質(zhì)心動態(tài)修正法進行飛機螺旋槳動平衡的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種質(zhì)心動態(tài)修正法進行飛機螺旋槳動平衡的方法，運用矢量合成與分解原理將擬安裝在輕點位置的一個配重分成兩個分配重分別安裝在兩個相鄰的標準安裝位置上，使這兩個分配重的合成效果相當于安裝在指定輕點位置上的擬安裝的原配重的配平效果；用動態(tài)修正配重質(zhì)心位置的方法準確計算出擬安裝在兩個標準位置上的分配重質(zhì)量，提高計算準確度；精確計算擬配平螺旋槳的配平系數(shù)K，使以后配平過程更快捷。本發(fā)明可根據(jù)測出的振動值數(shù)值直接使用該配平系數(shù)計算出所需配重的質(zhì)量，再進行精確分解和計算后，按照計算結(jié)果將配重安裝在指定的標準點鐘位置，一次性配平成功；方法簡單方便，不依賴操作者的工作經(jīng)驗；配平效果確切可靠。
【專利說明】質(zhì)心動態(tài)修正法進行飛機螺旋槳動平衡的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種航空器維修【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)，特別是用一種質(zhì)心動態(tài)修正法進行飛機螺旋槳動平衡的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在目前的通用航空界，螺旋槳式動力裝置以其良好的低速經(jīng)濟性使其仍獲得較為廣泛的應(yīng)用。但作為一高速旋轉(zhuǎn)部件，制造和裝配等工序中的誤差使螺旋槳在裝機后不可避免地產(chǎn)生靜不平衡和動不平衡，使螺旋槳在高速旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動；這種振動除了使航空器上乘員感到不適外，還使航空器相關(guān)部件承受很大的交變載荷，造成結(jié)構(gòu)疲勞破壞，所以必須對螺旋槳進行動平衡配平以降低其振動值水平。
[0003]螺旋槳振動的原因是由于其質(zhì)心偏離旋轉(zhuǎn)中心造成的質(zhì)量不平衡以及螺旋槳各槳葉上氣動力不一致造成的氣動不平衡，這兩種不平衡均可通過螺旋槳動平衡操作進行抑制。在螺旋槳安裝到發(fā)動機上以后受發(fā)動機轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的影響，實際上最終測量到的振動是由螺旋槳動不平衡與發(fā)動機轉(zhuǎn)子動不平衡二者的合成。在這個由螺旋槳與發(fā)動機轉(zhuǎn)子組成的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，總質(zhì)量和偏心距等數(shù)據(jù)是無法測量的，所以工程上用振動值測試儀直接測量螺旋槳的實際振動值來進行動平衡配平。
[0004]振動值測試儀能夠根據(jù)測量出螺旋槳的振動值并計算出擬安裝配重的質(zhì)量m和安裝位置(輕點位置)。將擬安裝配重安裝在螺旋槳槳轂的輕點位置上以后，實際配平效果取決于這些配重的離心力f= Hico2r的大小。由于在不同型號的螺旋槳之間，配重安裝位置與螺旋槳旋轉(zhuǎn)中心之間的距離r是不同的，就是說相同質(zhì)量的配重片安裝在不同型號的螺旋槳上在特定轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的離心力f是不同的；反之亦可說在不同型號的螺旋槳上相同的振動值水平需要安裝的配重質(zhì)量m是不同的。正是由于無法事先掌握實際待配平螺旋槳上輕點與螺旋槳旋轉(zhuǎn)中心之間的距離r，振動值測試儀只能依靠其內(nèi)置的通用模型估算一個r，這就產(chǎn)生了計算誤差。
[0005]而對于輕點位置，雖然對于擬配平螺旋槳轉(zhuǎn)子系統(tǒng)來說輕點位置是確定的，但從總體統(tǒng)計的角度來講輕點位置是隨機的。對于一副擬配平的螺旋槳，其質(zhì)輕點可能位于360°范圍內(nèi)的任何點鐘位置，顯然在螺旋槳槳轂周緣上沿周向鉆出無限多個螺釘安裝孔來匹配配重的安裝是不可能的，實際上在螺旋槳槳轂上用來安裝配重片的標準安裝位置確實只有特定的幾個，這就導致實際輕點位置與槳轂上給出標準安裝位置能恰好重合的概率很小，如果直接將配重片安裝在最接近的標準安裝位置上，勢必出現(xiàn)安裝誤差。
[0006]振動值測試儀作為一種通用型儀器，不可能涵蓋所有型號螺旋槳的特征數(shù)據(jù)，更不可能先知先覺預(yù)測將來新生產(chǎn)螺旋槳的特征數(shù)據(jù)，所以計算誤差和安裝誤差的存在是不可避免的，這使得振動值測試儀只能采用“逐次逼近法”進行多次試配平，導致在實際工程實踐中采用傳統(tǒng)配平方法的實際效果存在很大的不確定性，往往只能是在振動值測試儀的指揮下不斷重復(fù)“測試-配平-再測試”的循環(huán)，費時費力，而且時常出現(xiàn)越配平振動值越大的反配平現(xiàn)象，配平難度大，對操作者的練程度和工作經(jīng)驗要求高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種質(zhì)心動態(tài)修正法進行飛機螺旋槳動平衡的方法，針對目前在工程上使用振動值測試儀按照傳統(tǒng)配平方法進行螺旋槳動平衡配平時實際效果存在不確定性的問題，在采用新方法進行飛機螺旋槳動平衡時可100%保證一次性配平成功，達到事半功倍的良好效果。
[0008]為了實現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的目的，本發(fā)明的一種質(zhì)心動態(tài)修正法進行飛機螺旋槳動平衡的方法，步驟如下:
(一)步驟一:用矢量分解的方法將擬安裝在任意位置的一個配重分解到兩個標準安裝位置上，減小安裝誤差；
本步驟是運用矢量合成與分解原理將擬安裝在輕點位置的一個配重分成兩個分配重分別安裝在螺旋槳槳轂上的兩個相鄰的標準安裝位置上，使這兩個分配重的合成效果相當于安裝在指定輕點位置上的擬安裝的原配重的配平效果；這樣解決了需要安裝配重的實際位置即輕點位置與槳轂上的能夠安裝配重的位置即標準安裝位置不一致的難題；實現(xiàn)方法如下:
1)將螺旋槳的兩槳葉水平放置，以槳轂正上方位置為基準參照點，逆時針按照鐘表表盤上點鐘位置的劃分方法依次劃出12個位置，即12個點鐘位置；則槳葉位于3、9點鐘位置，槳轂上能夠安裝配重片的標準位置位于2、4、8、10四個點鐘位置附近；分別設(shè)四個點鐘位置上固定螺釘孔位置為P2、P4> P8> Pio ；
2)測量出槳轂上2、4點鐘位置螺釘孔P2與P4之間的距離P2P4，測量出槳轂上2點鐘位置螺釘孔P2與螺旋槳旋轉(zhuǎn)中心O之間的距離OP2 ；
3)設(shè)螺旋槳旋轉(zhuǎn)中心O與線段P2P4之間的距離為0P，設(shè)OP2與OP4之間夾角ZP2OP4的 1/2 為 Z a,則根據(jù)三角關(guān)系計算出 Z a=arcsin ((P2P4/2) /OP2)，0P=0P2*cos (a)=0P2*cos (arcsin ((P2P4/2) /OP2));以Z a為基礎(chǔ)，計算出以豎直向上方向為起點、逆時針至Ρ2>Ρ4>Ρ8>Ριο各位置時的角度:
π /2-a= π /2-arctan ((P2P4/2) /OP)，該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到P2點時的角度值；
π /2+a= η /2+ arctan ((P2P4/2) /OP),該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到P4點的角度值；
π *3/2-a= n *3/2-arctan ((P2P4/2) /OP),該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到P8點的角度值；
π *3/2+a= n *3/2+arctan ((P2P4/2)/OP),該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到Piq點的角度值；
4)設(shè)Px為螺旋槳的輕點位置，設(shè)Vx為螺旋槳振動值水平；估計一個配平系數(shù)K，即平衡單位IPS (英寸/秒)振動值需要安裝的配重質(zhì)量，如設(shè)K=50g/IPS ；
5)使用vibrex2000型振動值測試儀對擬配平的螺旋槳進行第一次振動值測試；該型振動值測試儀采用“點鐘位置”來約定螺旋槳旋轉(zhuǎn)面上槳轂的周向位置；記錄測試儀輸出的“xxIPS@x:xx”信息,在這個信息中xxIPS表示螺旋槳的振動值水平，x:xx表示螺旋槳的重點在X:XX位置的半徑上(點鐘位置);則第一次測量得到的振動值水平Vx= xxIPS ;由于螺旋槳輕點位置與重點位置關(guān)于螺旋槳旋轉(zhuǎn)中心對稱，輕點所在半徑與重點所在半徑之間的夾角為180° ,則輕點的點鐘位置在Px=x:xx+6:00 ;上述的“點鐘位置”,是以槳轂正上方位置為基準參照點，逆時針按照鐘表表盤上點鐘位置的劃分方法依次劃出若干位置，不限于整數(shù)點鐘；
6)根據(jù)振動值水平Vx和估算的配平系數(shù)K，計算出需要安裝的總配重的質(zhì)量為M=K*VX；
7)將擬安裝在輕點位置Px的總配重M用矢量分解原理分解到與Px相鄰的兩個標準安裝螺釘孔位置上，得到兩個分配重；例如輕點位置Px在2:50，顯然在槳轂2:50點鐘位置上沒有可供安裝配重片的螺釘孔，采用矢量分解法將擬安裝在2:50的配重M分解為分別安裝在P2和P4兩個標準安裝螺釘孔位置上的兩個分配重，這就解決了擬安裝位置與可安裝位置不一致的問題；
實際安裝在槳轂上的配重包含兩顆固定螺釘和片數(shù)不等的配重片；配重片為彎月形勻質(zhì)薄片，在月牙兩端各鉆有一個固定螺釘孔，所以配重片的質(zhì)心并不在兩個固定螺釘孔的連線上。在槳轂上實際安裝后的配重的質(zhì)心位置與配重中配重片與固定螺釘?shù)馁|(zhì)量權(quán)重有關(guān)，配重片質(zhì)量權(quán)重越大則配重質(zhì)心偏離兩個固定螺釘孔連線越遠。用矢量分解法將總配重M分解為兩個分配重僅僅初步解決了安裝位置問題，安裝后由于分配重質(zhì)心偏離固定螺釘孔使這兩個分配重的合成效果并不完全相當于安裝在輕點位置Px上的原配重M，安裝誤差仍較大；為進一步減小安裝誤差需對分配重的質(zhì)心位置進行修正。
[0009](二)步驟二，用動態(tài)修正配重質(zhì)心位置的方法準確計算出擬安裝在兩個標準位置上的分配重質(zhì)量，提高計算準確度；
實際安裝在槳轂上的每個分配重均包含兩顆固定螺釘和片數(shù)不等的配重片；分配重安裝在槳轂上以后質(zhì)心位置偏離配重片兩顆固定螺釘連線，根據(jù)分配重中固定螺釘和配重片的質(zhì)量權(quán)重計算出分配重質(zhì)心偏離固定螺釘連線的距離，然后以槳轂上的標準安裝螺釘孔P2、P4、P8、P1(I為基準計算出分配重質(zhì)心偏移后的修正質(zhì)心位置，再將總配重M分解為修正質(zhì)心位置上的兩個修正分配重；得出修正分配重的質(zhì)量以后，再次根據(jù)修正分配重中配重片的質(zhì)量權(quán)重計算出修正分配重質(zhì)心偏離固定螺釘連線的距離，如此多次反復(fù)修正，使分配重的質(zhì)量逐漸逼近真實值；
質(zhì)量分布均勻的均質(zhì)薄片其質(zhì)心位置與形狀有關(guān)，所以分配重的質(zhì)心位置必定位于過兩顆固定螺釘連線中點的該兩顆固定螺釘連線的垂面上；所述的分配重是包含了配重片和固定螺釘兩個部分；總配重是根據(jù)振動值水平由式M=K*VX直接計算出來的總擬安裝配重。但是已有方法額總配重安裝后效果不好，因此才需要本專利的方法把這個總配重分解成兩個分配重進行安裝。
[0010]具體步驟如下:
1)測量出兩顆固定螺釘?shù)馁|(zhì)量md;這是由于改變分配重質(zhì)量是通過改變配重片的片數(shù)，在分配重中固定螺釘?shù)馁|(zhì)量是不變的；
2)配重片是勻質(zhì)薄片，用懸掛法測出一片配重片的質(zhì)心位置；在配重片上畫出兩螺釘孔的中心連線，測量出配重片質(zhì)心與兩螺釘孔中心連線之間的垂直距離d ;配重片和固定螺釘組成待安裝的配重后，設(shè)待安裝配重的質(zhì)心與固定螺釘孔連線之間的距離為L，則L= (d* (Mnd)) /M ；3)設(shè)分別安裝在P2、P4、P8、P1(I各位置的配重在第1、2、3……N次修正后的質(zhì)心位置分別為 P2N> P4N、P8N、P湖，則 P2P2N> P4P4N、P8P8N、P10P10N 是分別是安裝在 p2、p4、P8> P10 四個標準位置上的分配重的質(zhì)心偏離該位置固定螺釘孔的距離，該距離可根據(jù)每個分配重的質(zhì)量由式L= (d* (M-md)) /M 計算得出；
4)以豎直向上方向位置(即12:00位置)為起點、逆時針至P2N、P4N、P8N、Picin各位置時的角度分別為:
π /2- arctan ((P2P4/2+ P2 P2N) /OP)，該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到P2n點時的角度值；
π /2+arctan ((P2P4/2+ P4 P4N) /OP)，該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到P4n點的角
度值；
π *3/2-arctan ((P2P4/2+ P8 P8N) /OP)，該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到P8n點的角度值；
π *3/2+arctan ((P2P4/2+ P10 P10N) /OP)，該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到Piqn點的角度值；
5)將擬安裝在輕點位置Px的配重M用矢量分解原理分解到與Px相鄰的兩個修正質(zhì)心位置上，得到兩個分配重；例如輕點位置Px在2:50，將擬安裝在2:50的配重M分解為分別安裝在P2n和P4n兩個修正質(zhì)心位置上的兩個分配重，使計算出的分配重質(zhì)量更準確；
質(zhì)心動態(tài)修正是在前一次矢量分解得到分配重質(zhì)量的基礎(chǔ)上對分配重質(zhì)心位置進行的修正計算。多次重復(fù)“分解-修正-分解”的過程即可逐次逼近分配重質(zhì)量的真實值，使計算出的分配重質(zhì)量數(shù)據(jù)更加精確，當前后兩次的計算結(jié)果的誤差小于千分之一克時，即達到要求。在實際工程應(yīng)用中對配重片和固定螺釘?shù)姆Q重計算精度為十分之一克，而經(jīng)計算機計算分析和實際測試發(fā)現(xiàn)，本方法修正5次后計算結(jié)果的誤差已經(jīng)在百萬分之一克了，這對實際工程應(yīng)用而言已經(jīng)足夠。
[0011](三)步驟三，精確計算擬配平螺旋槳的配平系數(shù)K，使以后再對該型螺旋槳進行配平時不再采用估算的配平系數(shù)，使配平過程更快捷；
由步驟一可知振動值水平乘以修正系數(shù)K即可得到擬安裝的總配重的質(zhì)量，但在步驟一中采用的修正系數(shù)是估算的，在經(jīng)過步驟一的矢量分解、步驟二的質(zhì)心修正后，已經(jīng)能夠做到將擬安裝在任意位置的總配重分解成安裝在兩個標準安裝位置的分配重、且使這兩個分配重的合成效果完全相當于安裝在擬安裝位置的原配重，這就為精確計算出該型螺旋槳的配平系數(shù)K創(chuàng)造了條件。步驟如下:
1)設(shè)Pxl、Px2、Px3……Pxn為第η次測量得到的螺旋槳輕點位置，設(shè)Vxl、Vx2、Vx3……Vxn為第η次測量得到的螺旋槳振動值水平，設(shè)Mp M2' M3……Mn為第η次計算得到的擬安裝在輕點Pxn位置的總配重質(zhì)量；采用任一估計的配平系數(shù)K，例如令K=50g/IPS ；
2)將待配平螺旋槳槳轂上的所有配重片全部拆除，進行第一次振動值測量，記下振動值測試儀測出的螺旋槳輕點位置Pxl和振動值水平Vxl，計算出擬安裝在輕點Pxl位置的總配重質(zhì)量M1= K*Vxl ； 3)執(zhí)行步驟一的矢量分解和步驟二的質(zhì)心修正，精確實現(xiàn)“在Pxl位置安裝M1克配重”的配平效果；
4)再次進行振動值測量，記下振動值測試儀測出的螺旋槳輕點位置Px2和振動值水平Vx2 ;比較Px2和Pxl的差值，如果Px2和Pxl圓心角小于3:00即120度，例如Pxl=5:20，如果2:20<Px2<8:20,則說明配平不足，所取配平系數(shù)K仍不夠大，否則說明配平過度，所取配平系數(shù)K過大；對比Vx2和Vxl之間的差值，如果差值小于50%，說明配平效果不明顯，配平系數(shù)K取值不夠大，否則說明配平效果較明顯；如果同時Vx2接近0.2IPS的合格值說明配平系數(shù)K已接近目標值；可根據(jù)實際情況適當增加或者減少配平系數(shù)K的取值；
5)重復(fù)執(zhí)行步驟2)1)直至采用某個K值時可使Vxn達到合格標準即小于0.2IPS，此K值即為該型螺旋槳的配平系數(shù)。更優(yōu)選的，應(yīng)使Vxn達到小于0.1IPS，這樣可以達到更優(yōu)的配平效果，而且經(jīng)實際測試本方法也能夠達到更優(yōu)的配平效果，此時的K值才可作為該型螺旋槳的配平系數(shù)。
[0012]執(zhí)行以上步驟一、二、三后，獲得了適合待配平型號螺旋槳的配平系數(shù)，以后再進行該型號螺旋槳的動平衡配平時可以直接采用該配平系數(shù)執(zhí)行步驟一和步驟二進行矢量分解和質(zhì)心動態(tài)修正即可，不需再執(zhí)行步驟三。經(jīng)工程實踐測試證明該方法能夠一次性配平成功。
[0013]振動值測試儀，優(yōu)選由Chadwick Helmuth生產(chǎn)的vibrex 2000型振動值測試儀。
[0014]所用符號的含義定義如下:
P2、P4、P8、P1(I為槳轂2 、4、8、10點鐘四個標準安裝位置上的固定螺釘孔位置；
P2N> P4N> P8N、PiON為安裝在P2、P4> P8> Pio各位置的配重在第1、2、3……N次修正后的質(zhì)心位置；
P2P2N>P4P4N>P8P8N>PioPion為安裝在Ρ2、Ρ4、Ρ8、Ρ1(Ι四個標準位置上的分配重的質(zhì)心偏離該位置固定螺釘孔的距離；
d為配重片上配重片質(zhì)心與兩個安裝螺釘孔連線之間的距離；
IPS:單位為英寸/秒，為振動值參數(shù)的單位；
Px為輕點位置，由振動值測試儀的輸出數(shù)據(jù)“xxIPS@x:xx”中x:xx+6:00得到；
Vx為振動值數(shù)值，由振動值測試儀的輸出數(shù)據(jù)“xxIPS@x:xx”中“xxIPS”得到；
Pxl> Px2> Px3……Pm為第η次測量得到的螺旋槳輕點位置；
Vxl> Vx2, Vx3……Vxn為第η次測量得到的螺旋槳振動值水平
ΜρΜ2、Μ3……Mn為第η次計算得到的擬安裝在輕點Pxn位置的總配重質(zhì)量
K為配平系數(shù)，每IPS振動值需要的配重質(zhì)量，單位為g/IPS (克/IPS)。
[0015]md為兩顆固定螺釘?shù)馁|(zhì)量；
M為總配重的質(zhì)量；
在本技術(shù)方案中所用到公式推導過程如下:
以某兩葉螺旋槳為例，假設(shè)振動值測試儀要求將質(zhì)量為M的配重片安裝在4:30位置(0C方向)，因4:30位于4、8點鐘的標準安裝位置P4、P8之間，根據(jù)矢量分解原理，可將OC方向的配重力分解成P4位置(0A方向)、P8位置(0B方向)的兩個分配重，使這兩個分配重安裝后的合成效果等效于安裝在4:30位置(0C方向)的總配重M。步驟如下:
O矢量分解
根據(jù)已知條件和矢量分解的平行四邊形法則，可得:
在」OAC中，根據(jù)余弦定理，有
OA2 = AC2 + C02-2*AC*C0*C0S( Z AC0).................................(I)根據(jù)正弦定理，有 S」aqg=CO*OA*SIN ( Z COA) /2，
S」aoc=OA*AC*SIN ( Z OAC) /2，
可得 C0*0A*SIN( Z COA) = 0A*AC*SIN( Z OAC)........................(2)
由式(I)、式(2)可得
OA2 = CO2* (SIN2 ( Z COA)/ SIN2 ( Z 0AC)+1-2* SIN ( Z C0A) *⑶S ( Z ACO)/
SIN( Z OAC)).............................................(3)
在」CBO中根據(jù)余弦定理，有Z AOC、Z COB、Z OAC
OB2 = BC2 + C02-2*BC*C0*C0S ( Z BC0)....................................(4)
根據(jù)正弦定理，有 S』cbq=C0*0B*SIN( Z COB) /2，
S」cbq=0B*BC*SIN( Z OBC) /2，
可得 C0*0B*SIN( Z COB) = OB氺BOSIN( Z OBC)...........................(5)
由式(4)、式(5)可得
OB2 = CO2* (SIN2 ( Z COB) / SIN2 ( Z OBC)+卜2* SIN ( Z COB) *C0S ( Z BCO)/
SIN( Z OBC)................................................(6)
由于 Z AOC 竺 ^ BCO,可得廣 COB= Z ACO, Z BCO= Z AOC= Z COA,Z OBC= Z CAO= Z 0AC，代入式(3)和式(6)可得:
OA2 = CO2* (SIN2 ( Z AOC)/ SIN2 ( Z OAC)+1-2* SIN ( Z AOC) *⑶S ( Z COB)/
SIN( Z OAC)).............................................(7)
OB2 = CO2* (SIN2 ( Z COB) / SIN2 ( Z OAC)+卜2* SIN( Z COB) *C0S ( Z AOC)/
SIN( Z OAC)).............................................(8)
分別由式(7)和式(8)就可以將擬安裝在4:30位置的總配重M按照矢量分解原理分解為安裝在P4、P8兩個標準安裝位置上的分配重。
[0016]2)參數(shù)確定
在式(7)和式(8)中，對Z A0C、Z COB、Z OAC三個角的值按如下步驟進行確定:
a)計算以12:00為參照的4:30位置的角度位置為:4*η /6+30* η /360= η *3/4 ；
b)第一次分解計算時ZA0C、Z COB、Z OAC三個角的值分別為:
Z AOC= π *3/4- π /2- arctan ((P2P4/2) /OP) = π /4- arctan ((P2P4/2) /OP)
Z COB= π *3/2- arctan ((P2P4/2) /OP) - π *3/4= π *3/4- arctan ((P2P4/2) /OP)
Z OAC= π - Z AOC- Z C0B=2* arctan ((P2P4/2) /OP)
3)第二次及以上修正分解計算時Z A0C, Z COB, Z OAC三個角的值分別為:
廣 AOC= Ti *3/4- π /2-arctan ((P2P4/2+ P4 P4N) /OP) = π /4-arctan ((P2P4/2+ P4 Ρ4Ν) /OP)廣 COB= τι *3/2-arctan ((P2P4/2+ P8 P8N) /OP) - π *3/4= π *3/4-arctan ((P2P4/2+ P8Ρ8Ν)/0Ρ)
Z OAC= 31 - Z AOC- Z COB= arctan ((P2P4/2+ P4 P4N) /OP) +arctan ((P2P4/2+ P8 P8N) /OP)
通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果:
本發(fā)明采用了質(zhì)心動態(tài)修正的矢量分解法進行飛機螺旋槳動平衡，執(zhí)行完本發(fā)明的所有步驟、測出該型螺旋槳的配平系數(shù)以后，如再需要進行該型號螺旋槳的動平衡配平，可以根據(jù)測出的振動值數(shù)值直接使用該配平系數(shù)計算出所需配重的質(zhì)量，再運用本發(fā)明步驟一和步驟二進行精確分解和計算后，按照計算結(jié)果將配重安裝在指定的標準點鐘位置，即可保證一次性配平成功。特別是采用計算機計算技術(shù)后，人工所做的只是測量待配平螺旋槳的振動值數(shù)據(jù)和按照計算機計算結(jié)果將配重安裝在槳轂上，簡單方便，完全不依賴于操作者的熟練程度和工作經(jīng)驗；而且配平效果確切可靠。
[0017]術(shù)語定義
1.點鐘位置
本發(fā)明所指之點鐘位置，是對螺旋槳槳轂上沿槳轂周緣上的相對位置進行的約定。定義為:面向螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面，以螺旋槳旋轉(zhuǎn)中心為中心，約定豎直向上方向為12點鐘(或O點鐘)，然后以此為起點沿逆時針方向按鐘表表盤上點鐘刻度的方法每30°依次定義為1,2, 3,-11點鐘，不足30°的以“分”表示，如圖1。這樣“X:XX”的時間格式數(shù)據(jù)就表達了一個特定的半徑方向，這個方向是從豎直向上方向開始沿逆時針旋轉(zhuǎn)(x*30+xx*0.5) °角得到的。半徑方向確定后圓周上也即槳轂周緣上的相對位置就確定了。
[0018]2.重點和輕點
本發(fā)明所指之螺旋槳重點，是將螺旋槳與發(fā)動機轉(zhuǎn)子組成的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在高速旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的振動等效成螺旋槳的質(zhì)心偏離旋轉(zhuǎn)中心所產(chǎn)生的振動，在這個前提下在螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面上以螺旋槳的旋轉(zhuǎn)中心為中心、以螺旋槳槳轂周緣所在的圓周上，定義螺旋槳重點就是螺旋槳等效質(zhì)心所在半徑與圓周的交點，所以螺旋槳重點并不一定是螺旋槳質(zhì)點；相對螺旋槳重點，輕點就是圓周上與重點呈180°對稱的點。
[0019]由于螺旋槳重點和輕點均在槳轂周緣所在的圓周上，所以只需要重點和輕點所在半徑的方向就可以描述重點和輕點的位置。對重點和輕點位置的描述以“X:XX”的點鐘位置來表示。振動值測試儀對振動值進行測試后輸出的數(shù)據(jù)格式為“xxIPS@x:xx”，其中xxIPS是測出的振動值水平，x:xx為重點的點鐘位置，則輕點位于x:xx+6:00位置。
[0020]3.動平衡配平
在螺旋槳輕點位置安裝合適質(zhì)量的配重使螺旋槳的等效質(zhì)心回到螺旋槳旋轉(zhuǎn)中心上。動平衡配平不可能將振動值降低至零，工程上以小于0.2IPS (英寸/秒)為合格。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)螺旋槳槳轂周緣上點鐘位置的分布。
[0022]圖2為均質(zhì)薄片的配重片上安裝螺釘孔的位置和配重片質(zhì)心的位置以及質(zhì)心與兩螺釘孔連線之間的距離示意；
圖3為某型兩葉螺旋槳槳轂上可安裝配重片的2、4、8、10四個標準點鐘位置P2、P4、P8、P10示意和進行螺旋槳槳轂特征數(shù)據(jù)測量的方法；
圖4到圖6分別為配重片在槳轂上的實際安裝和配重質(zhì)心修正方法示意圖的左視圖、正視圖、右視圖。
[0023]圖中，L4、L 8表示分配重質(zhì)心偏離其兩固定螺釘孔連線的距離。
[0024]圖7為將任意非標準安裝位置的配重力進行分解的矢量分解方法。
【具體實施方式】[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本專利進一步解釋說明。但本專利的保護范圍不限于具體的實施方式。
[0026]振動值測試儀測量后給出的振動值信息為“XXIPS@X:XX”，這包含了振動值大小和重點位置信息，其中xxIPS是測出的振動值水平，χ:χχ為重點的點鐘位置，則輕點位于χ:ΧΧ+6:00位置。由于測試儀計算后給出的輕點位置是實際的輕點位置，這個位置往往不是槳轂上的標準點鐘位置，所以在該位置沒有螺釘孔無法安裝配重。在采用傳統(tǒng)方法進行動平衡配平時只能是把配重安裝在最接近的標準點鐘位置，這就帶來了較大的安裝位置誤差。
[0027]振動值測試儀依據(jù)關(guān)于應(yīng)安裝配重質(zhì)量的計算是以其內(nèi)置的配平模型作為計算依據(jù)的，這個的配平模型與實際待配平螺旋槳的特征數(shù)據(jù)差異較大，導致測試儀計算出的擬安裝配重質(zhì)量很不準確，導致配平困難。
[0028]本發(fā)明通過獲取更準確配平系數(shù)、矢量分解和配重質(zhì)心動態(tài)修正三種方法解決了傳統(tǒng)方法所存在的振動值測試儀在配重安裝位置計算和配重質(zhì)量計算等環(huán)節(jié)所存在的誤差大、以及“逐次逼近”配平理念所帶來多種困難。
[0029]本實施例所使用的某型螺旋槳振動值測試儀對振動值水平的劃分如下:
【權(quán)利要求】
1.一種質(zhì)心動態(tài)修正法進行飛機螺旋槳動平衡的方法，其特征是:步驟如下: (一)步驟一:用矢量分解的方法將擬安裝在任意位置的一個配重分解到兩個標準安裝位置上，減小安裝誤差； 本步驟是運用矢量合成與分解原理將擬安裝在輕點位置的一個配重分成兩個分配重分別安裝在螺旋槳槳轂上的兩個相鄰的標準安裝位置上，使這兩個分配重的合成效果相當于安裝在指定輕點位置上的擬安裝的原配重的配平效果；這樣解決了需要安裝配重的實際位置即輕點位置與槳轂上的能夠安裝配重的位置即標準安裝位置不一致的難題；實現(xiàn)方法如下: 1)將螺旋槳的兩槳葉水平放置，以槳轂正上方位置為基準參照點，逆時針按照鐘表表盤上點鐘位置的劃分方法依次劃出12個位置，即12個點鐘位置；則槳葉位于3、9點鐘位置，槳轂上能夠安裝配重片的標準位置位于2、4、8、10四個點鐘位置附近；分別設(shè)四個點鐘位置上固定螺釘孔位置為P2、P4> P8> Pio ； 2)測量出槳轂上2、4點鐘位置螺釘孔P2與P4之間的距離P2P4，測量出槳轂上2點鐘位置螺釘孔P2與螺旋槳旋轉(zhuǎn)中心O之間的距離OP2 ； 3)設(shè)螺旋槳旋轉(zhuǎn)中心O與線段P2P4之間的距離為0P，設(shè)OP2與OP4之間夾角ZP2OP4的 1/2 為 Z a,則根據(jù)三角關(guān)系計算出 Z a=arcsin ((P2P4/2) /OP2)，0P=0P2*cos (a)=0P2*cos (arcsin ((P2P4/2) /OP2));以Z a為基礎(chǔ)，計算出以豎直向上方向為起點、逆時針至Ρ2>Ρ4>Ρ8>Ριο各位置時的角度: π /2-a= π /2-arctan ((P2P4/2) /OP)，該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到P2點時的角度值； π /2+a= η /2+ arctan ((P2P4/2) /OP),該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到P4點的角度值； π *3/2-a= n *3/2-arctan ((P2P4/2) /OP),該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到P8點的角度值； π *3/2+a= n *3/2+arctan ((P2P4/2)/OP),該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到Piq點的角度值； 4)設(shè)Px為螺旋槳的輕點位置，設(shè)Vx為螺旋槳振動值水平；估計一個配平系數(shù)K，即平衡單位IPS (英寸/秒)振動值需要安裝的配重質(zhì)量，如設(shè)K=50g/IPS ； 5)使用vibrex2000型振動值測試儀對擬配平的螺旋槳進行第一次振動值測試；該型振動值測試儀采用“點鐘位置”來約定螺旋槳旋轉(zhuǎn)面上槳轂的周向位置；記錄測試儀輸出的“xxIPS@x:xx”信息,在這個信息中xxIPS表示螺旋槳的振動值水平，x:xx表示螺旋槳的重點在X:XX位置的半徑上的點鐘位置；則第一次測量得到的振動值水平Vx= xxIPS ;由于螺旋槳輕點位置與重點位置關(guān)于螺旋槳旋轉(zhuǎn)中心對稱，輕點所在半徑與重點所在半徑之間的夾角為180。，則輕點的點鐘位置在？!￡=1^1+6:00 ； 6)根據(jù)振動值水平Vx和估算的配平系數(shù)K，計算出需要安裝的總配重的質(zhì)量為M=K*VX； 7)將擬安裝在輕點位置Px的總配重M用矢量分解原理分解到與Px相鄰的兩個標準安裝螺釘孔位置上，得到兩個分配重； (二)步驟二，用動態(tài)修正配重質(zhì)心位置的方法準確計算出擬安裝在兩個標準位置上的分配重質(zhì)量，提高計算準確度； 具體步驟如下: 1)測量出兩顆固定螺釘?shù)馁|(zhì)量md; 2)配重片是勻質(zhì)薄片，用懸掛法測出一片配重片的質(zhì)心位置；在配重片上畫出兩螺釘孔的中心連線，測量出配重片質(zhì)心與兩螺釘孔中心連線之間的垂直距離d ;配重片和固定螺釘組成待安裝的配重后，設(shè)待安裝配重的質(zhì)心與固定螺釘孔連線之間的距離為L，則L= (d* (Mnd)) /M ； 3)設(shè)分別安裝在P2、P4、P8、P1(I各位置的配重在第1、2、3……N次修正后的質(zhì)心位置分別為 P2N> P4N、P8N、P湖，則 P2P2N> P4P4N、P8P8N、P10P10N 是分別是安裝在 p2、p4、P8> P10 四個標準位置上的分配重的質(zhì)心偏離該位置固定螺釘孔的距離，該距離可根據(jù)每個分配重的質(zhì)量由式L= (d* (M-md)) /M 計算得出； 4)以豎直向上方向位置(即12:00位置)為起點、逆時針至P2N、P4N、P8N、Picin各位置時的角度分別為: π /2- arctan ((P2P4/2+ P2 P2N) /OP)，該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到P2n點時的角度值； π /2+arctan ((P2P4/2+ P4 P4N) /OP)，該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到P4n點的角度值； π *3/2-arctan ((P2P4/2+ P8 P8N) /OP)，該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到P8n點的角度值； π *3/2+arctan ((P2P4/2+ P10 P10N) /OP)，該計算結(jié)果為由起始位置逆時針旋轉(zhuǎn)到Piqn點的角度值； 5)將擬安裝在輕點位置Px的配重M用矢量分解原理分解到與Px相鄰的兩個修正質(zhì)心位置上，得到兩個分配重； 多次重復(fù)“分解-修正-分解”的過程即可逐次逼近分配重質(zhì)量的真實值，使計算出的分配重質(zhì)量數(shù)據(jù)更加精確，當前后兩次的計算結(jié)果的誤差小于千分之一克時，即達到要求； (三)步驟三，精確計算擬配平螺旋槳的配平系數(shù)K，使以后再對該型螺旋槳進行配平時不再采用估算的配平系數(shù)，使配平過程更快捷； 步驟如下: 1)設(shè)Pxl、Px2、Px3……Pxn為第η次測量得到的螺旋槳輕點位置，設(shè)Vxl、Vx2、Vx3……Vxn為第η次測量得到的螺旋槳振動值水平，設(shè)Mp M2' M3……Mn為第η次計算得到的擬安裝在輕點Pxn位置的總配重質(zhì)量；采用任一估計的配平系數(shù)K ； 2)將待配平螺旋槳槳轂上的所有配重片全部拆除，進行第一次振動值測量，記下振動值測試儀測出的螺旋槳輕點位置Pxl和振動值水平Vxl，計算出擬安裝在輕點Pxl位置的總配重質(zhì)量M1= K*Vxl ； 3)執(zhí)行步驟一的矢量分解和步驟二的質(zhì)心修正，精確實現(xiàn)“在Pxl位置安裝M1克配重”的配平效果； 4)再次進行振動值測量，記下振動值測試儀測出的螺旋槳輕點位置Px2和振動值水平Vx2 ;比較Px2和Pxl的差值，如果Px2和Pxl圓心角小于3:00即120度，則說明配平不足，所取配平系數(shù)K仍不夠大，否則說明配平過度，所取配平系數(shù)K過大；對比Vx2和Vxl之間的差值，如果差值小于50%，說明配平效果不明顯，配平系數(shù)K取值不夠大，否則說明配平效果較明顯；如果同時Vx2接近0.2IPS的合格值說明配平系數(shù)K已接近目標值；可根據(jù)實際情況適當增加或者減少配平系數(shù)K的取值； 5)重復(fù)執(zhí)行步驟2) ^4)直至采用某個K值時可使Vxn達到合格標準即小于0.2IPS，此K值即為該型螺旋槳的配平系數(shù)； 執(zhí)行以上步驟一、二、三后，獲得了適合待配平型號螺旋槳的配平系數(shù)，以后再進行該型號螺旋槳的動平衡配平時可以直接采用該配平系數(shù)執(zhí)行步驟一和步驟二進行矢量分解和質(zhì)心動態(tài)修正即可，不需再執(zhí)行步驟三。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)心動態(tài)修正法進行飛機螺旋槳動平衡的方法，其特征是:采用精確的配平系數(shù)K直接根據(jù)式M=K*VX計算出擬安裝的總配重質(zhì)量；采用質(zhì)心動態(tài)修正法精確計算出兩個分配重的準確質(zhì)心位置；采用矢量分解法將原安裝在一個位置上的一個配重分解為現(xiàn)安裝在兩個位置上的兩個分配重。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)心動態(tài)修正法進行飛機螺旋槳動平衡的方法，其特征是:所述的振動值測試儀為由Chadwick Helmuth生產(chǎn)的vibrex 2000型振動值測試儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)心動態(tài)修正法進行飛機螺旋槳動平衡的方法，其特征是:所述的“點鐘 位置”，是以槳轂正上方位置為基準參照點，逆時針按照鐘表表盤上點鐘位置的劃分方法依次劃出12個位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)心動態(tài)修正法進行飛機螺旋槳動平衡的方法，其特征是:所述的Vxn小于0.1 IPS。
【文檔編號】G01M1/38GK104019943SQ201410310793
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】孟現(xiàn)召, 張洪濤, 郭躍進, 張紹群, 蔣平清, 唐曉波 申請人:中國民用航空飛行學院