, dass die Rotorspureinstellung und Rotorauswuchtung ohne das Erfordernis der Blattspurmessung eindeutig durchgeführt werden konnte, d. h. allein anhand von Vibrationsmessdaten. Das Patent '758 lehrt das Minimieren von durch Rotation induzierter Vibration in einem Helikopterrumpf nicht nur bei der problematischen fundamentalen Harmonischenordnung der Rotation, sondern bei sämtlichen relevanten Harmonischenordnungen, um die beste Kombination von Rotorblatteinstellungen bei sämtlichen zur Verfügung stehenden Typen, z. B. Hilfsklappen, Blattverstellstangen und Gewichten, eindeutig zu spezifizieren. Obwohl diese Vorgehensweise zu einem äußerst störungsfrei arbeitenden Luftfahrzeug mit minimaler Spurabweichung führte, wurde dabei die Anzahl von erforderlichen Blatteinstellungen auf sämtliche zur Verfügung stehenden Typen und die rotierenden Blätter ausgedehnt. Praktisch führte diese Vorgehensweise zu einer Lösung mit hohem Wartungsaufwand, insbesondere bei einem Luftfahrzeug mit sechs und sieben Blättern. Es hat sich herausgestellt, dass in vielen Fällen der größte Nutzen mit nur wenigen Einstellungen erzielt werden konnte, wobei die restlichen empfohlenen Einstellungen nur zu einer marginalen Verbesserung führten.
Entsprechend wird ein Rotorspureinstell- und -auswuchtverfahren gewünscht, das vom praktischen Standpunkt aus betrachtet zu einer verbesserten Lösung hinsichtlich der Wartung führt, wobei Vibration und Spurabweichung in akzeptablen Grenzen gehalten werden. Bei einer solchen Lösung wird die Anzahl von empfohlenen Blatteinstellungen so lange auf einem Minimum gehalten, wie die daraus resultierenden Vibrations- und Spurabweichbedingungen, die zwar noch nicht optimal sind, wenigstens auf ein gewünschtes Niveau reduziert sind. (Ein) solche(s) Verfahren ist (sind) in der folgenden Spezifikation beschrieben.
ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 umfasst ein Verfahren zum Bestimmen eines Minimalsatzes an Rotorblatteinstellungen für einen Rotor zum Reduzieren einer Haltestrukturvibration über mindestens eine Harmonischenordnung der Rotorrotation folgende Schritte: Durchführen von Vibrationsmessungen an vorbestimmten Positionen der Haltestruktur; Auflösen der Vibrationsmessungen in einen entsprechenden Satz von Fourier-Vibrationskoeffizienten für mindestens eine der Positionen, wobei jeder Fourier-Vibrationskoeffizient des Satzes einer Harmonischenordnung der Rotorrotation entspricht; Erstellen eines Vibrationsmodells der Haltestruktur mit Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz für mindestens eine Position, wobei die Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Erstellen eines Satzes von Fourier-Einstellkoeffizienten für mindestens einen Blatteinstelltyp, wobei der Satz von Fourier-Einstellkoeffizienten einem jedem Blatteinstelltyp zugeordneten Satz von Blatteinstellungen entspricht und die Fourier-Einstellkoeffizienten Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Auswählen mindestens eines Fourier-Einstellkoeffizienten aus jedem Blatteinstelltyp-Satz; Erstellen einer Beziehung, durch die die Vibration der Haltestruktur bei Harmonischenordnungen der Rotorrotation aus den Fourier-Einstellkoeffzienten, den Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz und den Fourier-Koeffizienten der Vibrationsmessungen berechnet werden kann; Bestimmen eines Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten, der eine virtuelle Soll-Reduzierung der Vibration der Haltestruktur bei einer Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten anhand der Vibrations-Beziehung erzeugt; Bestimmen einer Gruppe von Minimalsätzen von virtuellen Blatteinstellungen für jeden Typ auf der Grundlage des bestimmten Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten; und Bestimmen eines Minimalsatzes von virtuellen Blatteinstellungen aus jeder Gruppe jedes Typs auf der Grundlage seiner Auswirkung auf die Vibrations-Beziehung bei mindestens einer anderen Harmonischenordnung der Rotorrotation als der Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten.
Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 19 ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Minimalsatzes von Rotorblatteinstellungen für einen Rotor, an dem mehrere rotierende Blätter angebracht sind, vorgesehen, wobei der Rotor von einer Haltestruktur gehalten wird und der Ein stellsatz zum Reduzieren der Spurabweichung der rotierenden Blätter vorgesehen ist, während die Vibration der Haltestruktur über mindestens eine Harmonischenordnung der Rotorrotation innerhalb einer akzeptablen Grenze aufrecht erhalten wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Durchführen von Vibrationsmessungen an vorbestimmten Positionen der Haltestruktur; Auflösen der Vibrationsmessungen in einen entsprechenden Satz von Fourier-Vibrationskoeffizienten für mindestens eine der Positionen, wobei jeder Fourier-Vibrationskoeffizient des Satzes einer Harmonischenordnung der Rotorrotation entspricht; Durchführen von Spurmessungen der rotierenden Blätter; Auflösen der Spurmessungen in entsprechende Fourier-Spurkoeffizienten, die Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Erstellen eines Vibrationsmodells der Haltestruktur mit Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz für mindestens eine Position, wobei die Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Erstellen eines Spurmodells für die rotierenden Blätter mit Fourier-Koeffizienten der Spureinheits-Influenz, wobei die Fourier-Koeffizienten der Spureinheits-Influenz Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Erstellen eines Satzes von Fourier-Einstellkoeffizienten für mindestens einen Blatteinstelltyp, wobei der Satz von Fourier-Einstellkoeffizienten einem jedem Blatteinstelltyp zugeordneten Satz von Blatteinstellungen entspricht und die Fourier-Einstellkoeffizienten Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Auswählen mindestens eines Fourier-Einstellkoeffizienten aus jedem Blatteinstelltyp-Satz; Erstellen einer Beziehung, durch die die Vibration der Haltestruktur bei Harmonischenordnungen der Rotorrotation aus den Fourier-Einstellkoeffizienten, den Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz und den Fourier-Koeffizienten der Vibrationsmessungen berechnet werden kann; Erstellen einer Beziehung, durch die die Spur der rotierenden Blätter bei Harmonischenordnungen der Rotorrotation aus den Fourier-Einstellkoeffizienten, den Fourier-Koeffizienten der Spureinheits-Influenz und den Fourier-Koeffizienten der Spurmessungen berechnet werden kann; Bestimmen eines Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten, der eine virtuelle Soll-Reduzierung der Spurabweichung der rotierenden Blätter bei einer Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten anhand der Spur-Beziehung erzeugt; Bestimmen einer Gruppe von Minimalsätzen von virtuellen Blatteinstellungen für jeden Typ auf der Grundlage des bestimmten Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten; und Bestimmen eines Minimalsatzes von virtuellen Blatteinstellungen aus jeder Gruppe jedes Typs auf der Grundlage seiner Auswirkung auf die Vibrations-Beziehung bei mindestens einer anderen Harmonischenordnung der Rotorrotation als der Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine für die Durchführung der vorliegenden Erfindung geeignete Umgebung;
2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines für die Durchführung der vorliegenden Erfindung geeigneten Rotorabstimmsystems;
3A–3B zeigen ein Software-Ablaufdiagramm zur Verwendung beim Programmieren eines oder mehrerer der Prozessoren der in 2 gezeigten Ausführungsform gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
4A–4C zeigen ein Software-Ablaufdiagramm zur Verwendung beim Programmieren eines oder mehrerer der Prozessoren der in 2 gezeigten Ausführungsform gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Ein geeignetes Objekt zum Durchführen der vorliegenden Erfindung ist ein Helikopter 12, wie der beispielhaft in der Draufsicht von 1 gezeigte. Gemäß 1 weist der beispielhafte Helikopter 12 vier rotierende Blätter 14 auf, die mit einem Rotor 15 verbunden sind, der von einem Rumpf 18 gehalten ist, welcher die Haltestruktur für die hier beschriebene Ausführungsform bildet. Es sei darauf hingewiesen, dass andere Arten von Haltestrukturen verwendet werden können, ohne dass dadurch der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Ferner hat der Helikopter bei dieser Ausführungsform zwar vier Blätter, es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Rotor 15 mehr als vier Blätter aufweisen kann und die Prinzipien der vorliegenden Erfindung dann immer noch gelten. Vier Blätter werden nur beispielhaft zum der Beschreiben dieser Ausführungsform verwendet und dürfen nicht als Einschränkung angesehen werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Blätter 14 des Helikopters 12 entgegen der von Pfeil 17 angezeigten Drehrichtung der Blätter mit 0 bis 3 bezeichnet. Allgemeiner können die Blätter 14 mit b = 0 bis B-1 bezeichnet werden, wobei B die Gesamtanzahl von mit dem Rotor 15 verbundenen Blättern ist. Blatt 0 kann als Referenzblatt für dieses Beispiel bezeichnet werden, und die Position Ψ des Referenzblatts 0 wird von der Mittellinie 16 des helikopterseitigen Rückteils des Rotors aus gemessen. Ein herkömmlicher Wellenpositionsanzeiger 20, wie beispielsweise ein Tachometer, kann an dem an dem Helikopter 12 befestigten Rotor angeordnet sein, um die Winkelposition der Rotorwelle 15 zu detektieren. Da die Blätter in festen Positionen mit dem Rotor verbunden und gleichmäßig voneinander beabstandet sind, können die Positionen jedes Blatts b von dem Wellenpositionsanzeiger 20 gemessen und als Ψ_b = Ψ + bΔ ausgedrückt werden, wobei Δ = π/B, d. h. der Abstand zwischen den Blättern, ist. Die Rotationsrate des Rotors 15 wird derart geregelt, dass sie im wesentlichen konstant ist, was impliziert, dass sich der Azimuthwinkel Ψ proportional zu der Zeit verhält. Wenn die Rotationsrate als Ω bezeichnet wird, ist Ψ = Ωt. Entsprechend können die Blattkräfte und -bewegung als Funktionen von Ψ ausgedrückt werden.
Ferner können ein oder mehrere Sensoren 22 an unterschiedlichen Stellen an der Haltestruktur angeordnet sein, um eine von den rotierenden Blättern 14 über die Rotorwelle 15 induzierte Vibrationsbewegung der Haltestruktur zu messen. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Sensoren 22 sind herkömmliche Beschleunigungsmesser, es sei jedoch darauf hingewiesen, dass andere Arten von Sensoren zum Messen von durch Rotation induzierter Vibration der Haltestruktur, wie beispielsweise Drucksensoren oder eine Kombination aus Drucksensoren und Beschleunigungsmessern, verwendet werden können. Einige Helikopter weisen eine optische Nachführvorrichtung oder Nachführeinrichtung 24 an der Haltestruktur zum Messen der Höhen der Blätter relativ zu einem Referenzpunkt auf. Eine geeignete optische Nachführvorrichtung für die vorliegende Ausführungsform kann die Vorrichtung von Chadwick Helmuth Company, Inc. mit der Typnummer 11800-3 (manchmal als "Fastrak" bezeichnet) sein. Obwohl die Chadwick-Vorrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt wird, sei darauf hingewiesen, dass andere Vorrichtungen verwendet werden können, ohne dass dadurch von den weitreichenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
Die vorgenannte Chadwick-Vorrichtung enthält eine konvergierende optische Linse, die ein Bild des Blatts auf zwei lichtempfindliche Dioden fokussiert, welche sich in der Fokalebene der Linse befinden. Wenn jedes Blatt über die Nachführeinrichtung 24 läuft, verdeckt sein Schatten nacheinander jede Diode. Anhand der elektrischen Ausgangssignale der beiden Dioden erzeugt die interne Schaltungsanordnung zwei kurze elektrische Impulse, die zeitlich um ein Intervall voneinander beabstandet sind, welches sich proportional zu der geradlinigen Distanz von der Nachführeinrichtung zu demjenigen Teil des Blatts verhält, auf den sie gerichtet ist. Anhand des Zeitintervalls zwischen diesen Impulsen plus einiger zusätzlicher Informationen bezüglich der Geometrie des Rotorsystems kann die Höhe eines spezifizierten Punkts auf dem Blatt (wie z. B. der Blattspitze) über der Nachführeinrichtung berechnet werden. Daten von der Nachführeinrichtung 24, falls vorhanden, können zusammen mit von den Beschleunigungsmessern 22 gelieferten Vibrationsdaten zum Verbessern der Techniken zum Austrimmen und Auswuchten des Rotors gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Generell weisen Helikopter 12 ein System oder Systeme zur Rotorabstimmung auf. Ein solches Rotorabstimmsystem ist in dem US-Patent 4,937,758 (nachstehend als "Patent '758" bezeichnet) beschrieben, das durch Verweis in der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird und die Details bezüglich der Struktur und Operation des Systems liefert. Ein vereinfachtes Blockschaltbild eines solchen Rotorabstimmsystems ist in 2 gezeigt. Gemäß 2 werden von den Beschleunigungsmessern 22 gelieferte Vibrationsmesssignale 30 in eine Signalaufbereitungsschaltung 32 eingekoppelt. Ferner werden von der Nachführeinrichtung 24 erzeugte Spurmesssignale 34 und ein von dem Tachometer 20 erzeugtes Wellenpositionssignal 36 ebenfalls in die Signalaufbereitungsschaltung 32 eingekoppelt. Die Signalaufbereitungsschaltung 32 weist (nicht gezeigte) herkömmliche Schaltungen zur Vorverstärkung, Filterung, Formung und Verstärkungseinstellung der Signale 30, 34 und 36 auf. Ein Analog-Digital-Umwandler (A/D) 38 ist zum Digitalisieren der für die Verarbeitung durch eine Signalverarbeitungseinrichtung 40 aufbereiteten Analogsignale vorgesehen. Die Verarbeitungseinrichtung 40 kann eine Digitalsignal-Verarbeitungseinrichtung sein, die einen Mikroprozessor, eine Gleitkomma-Verarbeitungseinrichtung, einen Speicher und eine geeignete Eingangs-/Ausgangs-Interface-Schaltungsanordnung (die alle nicht gezeigt sind) aufweist. Die Verarbeitungseinrichtung 40 kann ferner eine digitale Filter-Schaltungsanordnung aufweisen, diese Funktion kann jedoch, falls gewünscht, auch in der eingebetteten Software der Verarbeitungseinrichtung enthalten sein.
Generell werden Spur- und Vibrationsmessdaten während eines oder mehrerer Flüge des Helikopters von der Signalverarbeitungseinrichtung 40 über die Aufbereitungsschaltung 32 und/oder A/D 38 gesammelt und in dem Speicher gespeichert. Die gesammelten Daten können in der Verarbeitungseinrichtung 40 von in dem Speicher enthaltenen Software-Programmen zum Berechnen eines Minimalsatzes an Einstellungen für die Rotorblätter 14 weiterverarbeitet werden, wie anhand der nachstehenden Beschreibung offensichtlich wird. Bei einer Alternative können die gesammelten Daten mit einer Nachverarbeitungseinrichtung 42 verknüpft werden, die bei der vorliegenden Ausführungsform ein Laptop zum Berechnen der Minimaleinstellsätze sein kann. Es gibt eine Vielzahl von Wegen, auf denen die gesammelten Vibrations- und Spurdaten mit der Nachverarbeitungseinrichtung 42 verknüpft werden können. Beispielsweise können die gesammelten Daten auf einer herkömmlichen Speicherkarte gespeichert werden, die zum Verarbeiten durch die Software-Programme in den Laptop 42 eingesteckt werden kann. Solche Daten können auch über ein festverdrahtetes Link heruntergeladen oder an die Nachverarbeitungseinrichtung 42 fernübertragen und zur Weiterverarbeitung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer Speichervorrichtung 44 gespeichert werden. Bezüglich weiterer Details der Struktur und Operation des oben beschriebenen Systems wird auf das Patent '758 verwiesen, das durch Verweis hierin einbezogen wird.
Die Verarbeitung von Spurdaten 34, falls solche verwendet werden, kann in Abhängigkeit von dem Format des Ausgangssignals der Nachführeinrichtung 24 auf unterschiedliche Weise erfolgen. Wenn die oben genannte "Fastrak"-Vorrichtung von Chadwick-Helmuth verwendet wird, werden die beiden bei jeder Blattkreuzung emittierten elektrischen Impulse von einer geeigneten elektrischen Schaltungsanordnung detektiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Ankunftszeiten dieser Impulse durch Anhalten eines oder mehrerer schnelllaufender Zähler aufgezeichnet, die beispielsweise in der Signalverarbeitungseinrichtung 40 oder der Nachverarbeitungseinrichtung 42 integriert sein können, anhand derer das Zeitintervall zwischen ihren Ankunftszeiten berechnet wird. Anhand dieses Zeitintervalls kann die Höhe des Blatts über der Nachführeinrichtung oder über einer geeigneten Referenzebene berechnet werden. Generell werden die Impuls-Ankunftszeiten für ein Zeit intervall, das ungefähr zwanzig bis sechzig Umdrehungen des Rotors entspricht, aufgezeichnet. Die für jedes Blatt berechneten Höhen können Blatt für Blatt Bemittelt werden, um Mittelwerte für die Höhe jedes Blatts während des Datenerfassungsintervalls zu erhalten.
Erfindungsgemäß sind die Signalverarbeitungseinrichtung 40 und/oder die Nachverarbeitungseinrichtung 42 auf das Auflösen von Rotorblatteinstellungen und Blattspurabweichungen in Spektralkomponenten (Koeffizienten der diskreten Fourier-Transformation) programmiert, die sich direkt auf eine Rotor- und Haltestrukturvibration bei unterschiedlichen Rotationsordnungen der Rotorgeschwindigkeit beziehen. Auf der Grundlage dieser Auflösungen weist (weisen) der (die) Prozessoren) Programme zum Berechnen von Rotoreinstellungen auf, die spezifizierte Vibrations- und/oder Spurveränderungen bei einem Teilsatz der betroffenen Frequenzen hervorrufen, wobei nur ein Minimalsatz an Einstellungen jedes Einstelltyps für jede betroffene Harmonischenordnung erforderlich ist. Mit nur wenigen Ausnahmen können die speziellen Blätter, die mittels des berechneten Minimalsatzes eingestellt werden, willkürlich ausgewählt werden. Eine Vielzahl von Einstelloptionen kann durch Berechnen der Vibration, die aus einer solchen Wahl resultiert, bestimmt und angewandt werden. Wenn die aus einer dieser Wahlmöglichkeiten resultierende Vibration bei sämtlichen relevanten Frequenzen (entsprechend der zuvor bestimmten Kriterien) als akzeptabel angesehen wird, liefert der entsprechende Satz von Blatteinstellungen eine akzeptable Lösung. Wenn kein solcher Satz gefunden wird, wird ein Verfahren zum systematischen Erhöhen der Anzahl von Blatteinstellungen bereitgestellt (wodurch die Anzahl von Frequenzen, bei denen die Vibration reduziert wird, erhöht wird), bis eine akzeptable Lösung gefunden ist.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das Verfahren, das in den (die) Prozessoren) einprogrammiert ist, einen Minimalsatz an Rotorblatteinstellungen zum Reduzieren der Haltestrukturvibration über mindestens eine Harmonischenordnung der Rotorrotation bestimmt. Bei der vorliegenden Ausfüh rungsform umfasst das Verfahren folgende Schritte: Durchführen von Vibrationsmessungen 30 an vorbestimmten Positionen 22 der Haltestruktur 12; Auflösen der Vibrationsmessungen 30 in einen entsprechenden Satz von Fourier-Vibrationskoeffizienten für mindestens eine der Positionen 22, wobei jeder Fourier-Vibrationskoeffizient des Satzes einer Harmonischenordnung der Rotorrotation entspricht; Erstellen eines Vibrationsmodells der Haltestruktur mit Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz für mindestens eine Position, wobei die Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Erstellen eines Satzes von Fourier-Einstellkoeffizienten für mindestens einen Blatteinstelltyp, wobei der Satz von Fourier-Einstellkoeffizienten einem jedem Blatteinstelltyp zugeordneten Satz von Blatteinstellungen entspricht und die Fourier-Einstellkoeffizienten Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Auswählen eines Fourier-Einstellkoeffizienten aus jedem Blatteinstelltyp-Satz; Erstellen einer Beziehung, durch die die Vibration der Haltestruktur bei Harmonischenordnungen der Rotorrotation aus den Fourier-Einstellkoeffizienten, den Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz und den Fourier-Koeffizienten der Vibrationsmessungen berechnet werden kann; Bestimmen eines Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten, der eine virtuelle Soll-Reduzierung der Vibration der Haltestruktur bei einer Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten anhand der Vibrations-Beziehung erzeugt; Bestimmen einer Gruppe von Minimalsätzen von virtuellen Blatteinstellungen für jeden Typ auf der Grundlage des bestimmten Werts des entsprechenden ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten; und Bestimmen eines Minimalsatzes von virtuellen Blatteinstellungen aus jeder Gruppe jedes Typs auf der Grundlage seiner Auswirkung auf die Vibrations-Beziehung bei mindestens einer anderen Harmonischenordnung der Rotorrotation als der Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten.
Die Grundlage des vorgenannten Verfahrens ist die Auflösung der Einstellungen jedes speziellen Typs in frequenzbezogene Fourier-Koeffizienten über die diskrete Fourier-Transformation (DFT):
deren Umkehrung wie folgt lautet:
Die Blätter werden mit 0 bis B-1 bezeichnet, beginnend mit einem beliebigen Blatt und dann in einer zur Drehrichtung entgegengesetzten Richtung um den Rotor herum. Die Einstellung (eines beliebigen Typs, beispielsweise Hilfsklappeneinstellung, Blattverstellstangeneinstellung oder Gewichtseinstellung) an einem Blatt b wird durch a_b repräsentiert, und Δ = 2π/B ist der Azimuthwinkel zwischen benachbarten Blättern oder der Abstand zwischen den Blättern.
Mit Ausnahme von A₀ und A_B/2 sind die DFT-Koeffizienten komplexe Zahlen. Sie sind um B/2 (A_B-p = A^* _p) konjugiert-symmetrisch, so dass nur der Satz von Koeffizienten A_p, deren Indizes B/2 nicht übersteigen, zum eindeutigen Bestimmen der Einstellungen erforderlich sind. Diese Symmetrie kann zum Reduzieren der Anzahl von Elementen in Umkehrgleichung angewandt werden.
Die DFT-Darstellung der Blatteinstellungen vereinfacht sowohl die Beziehung zwischen Einstellungen an den Rotorblättern und den sich daraus ergebenden, von den in dem Rumpf 12 angebrachten Sensoren 22 aufgezeichneten Veränderungen der Vibration als auch die Beziehung zwischen diesen gleichen Blatteinstellungen und der Spurveränderung oder der Höhe der Blätter, die von einer optischen oder anderen Nachführvorrichtung 24 aufgezeichnet worden sind.
In der Vergangenheit sind beide Arten von Daten, d. h. Vibration und Spur, separat für die Rotorauswuchtung oder Rotorabstimmung oder die Rotorspureinstellung und -auswuchtung, wie der Prozess verschiedentlich genannt worden ist, verwendet worden. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Durchführen systematischer und rationaler Schritte zum Kombinieren der beiden unterschiedlichen Datentypen, wenn beide zur Verfügung stehen, zu einem einzelnen Algorithmus, und zum Offenbaren einer Variante des Algorithmus, die auch allein mit Vibrationsdaten erfolgreich durchführbar ist.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Minimalsatzes an Rotorblatteinstellungen zum Reduzieren der Spurabweichung der Rotorblätter bei Aufrechterhaltung der Vibration der Haltestruktur über mindestens eine Harmonischenordnung der Rotorrotation innerhalb einer akzeptablen Grenze in den (die) Prozessoren) einprogrammiert. Bei einer Ausführungsform umfasst dieses Verfahren folgende Schritte: Durchführen von Vibrationsmessungen 30 an vorbestimmten Positionen 22 der Haltestruktur 12; Auflösen der Vibrationsmessungen in einen entsprechenden Satz von Fourier-Vibrationskoeffizienten für mindestens eine der Positionen, wobei jeder Fourier-Vibrationskoeffizient des Satzes einer Harmonischenordnung der Rotorrotation entspricht; Durchführen von Spurmessungen der rotierenden Blätter; Auflösen der Spurmessungen in entsprechende Fourier-Spurkoeffizienten, die Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Erstellen eines Vibrationsmodells der Haltestruktur mit Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz für mindestens eine Position, wobei die Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Erstellen eines Spurmodells für die rotierenden Blätter mit Fourier-Koeffizienten der Spureinheits-Influenz, wobei die Fourier-Koeffizienten der Spureinheits-Influenz Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Erstellen eines Satzes von Fourier-Einstellkoeffizienten für mindestens einen Blatteinstelltyp, wobei der Satz von Fourier-Einstellkoeffizienten einem jedem Blatteinstelltyp zugeordneten Satz von Blatteinstellungen entspricht und die Fourier-Einstellkoeffizienten Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Auswählen eines Fourier-Einstellkoeffizienten aus jedem Blatteinstelltyp-Satz; Erstellen einer Beziehung, durch die die Vibration der Haltestruktur bei Harmonischenordnungen der Rotorrotation aus den Fourier-Einstellkoeffizienten, den Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz und den Fourier-Koeffizienten der Vibrationsmessungen berechnet werden kann; Erstellen einer Beziehung, durch die die Spur der rotierenden Blätter bei Harmonischenordnungen der Rotorrotation aus den Fourier-Einstellkoeffizienten, den Fourier-Koeffizienten der Spureinheits-Influenz und den Fourier-Koeffizienten der Spurmessungen berechnet werden kann; Bestimmen eines Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten, der eine virtuelle Soll-Reduzierung der Spurabweichung der rotierenden Blätter bei einer Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten anhand der Spur-Beziehung erzeugt; Bestimmen einer Gruppe von Minimalsätzen von virtuellen Blatteinstellungen für jeden Typ auf der Grundlage des bestimmten Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten; und Bestimmen eines Minimalsatzes von virtuellen Blatteinstellungen aus jeder Gruppe jedes Typs auf der Grundlage seiner Auswirkung auf die Vibrations-Beziehung bei mindestens einer anderen Harmonischenordnung der Rotorrotation als der Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten.
Zur Vereinfachung der Beschreibung der Beziehungen zwischen Blatteinstellungen und Rotorvibration oder -spur wird ein Beispiel beschrieben, bei dem nur ein Rotorblatteinstelltyp, wie z. B. die Hinterkante der Hilfsklappe, und nur eine Flugbedingung, die nicht spezifiziert zu werden braucht, berücksichtigt wird. Die für dieses grundlegende Beispiel abgeleiteten Gleichungen können auf einfache Weise verallgemeinert werden, um auch auf Rotoren an wendbar zu sein, deren Blätter unter Anwendung verschiedener Einstelltypen montiert werden, und um mehr als eine Flugbedingung zu umfassen.
Es kann beispielhaft ein Modell erstellt werden, indem die Veränderung der an einer spezifischen Sensorposition 22 in dem Rumpf 12 erzeugten Vibration durch eine inkrementale Einstellung einer Auslenkung in Aufwärtsrichtung von etwa 1° der Hinterkante der Hilfsklappe an dem Blatt mit der Bezeichnung b = 0 durch die periodische Funktion x(Ψ) repräsentiert wird, wobei Ψ = Ωt der von dem Tachometer 20 gemessene Azimuthwinkel dieses Blatts ist. Die an der gleichen Position 22 durch eine im wesentlichen gleiche Auslenkung (d. h. 1 Grad Auslenkung in Aufwärtsrichtung) erzeugte Vibration an einem beliebigen Blatt b wird dann als x(Ψ-bΔ) angenommen. Entsprechend beträgt die bei einem Satz solcher Einstellungen hervorgerufene Veränderung der Haltestrukturvibration in Höhe von a_b,b = 0···B-1 Σ B-1 / b = 0x(ψ-bΔ). Aus den gleichen Gründen gilt, wenn u(Ψ) und v(Ψ) die Vibration vor und nach der Durchführung dieser Einstellungen repräsentieren,
Die Bedeutung dieser Gleichung liegt darin, dass mit Ausnahme einer Phasenverschiebung jedes Blatt im wesentlichen gleich auf Hilfsklappen-Einstellungen (oder Einstellungen eines beliebigen anderen Typs) anspricht. Diese Approximation schließt kleine Differenzen zwischen den Blättern nicht aus; sie bestätigt nur, dass bestehende Differenzen bei der Berechnung des Ansprechens jedes Blatts auf die exakten Einstellungen, die zum Zwecke der Rotorabstimmung durchgeführt werden, vernachlässigbar sind.
Ferner ist bei der vorliegenden Ausführungsform auch ein Spurmodell in den (die) Prozessor(en) einprogrammiert, um eine Beeinflussung der Höhe (Spur) eines beliebigen Blatts durch Einstellungen an einem der Blätter zu ermögli chen. Beispielsweise kann δ₀ die Spurveränderung eines beliebigen Blatts aufgrund einer Einstellung der Hilfsklappenkrümmung um 1° sein, δ₁ die Spurveränderung eines beliebigen Blatts aufgrund der Einstellung der Hilfsklappenkrümmung um 1° an dem unmittelbar folgenden Blatt sein, und so weiter. Generell repräsentiert δ_b–c, der Spureinheits-Influenzkoeffizient, die Höhenveränderung eines beliebigen Blatts b aufgrund einer Hilfsklappenkrümmung von 1° eines beliebigen anderen Blatts c. Wenn y_b und z_b die Höhen eines beliebigen Blatts b vor und nach den Einstellungen an sämtlichen Blättern repräsentieren, gilt
Aufgrund der kreisförmigen Geometrie des Rotors ist δ_d+B = δ_d, und somit bilden die Terme auf der rechten Seite der Gleichung (4) das, was verschiedentlich als zyklisches oder zirkuläres oder periodisches Faltungsprodukt bekannt ist. Das Berechnen der DFT jedes Terms in dieser Gleichung vereinfacht dieses beträchtlich und bezieht die DFT-Koeffizienten der Blatteinstellungen ein:
wobei
Die Rolle der DFT-Repräsentation der Blatteinstellungen in der Vibrationsgleichung wird dadurch offensichtlich, dass bei gleichmäßigem Flug jeder Term in der Gleichung (3) periodisch ist und somit durch eine Fourier-Reihe repräsentiert werden kann:
Unter Verwendung dieser Definitionen kann Gleichung (3) wie folgt geschrieben werden:
Die Fourier-Koeffizienten u_s v_s können bei der vorliegenden Ausführungsform durch synchrones Mitteln von Vibrationsdaten 30, die von Beschleunigungsmessern 22 oder anderen in dem Rumpf 12 montierten Sensoren entnommen worden sind, berechnet und wie folgt definiert werden:
wobei T die Rotationsperiode des Rotors und N die Anzahl von Umdrehungen des Rotors ist, während derer die Daten gemittelt werden. Ein Verfahren zum Berechnen dieser Fourier-Koeffizienten anhand der aufgezeichneten Vibrationsdaten, die gleichzeitig mit dem von einem Sensor 20 zum Weiterbewegen der Rotorwelle einmal pro Umdrehung emittierten Signal erfasst worden sind, ist in dem Patent '758 beschrieben. Eine Variante dieses Verfahrens, die als Mitteln eines zeitbereichssynchronen Signals bekannt ist, kann ebenfalls angewandt werden. Bei diesem Verfahren ist das Ergebnis der Synchronsignalmittelung eine einzelne Zeitbereichsaufzeichnung für den Vibrationssensor 22, die durch elementweises Mitteln von Werten, die von jeder Vibrationsaufzeichnung bei entsprechenden Schaft-Azimutzwinkeln bei N Umdrehungen des Rotors interpoliert worden sind, angefertigt worden ist. Approximationen der Fourier-Koeffizienten in Gleichung (6) werden durch Auswählen des geeigne ten Elements in der diskreten Fourier-Transformation jeder Synchronsignalmittlung erhalten.
Es sei daran erinnert, dass diejenigen DFT-Koeffizienten A_s, die anhand eines finiten Satzes an Blatteinstellungen berechnet worden sind, in s periodisch sind. Andererseits sind die Fourier-Koeffizienten u_s v_s x_s, die anhand von Daten einer kontinuierlichen Vibration berechnet worden sind, um s = 0 (u_–s = u^* _s) konjungiert-symmetrisch, jedoch nicht periodisch sind. Das Setzen von s = p + kB, wobei k eine beliebige ganze Zahl ist, weist darauf hin, dass der DFT-Koeffizient A_p die Vibration bei vielen Rotationsordnungen beeinflusst:
Eine andere Art, die Gleichung (7) zu schreiben, sieht wie folgt aus:
Der Begriff "smodB" bedeutet "diejenige ganze Zahl in dem Intervall 0···B-1, die sich von s um ein Mehrfaches von 8 unterscheidet".
Die Fourier-Koeffizienten der Spureinheits-Influenz und der Vibrationseinheits-Influenz können direkt anhand der Gleichungen (5) bzw. (8) unter Verwendung von Daten bestimmt werden, die während einer sorgfältig durchgeführten Folge von Flügen, bei denen bekannte Einstellungen an dem Rotor durchgeführt werden, gesammelt werden. Während dieser Flüge können bei (einer) geeigneten Betriebsbedingungen) Vibrations- und Spurdaten gesammelt und in die erforderlichen Vibrations- und Spurkomponenten verarbeitet werden, wie oben beschrieben. Die Gleichungen (5) und (8) können dann für die Fourier-Koeffizienten der Spureinheits-Influenz Δ_p und der Vibrationseinheits-Influenz x_s aufgelöst werden, d. h.
Zum Erzielen akkurater Ergebnisse, sollten große Einstellungen durchgeführt werden. Bei dem angeführten Beispiel bedeutet dies, die größte(n) Hilfsklappenkrümmung(en), die implementiert werden kann (können), ohne dass in dem Betriebshandbuch aufgeführte Vibrations- und/oder Spurbegrenzungen überschritten werden. In den meisten Fällen kann die Hilfsklappe an einem einzigen Blatt verwendet werden (ganz gleich, welches Blatt ausgewählt wird), da eine solche einzelne Krümmung DFT-Koeffizienten gleicher Größenordnung für sämtliche Einstellordnungen erzeugt. Das heißt, wenn die Hilfsklappe an dem Blatt b eingestellt ist, ist A_p = a_be^ibΔ, so dass |A_p| = a_b für sämtliche Einstellordnungen p = 0···B-1 ist. In den meisten Fällen gelten Beschränkungen jedoch nur für die Grundvibration, so dass es im Interesse der Erreichung der größtmöglichen Hilfsklappenkrümmungen vorteilhaft sein kann, zusätzliche Tests mit gleichzeitigen Einstellungen der Hilfsklappen an zwei (oder mehr) Blättern einzuplanen und die Blätter und die Größe/das Vorzeichen der Einstellungen derart auszuwählen, dass die fundamentale Komponente A₁ klein (oder gleich Null) ist, während die Komponenten bei höheren Harmonischen groß sind.
Da viele Harmonischenordnungen der Vibration von jedem DFT-Einstellkoeffizienten beeinflusst werden, ist die von dem DFT-Koeffizienten A_p geregelte korrekte Metrik der Rotorvibrationskomponenten die Summe der Quadrate der Vibration bei sämtlichen entsprechenden Vibrationsordnungen von
wobei der Index k über sämtliche ganzen Zahlen summiert wird. In der Praxis kann diese Summe begrenzt werden, da Rotoren normalerweise eine beträchtliche Vibration nur bei niedrigen Rotationsordnungen |s| = |p + kB| entwickeln. Es ist jedoch möglicherweise nicht sinnvoll, sämtliche Terme k ≠ 0 zu vernachlässigen. Wenn der natürliche Oszillationsmodus des Rumpfes sehr nahe an einer bestimmten Rotationsordnung liegt, kann sich die Vibration bei dieser Ordnung als signifikant herausstellen. Beispielsweise weist ein bekannter Schwerlast-Helikopter mit sieben Blättern einen Rumpf-Krümmungsmodus bei einer Frequenz auf, die sehr nahe der vierten Rotationsordnung (s = ± 4) des Hauptrotors liegt. Dieser Modus wird durch Rotoreinstellungen mit einer ausgeprägten Komponente der dritten Ordnung A₃: [–4 = 3 + (–1)^*7] angeregt.
In dem Patent '758 ist beschrieben, wie Vibrationsdaten zum Berechnen von Blatteinstellungen verwendet werden, ohne dass man dabei auf Spurdaten angewiesen ist. Das Verfahren dient zum Berechnen von A_p(= A^* _B-p), 1 ≤ p ≤ B/2, um |u_p + x_p4_p|² zu minimieren. Ein alternatives Verfahren, das in dem gleichen Patent beschrieben ist, ist das Berechnen der Lösung bei der Fundamentalen (A₁) zum Minimieren von |u₁ + x₁A₁|², wobei jedoch die DFT-Koeffizienten bei sämtlichen höheren Ordnungen auf Null gesetzt werden. Solche Einstellungen minimieren eine Vibration nur bei der Fundamentalen und lassen höherfrequente Komponenten unverändert.
Bei beiden Verfahren werden nach der Bestimmung geeigneter Fourier-Einstellkoeffizienten A_p die entsprechenden Blatteinstellungen anhand der Gleichung (2) berechnet. Der erste Term in dieser Gleichung repräsentiert eine Einstellungen, die sämtlichen Blättern gleich ist. Bei dem genannten Patent '758 ist spezifiziert, dass dieser Term auf Null zu setzen ist
Anhand dieser Gleichung berechnete Einstellungen summieren sich immer auf Null (Σa_b = 0) und schließen somit generell die Einstellungen sämtlicher Blätter ein.
Die erfindungsgemäßen Verfahren bieten folgende Verbesserungen gegenüber der in dem Patent '758 beschriebenen Erfindung: (1) Berechnung von DFT- Koeffizienten A_p,p = 2···B-2, um die entsprechenden DFT-Komponenten der Spurabweichung [Gleichung (5)] zu reduzieren oder minimieren, bei Berechnung des DFT-Koeffizienten A₁(= A^* _B-1) zum Reduzieren oder Minimieren der Rotorgrundvibration, (2) Berechnen eines spezifischen DFT-Koeffizienten A_p zum Reduzieren von Vibration bei einer oder mehreren entsprechenden Frequenzen in dem Satz s = p + kB,k = ± 1 ± 2,··· statt der Berechnung von A_p nur zum Reduzieren der Vibration bei nur einer Rotationsordnung s = p, und (3) Reduzieren der Anzahl von erforderlichen Einstellungen durch Begrenzen der Anzahl spezifizierter DFT-Koeffizienten. Nicht spezifizierte Koeffizienten können als Variable behandelt werden, mit denen andere Anforderungen erfüllt werden.
(a) Verwenden von Spurdaten zum Ergänzen von Vibrationsdaten Wenn Spurdaten zur Verfügung stehen, können diese zum Berechnen von DFT-Koeffizienten A_p,p = 2···B-1 verwendet werden, um |Z_p| = |Y_p + Δ_pA_p|² wesentlich zu reduzieren. Wenn eine Minimierung nach der Fehlerquadratmethode durchgeführt wird, wird eine eindeutige A_p-Lösung wie folgt ausgedrückt:
(b) Reduzieren einer Vibration bei einer oder mehreren entsprechenden Frequenzen
Wenn eine Vibration der Haltestruktur auf eine vorbestimmte Grenze bei einer Frequenz mindestens einer Harmonischenordnung reduziert werden soll, umfasst das Verfahren eine oder mehrere solcher Frequenzen in dem Ausdruck für die zu minimierende Vibrationsmetrik. Die generelle Lösung, die sämtliche entsprechenden Frequenzen einschließt, wird durch Berechnen von A_p erhalten, um
zu minimieren.
Die Lösung lautet
Falls sinnvoll, können die Indizes k und m auf einen beliebigen gewünschten Teilsatz aus ganzen Zahlen beschränkt werden.
(c) Minimieren der Anzahl von Einstellungen jedes Typs
Eine Matrixdarstellung ist hilfreich und wird zur beispielhaften Erläuterung des vollen Umfangs der Verfahrensschritte beim Bestimmen eines Minimalsatzes an Rotorblatteinstellungen verwendet. Bei diesem Beispiel werden die Blatteinstellungen und ihre Fourier-Transformationskoeffizienten zu Vektoren zusammengefasst
wodurch es möglich wird, die ursprüngliche DFT-Gleichung [EQ(1)] in Matrixform neu zu formulieren:
Die quadratische Matrix F weist Elemente F_pb = e^–ipbΔ, p,b = 0···B-1 auf. Wenn sie nicht singulär ist, kann, wenn entweder a oder A spezifiziert, ist der andere Wert berechnet werden.
Es sei angenommen, dass sowohl die Einstellordnungen p = 0···B-1 als auch die Blattindizes b = 0···B-1 in zwei Sätze unterteilt sind, nämlich [p₁,p₂] und [b₁,b₂], so dass p₁ die gleiche Anzahl an Elementen aufweist wie b₁ und p₂ die gleiche Anzahl von Elementen aufweist wie b₂. Diese Teilsätze brauchen einander nicht benachbart zu sein, weder hinsichtlich des Blattindexes noch hin sichtlich der Rotationsordnung. Die Elemente von A sind jedoch nicht unabhängig (es sei an A_B-p = A^* _p erinnert), so dass, wenn eine spezifische Rotationsordnung p in p₁ platziert wird, ihre Abbildungsordnung B-p ebenfalls dort platziert werden muss, und dies gilt mutatis mutandis für p₂. Da A0 niemals für die Rotorabstimmung signifikant ist, wird die Rotationsordnung p = 0 immer p₂ zugeordnet.
Der Blatteinstellvektor wird in (a = [a₁,a₂]) unterteilt, damit er Element für Elemente [b₁,b₂] entspricht, und der Vektor der DFT-Koeffizienten ist in (A = [a₁,a₂]) unterteilt, um [p₁,p₂] zu entsprechen. Dadurch wird die Gleichung (10) ebenfalls unterteilt:
Die Matrix F₁₁, die diejenigen Elemente von F enthält, die den Rotationsordnungen p₁ (Spalten) und Blättern b₁ (Reihen) entsprechen, ist eine quadratische Matrix. Wenn diese Matrix nichtsingulär ist, können die aufgeteilten Gleichungen wie folgt für [a₁ A₂] gelöst werden:
Bei dem soeben präsentierten Argument erzeugt a₁ die gewünschten Spektralveränderungen A₁ bei Rotationsordnungen p₁. Die Einstellungen a₁ werden nur an den Blättern b₁ durchgeführt; die Blätter b₂ können auf beliebige Weise eingestellt werden. Eine Möglichkeit ist das Setzen der Einstellungen dieser Blätter auf Null:
Eine weitere Möglichkeit ist das Berechnen der Justierungen dieser Blätter derart, dass ihre endgültigen Einstellungen spezifische Werte aufweisen. Wenn die aktuellen Justierungen an den Blättern b₂ durch s (c) / 2) und die endgültigen Justierungen an den gleichen Blättern durch s (f) / 2) bezeichnet sind, dann gilt offensichtlich a₂ = s (f) / 2-s (c) / 2):
Häufig wird bevorzugt, dass so viele Blätter wie möglich bei einer bestimmten spezifischen Justierung gehalten werden. In diesem Fall würden die endgültigen Justierungen in den vorstehenden Gleichungen auf den spezifizierten Wert gesetzt. Beispielsweise wird in Wartungshandbüchern für Drehflügler normalerweise spezifiziert, dass so wenige Blätter wie möglich Nabengewichte tragen sollen. Dies wird durch Zuordnen von s (f) / 2) = 0: erreicht:
Generell muss bei Anwendung dieser Lösungen bestätigt werden, dass die Justierungen an den Blättern b₁ gehalten werden können. Bei dem genannten Beispiel mit dem Nabengewicht sind nur nicht negative Gewichtsjustierungen sinnvoll, so dass nur Lösungen akzeptabel sind, bei denen s (f) / 1) = s (c) / 1) + a₁ ≥ 0 ist. Durch solche Überlegungen wird die Größe des justierten a₁ reduziert, und in einigen Fällen ist möglicherweise gar keine Lösung akzeptabel.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch die Gleichungen (12) die Anzahl der einzustellenden Blätter minimiert wird, während durch die Gleichungen (13) die Anzahl von Blättern ohne endgültige Justierungen von un gleich Null minimiert wird, wobei in beiden Fällen die erforderlichen Spektralveränderungen A1 erzeugt werden.
In beiden Fällen müssen Spektralartefakte A₂ als Folge der Manipulation der Blätter b₂ zum Realisieren anderer Zwecke als der Reduzierung von Vibration oder Spurabweichung akzeptiert werden, Es sei daran erinnert, dass b₁ so viele Elemente enthält wie p₁ und dass F₁₁ nicht singulär ist. Wie sich herausstellt, sind sämtliche quadratische Sub-Matrizen der DFT-Matrizen mit ungeraden Dimensionen (ungerader Anzahl von Blättern) nicht singulär. Obwohl dies nicht auf DFT-Matrizen mit geraden Dimensionen zutrifft, sind die meisten dieser Sub-Matrizen nicht singulär. Das Fazit ist, dass es viele Auswahlmöglichkeiten hinsichtlich der Blatteinstellungen gibt und jede Auswahl einen anderen Satz von Artefakten A₁ erzeugt. Wenn bei einer dieser Auswahlmöglichkeiten die Restvibration (oder -spurabweichung) bei sämtlichen Rotationsordnungen 1 ≤ p ≤ B/2 als akzeptabel angesehen wird, bietet der entsprechende Satz von Blatteinstellungen eine akzeptable Lösung. Wenn andererseits die Restvibration (oder -spurabweichung) bei einer oder mehreren Rotationsordnungen im Satz p₂ als zu groß beurteilt wird, können diese Ordnungen von p₂ zu p₁ transferiert und die Berechnungen wiederholt werden. Der Effekt ist die Erweiterung der "Bandbreite" der Einstellungen, von der mehr Blätter betroffen sind, bei der die Vibration (oder Spurabweichung) jedoch bei einer größeren Anzahl von Frequenzen reduziert wird. Daraus kann geschlossen werden, dass dieses Verfahren entweder mit einem akzeptablen (und minimalen) Satz von Blatteinstellungen abgeschlossen wird oder sämtliche Möglichkeiten ausgeschöpft werden, wobei kein Einstellsatz zu der Erreichung der gewünschten Ziele führt.
Bei einem beliebigen Algorithmus, der zum Einprogrammieren in den (die) Prozessor(en) der vorliegenden Ausführungsform geeignet ist, wird angenommen, dass zwei Grenzwerte der Rotorvibration (oder Blattspur) zugeordnet worden sind.
Ein Grenzwert für sämtliche von dem DFT-Koeffizienten A₁(= A^* _B_₁) gesteuerten Vibrationskomponenten lautet:
Bei Rotoren mit vier oder mehr Blättern lauten unabhängige Grenzwerte bezüglich der Harmonischen von von den DFT-Koeffizienten A₂(= A^* _B-2), A₃(= A^* _B–3) und so weiter gesteuerten Vibration oder Spur:
Hinsichtlich des oben genannten Grenzwerts L₁ sei darauf hingewiesen, dass in den meisten Fällen die Vibration bei der Fundamentalen sämtliche Nicht-Blatt-Raten-(p≠kB-)Komponenten dominiert und die Fundamentale normalerweise die einzige Vibrationskomponente ist, die in Betriebshandbüchern für Drehflügler ausdrücklich begrenzt ist. Normalerweise ist die Vibration bei den entsprechenden Rotationsordnungen viel kleiner, so dass das Einschließen dieser Vibration in das Kriterium nur einen geringen Effekt auf die Auswucht-Lösung hat.
Die Grenzwerte Lp, wobei p ≥ 2 ist, werden Vibrationskomponenten auferlegt, die selten als schädlich angesehen werden, obwohl man sich auf dem Gebiet der Motorabstimmung in wachsendem Maße darüber klar wird, dass erhöhte Vibrationspegel bei Zwischen-Rotationsordnungen (2 ≤ p ≤ B-1) durch Rotorabstimmeinstellungen hervorgerufen werden und gelegentlich das Wohlbefinden der Besatzung beeinträchtigen. Das Auferlegen dieser Grenzwerte wird ferner deshalb dem Verfahren vorgezogen, weil bei Nichtauferlegung solcher Grenzwerte große Blattspurabweichungen auftreten können. Die Alternative, falls eine solche zur Verfügung steht, ist das ausdrückliche Begrenzen der Größenordnung der Spurabweichung, die bei den gleichen Ordnungen (Grenzwerte T_p) aufgelöst wird.
Ein geeigneter Algorithmus wird in den folgenden Schritten (1) bis (9) definiert. Die Schritte (1) und (2) dienen der Initialisierung und der Erzeugung der erforderlichen Daten für die Schritte (3) bis (9), die als Schleife ausgeführt werden. Der Schleifenausgang erfolgt bei Aussage (3), wobei entweder beide Grenzwerte erreicht sind, was bedeutet, dass eine akzeptable Lösung errechnet worden ist, oder der Satz p₂ nur auf eine Einstellordnung von 0 reduziert worden ist, wodurch angezeigt wird, dass keine Lösung möglich ist.

1) Zuordnen von a₁ ← 0, p₃ ← [](Null-Satz) und p₂ ← [0···B-1]
2) Abrufen der Fourier-Koeffizienten u_p der aktuellen Vibration bei sämtlichen erforderlichen Rotationsordnungen. Wenn Spurdaten verwendet werden, werden auch die DFT-Koeffizienten der aktuellen Blattspur Y_p abgerufen.
3) Berechnen der Vibrationsmetriken für L₁ und L_p oder T_p, wobei p > 1 ist. Wenn sämtliche Metriken innerhalb der jeweiligen Grenzen liegen oder wenn p₂ = [0] ist, erfolgt EXIT.
4) Wenn der Grenzwert L₁ überschritten wird und die Rotationsordnungen [1,B-1] in p₂ liegen, werden diese zu p₁ transferiert.
5) Wenn die Grenzwerte L_p oder T_p, wobei p > 1 ist, überschritten werden, wird das Rotationsordnungspaar [p,B-p] der vorherrschenden Vibration oder Spur im Bereich 2 ≤ p ≤ B-2 (das heißt, die Rotationsordnung, bei der der größte Wert von Σ_k|u_{p + kB}|² oder |Y_p|² erzeugt wird) von p₂ zu p₁ transferiert.
6) Berechnen optimaler Werte für die DFT-Koeffizienten im Vektor A₁. Insbesondere gilt für jede Rotationsordnung in p₁ Wenn die Vibration minimiert werden soll
und wenn die Spurabweichung minimiert werden soll
7) Bestimmen sämtlicher Teile (b₁,b₂), die mit (p₁,p₂) kompatibel sind. Wenn der Rotor eine gerade Anzahl von Blättern aufweist, Eliminieren sämtlicher Teile, die singuläre Sub-Matrizen F₁₁ erzeugen.
8) Unter Anwendung der Gleichungen (12) Berechnen der Einstellungen a₁ und der Spektralartefakte A₂, die jedem bei dem vorhergehenden Schritt angekommenen Teil entsprechen.
9) Für jeden in dem vorhergehenden Schritt berechneten Einstellsatz Berechnen der Restvibration (und/oder Spurabweichung), wie in Gleichung (5) [und/oder Gleichung (7)] vorhergesagt. Auswählen desjenigen Satzes aus diesen Sätzen, der die geringste Vibration (oder Spurabweichung) im Bereich p₂ erzeugt. Für diesen Satz Zuordnen von u_p ← v_p (und Y_p ← Z_p).
10) Rückkehren zu Schritt 3) und Fortfahren.

Die in 3A–3B und 4A–4C gezeigten Ablaufdiagramme zeigen einen vereinfachten schrittweisen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verwendung beim Programmieren des (der) Prozessors (Prozessoren) der in Zusammenhang mit der in 2 gezeigten schematischen Darstellung beschriebenen Ausführungsform. Wenn keine Spurdaten zur Verfügung stehen oder verwendet werden sollen, kann das Bestimmen des Minimalsatzes an Blatteinstellungen gemäß dem in 3A und 3B gezeigten Ablaufdiagramm durchgeführt werden, bei dem die Programmausführung mit Blöcken 50 und 52 beginnt. Das Auslesen und Mitteln der Vibrationssensordaten, die vorzugsweise von den Beschleunigungsmessern 22 geliefert werden, in Block 50 wird generell während eines oder mehrerer Flüge des Helikopters durchgeführt und kann in der Signalverarbeitungseinrichtung 40 erfolgen. Die Auflösung der Daten von den Beschleunigungsmessern in Fourier-Koeffizienten erfolgt wie oben beschrieben in dem Befehlsblock 52 entweder durch die Verarbeitungseinrichtung 40 oder die Nachverarbeitungseinrichtung 42. In Entscheidungsblöcken 54 und 56 wird die Vibrationsmetrik innerhalb jeweiliger Grenzen L1 und L2 ermittelt. Wenn der Grenzwert L1 überschritten wird, wie in Block 54 bestimmt, werden die Harmonischenordnungen 1,B-1 gewählt, der Fourier-Koeffizient A1 ausgewählt und die Fourier-Koeffizienten U_{1 + kB} und X_{1 + kB} in Block 58 aus dem Speicher erhalten. Wenn andererseits der Grenzwert L2 überschritten wird, werden bei dem vorliegenden Beispiel die Harmonischenordnungen p,B-p (wobei p = 2 ist) gewählt, der Fourier-Koeffizient A2 ausgewählt und die Fourier-Koeffizienten X_{2 + kB} und U_{2 + kB} in Block 60 aus dem Speicher erhalten. Wenn keiner der Grenzwerte überschritten wird, wird das Programm beendet.
Obwohl das vorliegende Beispiel die Ausführung des Spur- und Auswuchtalgorithmus bei Überschreiten der Vibrationsgrenzen gemäß der vorbestimmten Vibrationsmetrik ermöglicht, sei darauf hingewiesen, dass der Algorithmus aus beliebigen Gründen, einschließlich der Beobachtung einer unerwünschten Vibration durch den Piloten oder Passagiere, luftfahrzeugspezifischer Wartung nach zahlreichen Flugstunden und nach Wartung und Reparatur, wie spezifi ziert, ausgeführt werden kann. Das Verarbeiten der Vibrationsdaten selbst kann ein Flag zum Initiieren des Rotorauswuchtalgorithmus nach dem Ende eines geplanten Flugs setzen. In diesen Fällen wird die Harmonischenordnung (p = 1,2,. . .B-1) zum Reduzieren der Vibration zwecks Verwendung bei der Berechnung von A_p ausgewählt.
Gemäß 3A und 3B wird in Block 62 ein Wert für A_p für p = 1 oder p = 2 berechnet, um die Vibration in der Haltestruktur bei den ausgewählten Harmonischenordnungen p + kB wesentlich zu reduzieren. A_B-p wird in Block 64 gleich der Konjugierten von A_p gesetzt, wodurch der Satz A_p,A_B–p von Fourier-Einstellkoeffizienten ermittelt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass, da A_p eine komplexe Zahl mit einem echten und einem gedachten Teil ist, mindestens ein Satz aus zwei Einstellungen a_x,a_y benötigt wird, um in der Gleichung aus Block 66 eine eindeutige Lösung zu erhalten. Entsprechend bestimmt das Programm eine Gruppe von Minimalsätzen an Einstellungen a_x,a_y wie folgt: Bestimmen der Mindestanzahl von virtuellen Blatteinstellungen jedes Typs, die anhand des bestimmten Werts des entsprechenden ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten A_p mit einer eindeutigen Lösung berechnet werden kann; Bestimmen sämtlicher möglichen Blatteinstellungen der Mindestanzahl für jeden Typ aus der Gesamtanzahl der Vielzahl von Blättern; Gruppieren sämtlicher Blatteinstellmöglichkeiten in Minimalsätze von virtuellen Blatteinstellungen für jeden Typ; und Berechnen virtueller Blatteinstellwerte der Minimalsätze jeder Gruppe anhand des bestimmten Werts des ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten der entsprechenden Gruppe über Blöcke 66, 68 und 70.
Ferner wird in Blöcken 72 und 74 ein Vibrationswert V_{R + kB} anhand der Vibrationsbeziehung für jeden der Minimalsätze a_x,a_y bei virtuellen Blatteinstellungen der Gruppe bei mindestens einer anderen Harmonischenordnung R + kB als der Harmonischenordnung p des ausgewählten Fourier-Koeffizienten A_p berechnet. Als nächstes wird in Block 76 ein Minimalsatz an Blatteinstellungen anhand der berechneten Vibrationswerte der Minimalsätze jeder Gruppe aus jeder Gruppe ausgewählt. Bei dem vorliegenden Beispiel wird denjenige Einstell satz gewählt, der die geringste Vibration erzeugt. In Block 78 wird der Fourier-Koeffizient der Vibrationsmessung bei der Harmonischen R + kB auf den berechneten Wert des Fourier-Vibrationskoeffizienten des ausgewählten Minimalsatzes an Einstellungen gesetzt und die Vibrationsmetrik für den Grenzwert L1 im Entscheidungsblock 80 bestimmt. Entsprechend dient der ausgewählte Minimalsatz an Einstellungen in Block 82 zum Einstellen der Blätter x und y, wenn der Grenzwert L1 im Entscheidungsblock 80 nicht überschritten wird.
Andernfalls wird in Block 84 ein zweiter Fourier-Koeffizient A_q dem Satz A_p,A_B-p hinzugefügt, um den Minimalsatz an Einstellungen zu erweitern, und wird das Programm beginnend mit Block 62 wiederholt, in dem A_q berechnet wird. In Block 64 wird A_B-q auf die Konjugierte von A_q gesetzt und wird der neue Satz ausgewählter Fourier-Koeffizienten {A_p,A_B-p,A_q,A_B-q}, wodurch der Minimalsatz an Einstellungen auf vier erweitert und die Verarbeitung wie oben beschrieben fortgesetzt wird. Jedes Mal wenn der berechnete Vibrationswert des ausgewählten Minimalsatzes an Blatteinstellungen den vorbestimmten Grenzwert L1 übersteigt, wie im Entscheidungsblock 80 bestimmt, wird ein zusätzlicher Fourier-Einstellkoeffizient hinzugefügt, um den Satz ausgewählter Fourier-Einstellkoeffizienten zu erweitern, bis sämtliche Fourier-Einstellkoeffizienten eines Blatteinstelltyp-Satzes ausgewählt sind. Wenn die Vibration nicht mittels sämtlicher Harmonischen auf akzeptable Werte reduziert werden kann, ist dies normalerweise ein Anzeichen für ein fehlerhaftes Rotorsystem.
Wenn der Operator Spurdaten, falls vorhanden, zum Bestimmen des Minimalsatzes an Blatteinstellungen verwenden möchte, kann das in 4A–4C gezeigte Programm ausgeführt werden. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die Befehlsblöcke verwendet, wie oben bei dem in 3A–3B beschriebenen Ablaufdiagramm. Gemäß 4A–4C beginnt die Programmausführung in den Blöcken 50 und 52 mit der Verarbeitung von Vibrationsmessdaten und wird in Block 100 fortgesetzt, in welchem die Spurdaten in Form von Blatthöhenmessungen von der Nachführeinrichtung 24 gesammelt werden. Das Ver arbeiten zum Konvertieren der Ausgangssignale der Nachführeinrichtung 24 in eine gemittelte Blattspur (-höhe) für jedes Blatt ist oben beschrieben. Als nächstes werden in Block 102 die Spurdaten oder in dem vorliegenden Beispiel die Blatthöhenmessungen in diskrete Fourier-Koeffizienten Yp für p = 0 bis B-1 aufgelöst. Die Vibrationsmetriken werden in den Blöcken 54 und 56 geprüft, und es wird eine Spurdatenmetrik in Block 104 durchgeführt. Wenn der Vibrationsgrenzwert L1 überschritten wird, wie im Entscheidungsblock 54 bestimmt, wird die Programmausführung in Block 58 fortgesetzt und geht zu Block 62 aus 3A–3B über, wie oben beschrieben. Wenn entweder der Vibrationsgrenzwert L2 oder der Spurgrenzwert T1 überschritten wird, wie in Blöcken 56 bzw. 104 bestimmt, wird die Programmausführung in Block 60 fortgesetzt, wobei die Harmonischenordnungen p,B-p, wobei p = 2 gewählt ist, des Fourier-Koeffizienten A₂ ausgewählt wird und die Fourier-Koeffizienten X_{2 + kB} und U_{2 + kB} aus dem Speicher erhalten werden. Danach geht das Ablaufdiagramm zu Block 106 über. Wenn keiner der Vibrations- oder Spurgrenzwerte überschritten wird, wird das Programm beendet.
In Block 106 wird ein Wert des ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten Ap (p = 2) anhand einer Gleichung berechnet, mit der die Spurbeziehung bei mindestens der Harmonischenordnung des ausgewählten Fourier-Koeffizienten, d. h. p = 2, wesentlich minimiert wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Fehlerquadratmethode zum Minimieren der Spurbeziehung angewandt, wie oben beschrieben. Als nächstes wird in Block 108 A_B-p auf die Konjugierte von A_p gesetzt, um den Satz A_p,A_B-p zum Bestimmen einer Gruppe von Minimalsätzen an Blatteinstellungen a_x,a_y in Blöcken 110, 112 und 114 zu ermitteln. Gleichzeitig wird in Block 116 für jeden Minimalsatz von Einstellungen a_x,a_y ein Wert des Fourier-Einstellkoeffizienten bei der fundamentalen Harmonischen A1 und daraus in Block 118 ein Wert des Fourier-Vibrationskoeffizienten V_{1 +
kB} berechnet. Somit wird die Auswirkung jedes virtuellen Satzes von anhand der Spurbeziehung bestimmten Blatteinstellungen auf die Vibration bei der fundamentalen Harmonischenordnung berechnet. In Block 120 wird ein Minimalsatz an Einstellungen anhand der Auswirkung jedes Satzes auf die berechnete Vibration bei der Vibrationsgrundfrequenz aus der Gruppe ausgewählt. Bei dieser Ausführungsform wird derjenige Satz ausgewählt, der die niedrigste oder geringste Vibration bei der Grundfrequenz erzeugt. In Block 122 wird der Fourier-Koeffizient der Vibrationsmessung bei der Harmonischen 1 + kB auf den berechneten Wert des Fourier-Vibrationskoeffizienten des ausgewählten Minimalsatzes an Einstellungen gesetzt und die Vibrationsmetrik für den Grenzwert L1 in dem Entscheidungsblock 124 beschlossen. Entsprechend dient der ausgewählte Minimalsatz an Einstellungen zum Einstellen der Blätter x und y in Block 126, wenn der Grenzwert L1 im Entscheidungsblock 124 nicht überschritten wird.
Andernfalls wird in Block 130 ein zweiter Fourier-Koeffizient A_q dem Satz A_p,A_B-p hinzugefügt, um den Minimalsatz an Einstellungen zu erweitern, und wird das Programm beginnend mit Block 106 wiederholt, in dem A_q berechnet wird. In Block 108 wird A_B-q auf die Konjugierte von Aq gesetzt und wird der neue Satz ausgewählter Fourier-Koeffizienten {A_p,A_B-p,A_q,A_B-q}, wodurch der Minimalsatz an Einstellungen auf vier erweitert und die Verarbeitung wie oben beschrieben fortgesetzt wird. Jedes Mal wenn der berechnete Vibrationswert des ausgewählten Minimalsatzes an Blatteinstellungen den vorbestimmten Grenzwert L1 übersteigt, wie in dem Entscheidungsblock 124 bestimmt, wird ein zusätzlicher Fourier-Einstellkoeffizient hinzugefügt, um den Satz ausgewählter Fourier-Einstellkoeffizienten zu erweitern, bis sämtliche Fourier-Einstellkoeffizienten eines Blatteinstelltyp-Satzes ausgewählt sind.
Obwohl der Einfachheit und Klarheit halber nur ein einziger Vibrationssensor genannt worden ist, kann bei dem Verfahren generell eine beliebige Anzahl von Sensoren verwendet werden. In der Praxis wird die Verwendung von mindestens zwei Sensoren bevorzugt, um die rollenden und/oder zur Seite erfolgenden Bewegungen des Rumpfes aufzulösen, die primär durch ein Massenungleichgewicht in dem Rotor, jedoch auch durch Blattverstellstangenein stellungen verursacht worden sind und die auf sowohl von den Blattverstellstangen als auch den Hilfsklappen erzeugte vertikale Bewegungskomponenten zurückzuführen sind. Ferner ist in der Beschreibung zwar nur eine Flugbedingung genannt, es kann jedoch durch einfache Erweiterungen der dargestellten Gleichungen eine unbegrenzte Anzahl von Flugbedingungen berücksichtigt werden. Eine erfolgreiche Rotorabstimmung erfordert normalerweise Einstellungen, die einen Kompromiss zwischen einander widersprechenden Anforderungen hinsichtlich eines störungsfreien Betriebs des Luftfahrzeugs über seinen gesamten Betriebsbereich ermöglichen.
Das beschriebene Verfahren zum Teilen der DFT-Matrix ist in gleichem Maße auf die Umkehr-Matrix sowie Varianten der DFT-Matrix oder ihrer Umkehrung anwendbar, welche nur reellwertige Elemente einbeziehen. Die von sämtlichen Varianten erhaltenen Lösungen sind mathematisch identisch. Sämtliche Varianten gelten als Teil der vorliegenden Erfindung. Einige quadratische Sub-Matrizen der DFT-Matrizen mit geradzahligen Abmessungen sind singulär, und dies gilt auch für die entsprechenden Teile der oben genannten Varianten. Mehrere numerisch robuste Verfahren zum Detektieren solcher Singularitäten stehen zur Verfügung. Ein solches Verfahren ist das Berechnen der singulären Werte der Sub-Matrix (es gibt einen für jede Reihe oder Spalte). Wenn einer der singulären Werte größenmäßig mit der sogenannten Gleitkomma-Genauigkeit der Host-Vorrichtung (Computer) vergleichbar ist, ist die Matrix singulär.
Ferner wird die Anzahl von eindeutigen Einstellsätzen aus n Blättern an einem Rotor mit 8 Blättern mit dem binomischen Koeffizienten
angegeben. Zur Darstellung der Anwendung diese Formel auf den Algorithmus muss ein Rotor mit sieben Blättern angenommen werden, wobei bei jedem Blatt Nabengewichts-, Blattverstellstangen- und Hilfsklappeneinstellungen vorgenommen werden und wobei angenommen sei, dass es das Ziel ist, nur die Grundvibration (1/Umdr.) zu reduzieren. Angesichts der konjugierten Symmetrie der DFT-Koeffizienten muss der Satz p₁ die Ordnungen [1 B-1] = [1 6] enthalten und somit jeder Einstelltyp an zwei Blättern implementiert werden. Von den sieben Blättern können
voneinander verschiedene Blattpaare gebildet werden. Somit gibt es 21 unterschiedliche Wege zum Konfigurieren dieser Paare von Hilfsklappen-, Blattverstellstangen- und Nabengewichteinstellungen zum Bewirken spezifischer Veränderungen der Vibration bei der Grundfrequenz. Es müssen nicht die gleichen Blätter für die drei Einstelltypen verwendet werden, so dass insgesamt 21³ = 9261 voneinander verschiedene Dreiergruppen von Blattpaaren berücksichtigt werden müssen. Bei den meisten Rotoren haben die Nabengewichteinstellungen jedoch eine geringe Auswirkung auf die Spur und eine bemerkbare Auswirkung nur bei der Grundfrequenz. Daher entfällt die Wahl zwischen den 21 möglichen Nabengewichteinstellungen, und darüber muss auf einer anderen Basis entschieden werden. Sowohl die Blattverstellstangen- als auch die Hilfsklappeneinstellungen beeinflussen jedoch die Spur und Vibration bei höheren Rotationsordnungen, so dass die Anzahl von eindeutigen Einstellsätzen der Artefakte der zweiten Harmonischenordnung bis sechsten Harmonischenordnung, die bei der Identifizierung des wünschenswertesten Satzes an Blatteinstellungen berücksichtigt werden müssen, 21² = 441 beträgt.
Obwohl die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform nur einen Rotoreinstelltyp betrifft, nämlich den der Hinterkante der Hilfsklappen, gehört die Anwendung der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung auf andere Einstelltypen, wie beispielsweise Blattverstellstange und Gewicht, und die Wechselbeziehung zwischen diesen, mit Bezug auf die Beschreibung des Patents '758, zu den Fähigkeiten eines Fachmanns auf dem Sachgebiet. Entsprechend darf die vorliegende Erfindung nicht auf eine beliebige Ausführungsform beschränkt werden, sondern muss im weiten Sinne des Umfangs der Erfindung gemäß den beiliegenden Patentansprüchen ausgelegt werden.

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Minimalsatzes an Rotorblatteinstellungen für einen Rotor, an dem mehrere rotierende Blätter angebracht sind, wobei der Rotor von einer Haltestruktur gehalten wird, der Satz von Einstellungen zum Reduzieren einer Haltestrukturvibration über mindestens eine Harmonischenordnung der Rotorrotation vorgesehen ist und das Verfahren folgende Schritte umfasst: Durchführen von Vibrationsmessungen an vorbestimmten Positionen der Haltestruktur; Auflösen der Vibrationsmessungen in einen entsprechenden Satz von Fourier-Vibrationskoeffizienten für mindestens eine der Positionen, wobei jeder Fourier-Vibrationskoeffizient des Satzes einer Harmonischenordnung der Rotorrotation entspricht; Erstellen eines Vibrationsmodells der Haltestruktur mit Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz für mindestens eine Position, wobei die Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Erstellen eines Satzes von Fourier-Einstellkoeffizienten für mindestens einen Blatteinstelltyp, wobei der Satz von Fourier-Einstellkoeffizienten einem jedem Blatteinstelltyp zugeordneten Satz von Blatteinstellungen entspricht und die Fourier-Einstellkoeffizienten Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Auswählen mindestens eines Fourier-Einstellkoeffizienten aus jedem Blatteinstelltyp-Satz; Erstellen einer Beziehung, durch die die Vibration der Haltestruktur bei Harmonischenordnungen der Rotorrotation aus den Fourier-Einstellkoeffizienten, den Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz und den Fourier-Koeffizienten der Vibrationsmessungen berechnet: werden kann; Bestimmen eines Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten, der eine virtuelle Soll-Reduzierung der Vibration der Haltestruktur bei einer Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten anhand der Vibrations-Beziehung erzeugt; Bestimmen einer Gruppe von Minimalsätzen von virtuellen Blatteinstellungen für jeden Typ auf der Grundlage des bestimmten Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten; und Bestimmen eines Minimalsatzes von virtuellen Blatteinstellungen aus jeder Gruppe jedes Typs auf der Grundlage seiner Auswirkung auf die Vibrations-Beziehung bei mindestens einer anderen Harmonischenordnung der Rotorrotation als der Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Vibrationsmodell für eine Haltestruktur mit einem Helikopterrumpf erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt des Erstellens eines Vibrationsmodells den Schritt des Erstellens des Vibrationsmodells von Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz auf der Grundlage mehrerer Kampfbedingungen des Helikopters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Erstellens des Vibrationsmodells folgende Schritte umfasst: (a) Messen an mindestens einer Position an der Haltestruktur eine Veränderung der Vibration, die aus einer vorbestimmten inkrementalen Einstellung a_b eines Einstelltyps an jedem Blatt b resultiert, wobei b = 0 bis B-1 der mehreren Blätter ist; (b) Erstellen für mindestens eine Position eine Beziehung zwischen den Veränderungen in der Vibration und den entsprechenden inkrementalen Einstellungen a_b und den Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz x_b für jedes Blatt b; (c) Umwandeln der Beziehung in eine Fourier-Reihe entsprechend Harmonischenordnungen der Rotorrotation; und (d) Bestimmen der Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz entsprechend Harmonischenordnungen der Rotorrotation aus der Fourier-Reihe für die mindestens eine Position.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sämtliche Fourier-Koeffizienten der Einstellung, Vibration und Vibrationseinheits-Influenz mittels einer diskreten Fourier-Transformation aufgelöst werden.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Erstellens der Vibrations-Beziehung den Schritt des Erstellens einer Beziehung umfasst, die wie folgt ausgedrückt wird:
wobei: p die Harmonischenordnung der Rotorrotation von 0 bis B-1 ist, B die Gesamtanzahl von rotierenden Blättern ist, k eine ausgewählte ganze Zahl ist, v der Fourier-Vibrationskoeffizient nach einer Blatteinstellung bei der Harmonischenordnung s = p + kB ist, u der Fourier-Koeffizient der Vibrationsmessung vor einer Blatteinstellung bei der Harmonischenordnung s ist, x der Fourier-Koeffizient der Vibrationseinheits-Influenz für den Blatteinstelltyp bei der Harmonischenordnung s ist, und A der Fourier-Einstellkoeffizient für den Blatteinstelltyp bei der Harmonischenordnung p ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Bestimmens eines Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten den Schritt des Berechnens eines Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten durch Minimieren im wesentlichen der erstellten Vibrations-Beziehung bei mindestens der Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Koeffizienten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Vibrations-Beziehung im wesentlichen durch die Methode der kleinsten Quadrate minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Vibrations-Beziehung im wesentlichen bei Harmonischenordnungen minimiert wird, welche als s = p + kB ausgedrückt werden, wobei p die Harmonischenordnung des ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten, B die Gesamtanzahl von Blättern der mehreren Blätter und k ein Satz von ganzen Zahlen einschließlich des Null-Satzes ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Bestimmens einer Gruppe von Minimalsätzen von Blatteinstellungen folgende Schritte umfasst: Bestimmen der Mindestanzahl von virtuellen Blatteinstellungen jedes Typs, die aus dem bestimmten Wert jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten mit einer eindeutigen Lösung berechnet werden kann; Bestimmen sämtlicher möglicher Blatteinstellungen der Mindestanzahl für jeden Typ aus der Gesamtanzahl von Blättern aus den mehreren Blättern; Gruppieren sämtlicher Blatteinstellmöglichkeiten in Minimalsätze von virtuellen Blatteinstellungen für jeden Typ; und Berechnen virtueller Blatteinstellwerte der Minimalsätze jeder Gruppe auf der Grundlage des bestimmten Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten der entsprechenden Gruppe.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Schritt des Bestimmens eines Minimalsatzes von virtuellen Blatteinstellungen aus der Gruppe jedes Typs folgende Schritte umfasst: Berechnen eines Vibrationswerts auf der Grundlage der Vibrations-Beziehung für jeden Minimalsatz von virtuellen Blatteinstellungen einer Gruppe bei mindestens einer anderen Harmonischenordnung der Rotorrotation als der Harmonischenordnung des ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten; und Auswählen eines Minimalsatzes von Blatteinstellungen aus jeder Gruppe auf der Grundlage der berechneten Vibrationswerte der Minimalsätze jeder Gruppe.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Minimalsatz aus einer Gruppe ausgewählt wird, und zwar aufgrund der Tatsache, dass dieser den niedrigsten berechneten Vibrationswert der Minimalsätze der Gruppe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, mit folgendem Schritt: Verwenden des ausgewählten Minimalsatzes von virtuellen Blatteinstellungen jedes Typs zum Einstellen der rotierenden Blätter, wenn der berechnete Vibrationswert des ausgewählten Minimalsatzes innerhalb einer vorbestimmten Vibrationsgrenze liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Auswählens eines Fourier-Einstellkoeffizienten nach Anspruch 1 den Schritt des Auswählens eines zweiten Fourier-Einstellkoeffizienten aus dem Blatteinstelltyp-Satz umfasst, wenn der berechnete Vibrationswert des entsprechenden ausgewählten Minimalsatzes eine vorbestimmte Vibrationsgrenze übersteigt; und den Schritt des Wiederholens der letzten drei Schritte des Verfahrens nach Anspruch 1 mittels beider ausgewählter Fourier-Koeffizienten umfasst, um den Minimalsatz von Blatteinstellungen für den Blatteinstelltyp zu erweitern.
Verfahren nach Anspruch 14, mit folgenden Schritten: Auswählen eines zusätzlichen Fourier-Einstellkoeffizienten jedes Mal dann, wenn der berechnete Vibrationswert des erweiterten Minimalsatzes von Blatteinstellungen die vorbestimmte Vibrationsgrenze übersteigt, bis sämtliche Fourier-Einstellkoeffizienten eines Blatteinstelltyp-Satzes ausgewählt worden sind; und Wiederholen der letzten drei Schritte des Verfahrens nach Anspruch 1 mittels sämtlicher ausgewählter Fourier-Koeffizienten, um den Minimalsatz von Blatteinstellungen für den Blatteinstelltyp zu erweitern.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Fourier-Einstellkoeffizient der fundamentalen Harmonischenordnung aus jedem Blatteinstelltyp-Satz ausgewählt wird; und bei dem der Minimalsatz von virtuellen Blatteinstellungen für den Fourier-Einstellkoeffizienten der fundamentalen Harmonischenordnung auf der Grundlage seiner Auswirkung auf die Vibrations-Beziehung bei mindestens der zweiten Harmonischenordnung der Rotorrotation bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Fourier-Einstellkoeffizient einer anderen Harmonischenordnung als der fundamentalen aus jedem Blatteinstelltyp-Satz ausgewählt wird; und bei dem der Minimalsatz von virtuellen Blatteinstellungen für den Fourier-Einstellkoeffizienten der anderen Harmonischenordnung auf der Grundlage seiner Auswirkung auf die Vibrations-Beziehung bei mindestens der fundamentalen Harmonischenordnung der Rotorrotation bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Fourier-Einstellkoeffizient der zweiten Harmonischenordnung aus jedem Blatteinstelltyp-Satz ausgewählt wird; und bei dem der Minimalsatz von virtuellen Blatteinstellungen für den Fourier-Einstellkoeffizienten der zweiten Harmonischenordnung auf der Grundlage seiner Auswirkung auf die Vibrations-Beziehung bei mindestens der fundamentalen Harmonischenordnung der Rotorrotation bestimmt wird.
Verfahren zum Bestimmen eines Minimalsatzes an Rotorblatteinstellungen für einen Rotor, an dem mehrere rotierende Blätter angebracht sind, wobei der Rotor von einer Haltestruktur gehalten wird und der Einstellsatz zum Reduzieren der Spurabweichung der rotierenden Blätter vorgesehen ist, während die Vibration der Haltestruktur über mindestens eine Harmonischenordnung der Rotorrotation innerhalb einer akzeptablen Grenze aufrecht erhalten wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Durchführen von Vibrationsmessungen an vorbestimmten Positionen der Haltestruktur; Auflösen der Vibrationsmessungen in einen entsprechenden Satz von Fourier-Vibrationskoeffizienten für mindestens eine der Positionen, wobei jeder Fourier-Vibrationskoeffizient des Satzes einer Harmonischenordnung der Rotorrotation entspricht; Durchführen von Spurmessungen der rotierenden Blätter; Auflösen der Spurmessungen in entsprechende Fourier-Spurkoeffizienten, die Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Erstellen eines Vibrationsmodells der Haltestruktur mit Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz für mindestens eine Position, wobei die Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Erstellen eines Spurmodells für die rotierenden Blätter mit Fourier-Koeffizienten der Spureinheits-Influenz, wobei die Fourier-Koeffizienten der Spureinheits-Influenz Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Erstellen eines Satzes von Fourier-Einstellkoeffizienten für mindestens einen Blatteinstelltyp, wobei der Satz von Fourier-Einstellkoeffizienten einem jedem Blatteinstelltyp zugeordneten Satz von Blatteinstellungen entspricht und die Fourier-Einstellkoeffizienten Harmonischenordnungen der Rotorrotation entsprechen; Auswählen mindestens eines Fourier-Einstellkoeffizienten aus jedem Blatteinstelltyp-Satz; Erstellen einer Beziehung, durch die die Vibration der Haltestruktur bei Harmonischenordnungen der Rotorrotation aus den Fourier-Einstellkoeffizienten, den Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz und den Fourier-Koeffizienten der Vibrationsmessungen berechnet werden kann; Erstellen einer Beziehung, durch die die Spur der rotierenden Blätter bei Harmonischenordnungen der Rotorrotation aus den Fourier-Einstellkoeffizienten, den Fourier-Koeffizienten der Spureinheits-Influenz und den Fourier-Koeffizienten der Spurmessungen berechnet werden kann; Bestimmen eines Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten, der eine virtuelle Soll-Reduzierung der Spurabweichung der rotierenden Blätter bei einer Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten anhand der Spur-Beziehung erzeugt; Bestimmen einer Gruppe von Minimalsätzen von virtuellen Blatteinstellungen für jeden Typ auf der Grundlage des bestimmten Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten; und Bestimmen eines Minimalsatzes von virtuellen Blatteinstellungen aus jeder Gruppe jedes Typs auf der Grundlage seiner Auswirkung auf die Vibrations-Beziehung bei mindestens einer anderen Harmonischenord nung der Rotorrotation als der Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Vibrationsmodell für eine Haltestruktur mit einem Helikopterrumpf erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Schritt des Erstellens eines Vibrationsmodells den Schritt des Erstellens des Vibrationsmodells von Fourier-Koeffizienten der Vibrationseinheits-Influenz auf der Grundlage mehrerer Kampfbedingungen des Helikopters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des Durchführens von Spurmessungen den Schritt des Durchführens von Messungen der Blatthöhe während der Rotation in Bezug auf einen Referenzpunkt umfasst; und bei dem der Schritt des Auflösens der Spurmessungen den Schritt des Auflösens der Höhenmessungen in diskrete Fourier-Höhenkoeffizienten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des Erstellens des Spurmodells folgende Schritte umfasst: (a) Messen einer Veränderung der Blatthöhe jedes Blatts b, die aus einer vorbestimmten inkrementalen Einstellung a_b eines Einstelltyps an jedem Blatt b resultiert, wobei b = 0 bis B-1 der mehreren Blätter ist; (b) Erstellen einer Beziehung zwischen den Veränderungen in der Höhe und den entsprechenden inkrementalen Einstellungen ab und den Spureinheits-Influenz-Koeffizienten δ für jedes Blatt b; (c) Umwandeln der Beziehung in eine Fourier-Reihe entsprechend Harmonischenordnungen der Rotorrotation; und (d) Bestimmen der Fourier-Koeffizienten der Spureinheits-Influenz entsprechend Harmonischenordnungen der Rotorrotation aus der Fourier-Reihe.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem sämtliche Fourier-Koeffizienten der Einstellung, Vibration, Höhe, Spureinheits-Influenz und Vibrationseinheits-Influenz mittels einer diskreten Fourier-Transformation aufgelöst werden.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Schritt des Erstellens der Spur-Beziehung den Schritt des Erstellens einer Beziehung umfasst, die wie folgt ausgedrückt wird:
wobei: p die Harmonischenordnung der Rotorrotation von 0 bis B-1 ist, Z der Fourier-Höhenkoeffizient nach einer Blatteinstellung bei der Harmonischenordnung p ist, Y der Fourier-Koeffizient der Höhenmessung vor einer Blatteinstellung bei der Harmonischenordnung p ist, Δ der Fourier-Koeffizient der Spureinheits-Influenz für den Blatteinstelltyp bei der Harmonischenordnung p ist, und A der Fourier-Einstellkoeffizient für den Blatteinstelltyp bei der Harmonischenordnung p ist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des Bestimmens eines Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten den Schritt des Berechnens eines Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten durch Minimieren im wesentlichen der erstellten Spur-Beziehung bei mindestens der Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Koeffizienten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die Vibrations-Beziehung im wesentlichen durch die Methode der kleinsten Quadrate minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die Spur-Beziehung im wesentlichen bei der Harmonischenordnung jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizenten minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des Bestimmens einer Gruppe von Minimalsätzen von Blatteinstellungen folgende Schritte umfasst: Bestimmen der Mindestanzahl von virtuellen Blatteinstellungen jedes Typs, die aus dem bestimmten Wert jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten mit einer eindeutigen Lösung berechnet werden kann; Bestimmen sämtlicher möglicher Blatteinstellungen der Mindestanzahl für jeden Typ aus der Gesamtanzahl von Blättern aus den mehreren Blättern; Gruppieren sämtlicher Blatteinstellmöglichkeiten in Minimalsätze von virtuellen Blatteinstellungen für jeden Typ; und Berechnen virtueller Blatteinstellwerte der Minimalsätze jeder Gruppe auf der Grundlage des bestimmten Werts jedes ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten der entsprechenden Gruppe.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem der Schritt des Bestimmens eines Minimalsatzes von virtuellen Blatteinstellungen aus der Gruppe jedes Typs folgende Schritte umfasst: Berechnen eines Vibrationswerts auf der Grundlage der Vibrations-Beziehung für jeden Minimalsatz von virtuellen Blatteinstellungen einer Gruppe bei mindestens einer anderen Harmonischenordnung der Rotorrotation als der Harmonischenordnung des ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten; und Auswählen eines Minimalsatzes von Blatteinstellungen aus jeder Gruppe auf der Grundlage der berechneten Vibrationswerte der Minimalsätze jeder Gruppe.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem der Minimalsatz aus einer Gruppe ausgewählt wird, und zwar aufgrund der Tatsache, dass dieser den niedrigsten berechneten Vibrationswert der Minimalsätze der Gruppe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 30, mit folgendem Schritt: Verwenden des ausgewählten Minimalsatzes von virtuellen Blatteinstellungen jedes Typs zum Einstellen der rotierenden Blätter, wenn der berechnete Vibrationswert des ausgewählten Minimalsatzes innerhalb einer vorbestimmten Vibrationsgrenze liegt.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem der Schritt des Auswählens eines Fourier-Einstellkoeffizienten nach Anspruch 19 den Schritt des Auswählens eines zweiten Fourier-Einstellkoeffizienten aus dem Blatteinstelltyp-Satz umfasst, wenn der berechnete Vibrationswert des entsprechenden ausgewählten Minimalsatzes eine vorbestimmte Vibrationsgrenze über steigt; und den Schritt des Wiederholens der letzten drei Schritte des Verfahrens nach Anspruch 19 mittels beider ausgewählter Fourier-Koeffizienten umfasst, um den Minimalsatz von Blatteinstellungen für den Blatteinstelltyp zu erweitern.
Verfahren nach Anspruch 33, mit folgenden Schritten: Auswählen eines zusätzlichen Fourier-Einstellkoeffizienten jedes Mal dann, wenn der berechnete Vibrationswert des erweiterten Minimalsatzes von Blatteinstellungen die vorbestimmte Vibrationsgrenze übersteigt, bis sämtliche Fourier-Einstellkoeffizienten eines Blatteinstelltyp-Satzes ausgewählt worden sind; und Wiederholen der letzten drei Schritte des Verfahrens nach Anspruch 19 mittels sämtlicher ausgewählter Fourier-Koeffizienten, um den Minimalsatz von Blatteinstellungen für den Blatteinstelltyp zu erweitern.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Fourier-Einstellkoeffizient einer anderen Harmonischenordnung als der fundamentalen Harmonischenordnung aus jedem Blatteinstelltyp-Satz ausgewählt wird; und bei dem der Minimalsatz von virtuellen Blatteinstellungen für den ausgewählten Fourier-Einstellkoeffizienten der fundamentalen Harmonischenordnung auf der Grundlage seiner Auswirkung auf die Vibrations-Beziehung bei mindestens der fundamentalen Harmonischenordnung der Rotorrotation bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 35, bei dem der Fourier-Einstellkoeffizient der zweiten Harmonischenordnung aus jedem Blatteinstelltyp-Satz ausgewählt wird; und bei dem der Minimalsatz von virtuellen Blatteinstellungen für den Fourier-Einstellkoeffizienten der zweiten Harmonischenordnung auf der Grundlage seiner Auswirkung auf die Vibrations-Beziehung bei mindestens der fundamentalen Harmonischenordnung der Rotorrotation bestimmt wird.