一种直升机晃动问题的分析方法

技术领域

本专利涉及航空器动力学领域，涉及一种解决直升机晃动问题的分析方法。

背景技术

直升机试验试飞过程中，经常暴露复杂的振动/晃动/抖动/颠簸等问题，这些问题除常规的NΩ振动问题外，往往与总体气动、旋翼系统、操纵系统、飞控系统、动力传动系统等交联，或是多个系统之间相互耦合后产生的复杂动力学问题。为解决该类问题，需要准确的飞参测试数据进行问题定位。

目前直升机在飞行过程中，经常存在“晃动”的振动现象。直升机的“晃动”不同于常规的周期激励，由于该类现象出现的随机性，且无明显的规律性，与一个或多个因素相关联。飞行员的体感描述往往存在较大的主观性，以往解决该类问题，由于分析和验证手段的局限性，目前国内在直升机试飞中无有效的手段来分析该问题，导致直升机出现晃动的振动问题时很难进行分析和处理。

发明内容

本发明的目的：提出了一种直升机“晃动”问题的分析方法。本发明建立晃动现象与飞参“角速率”信号反应出来数据特征之间对应关系，该关系能相对客观的快速反映出机组人员的主观感受，为分析、定位和解决直升机的晃动现象提供有效的手段。

本发明的技术方案：一种直升机晃动问题的分析方法，通过飞参测试数据对飞行员感受的“晃动”振动现象进行状态定位；根据定位的状态，及以往型号问题的处理经验，对横滚角速率和振动数据进行数据特征分析，从而建立飞行员主观感受与客观数据特征对应关系。

前述的直升机晃动问题的分析方法中，振动数据的数据特征分析具体为，根据定位的状态，对相应状态的振动数据进行时频分析。

前述的直升机晃动问题的分析方法中，时频分析的过程如下：采用短时傅立叶变换对振动数据进行时频分析，并绘制时频图，分析数据特征。

前述的直升机晃动问题的分析方法中，时频分析的过程如下：时频分析前，对振动数据在各频段下进行带通滤波。

前述的直升机晃动问题的分析方法中，“晃动”振动现象的状态定位具体为：当飞行员反映出现“晃动”振动现象时，需要通过飞参测试数据确定“晃动”异常状态，通过飞参测试数据对飞行员所描述的“晃动”状态进行定位。

前述的直升机晃动问题的分析方法中，飞参测试数据包括直升机飞行状态参数，等直升机姿态参数和直升机操纵量参数中的一个或几个。

前述的直升机晃动问题的分析方法中，直升机飞行状态参数包括速度、压力高度、升降率、过载；直升机姿态参数包括俯仰角、滚转角、侧滑角、角速率；直升机操纵量参数包括可以为总距、周期变距等直升机操纵量参数。

前述的直升机晃动问题的分析方法中，横滚角速率的数据特征分析具体如下：根据定位的状态，观察横滚角速率波动情况，统计每秒波动次数。

本发明的有益效果：本发明提出了一种直升机“晃动”问题快速定位方法，主要发现为直升机“晃动”振动现象与飞参信号“角速率”存在同步关系，本发明基于直升机的“晃动”振动现象为直升机低阶模态下响应，提出飞参“角速率”信号反应出来数据特征与飞行员感受到的“晃动”振动特征一致，形成一种直升机晃动问题的分析方法，可以作为分析、定位和解决低频振动问题的有效手段。

本发明从观察飞参“角速率”信号角度出发解决“晃动”的振动问题，结合以往出现的振动/晃动/抖动等振动问题，通过关键参数来逐步聚焦数据特征及原因，实际处理中通过关键参数来快速判断哪些因素对振动问题有贡献，形成常见“晃动”问题处理流程，以便于快速定位及解决“晃动”问题，是处理“晃动”问题的重要依据，实现问题的快速定位，并快速制定排查和验证方案，指导外场问题快速处理是十分必要的具有重要意义。

本发明提出飞参信号“角速率”能准确定位该类“晃动”振动现象，建立晃动现象与飞参“角速率”信号反应出来数据特征之间对应关系，形成一种解决直升机晃动问题的分析方法。利用该方法准确定位了直升机“晃动”振动的现象和机理，形成了解决直升机“晃动”振动现象的分析方法，相对客观的快速反映出机组人员的主观感受，为分析、定位和解决直升机的晃动现象提供有效的手段。通过对某型机试飞中的俯冲拉起“晃动”问题的实例分析，验证该方法对晃动问题分析的适用性和有效性，可作为消除“晃动”现象的有效分析手段及应用其它型号的解决“晃动”问题的普适化的方法。

附图说明

图1是本发明的一种直升机晃动问题的分析方法的流程图；

图2是飞参法向过载在某一俯冲拉起过程变化；

图3是横滚角速率；

图4是右驾驶员座椅地板Y时域曲线(俯冲拉起状态)；

图5是右驾驶员座椅地板Y时频曲线(0.5Hz-21.5Hz)；

图6是右驾驶员座椅地板Y时频曲线(5Hz-7Hz)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1。为证明本发明的适用性和有效性，应用本发明对某型机飞行员反映俯冲拉起试飞状态出现的“晃动”振动问题进行分析。流程参见图1，具体实施方式如下：

S1：在俯冲拉起时，飞行员反映出现“晃动”振动现象，过载达到2g时“晃动”明显，过载恢复后，整体振动恢复至正常水平。通过飞参测试数据中法向过载确定出现“晃动”现象的俯冲拉起状态，如图2所示。

S2：根据以往型号问题的处理经验，“晃动”现象可以通过横滚角速率反映出来，参见图3。根据步骤S1定位的俯冲拉起状态，以角速率作为参数，观察横滚角速率波动情况，统计每秒波动次数为1-2次。过载幅值达到峰值时，横滚角速率波动情况与飞行员反映的规律一致，建立了飞参测试数据中的“角速率”与飞行员主观感受的对应关系，能够客观的描述直升机的“晃动”振动现象。

S3：根据以往型号问题的处理经验，“晃动”现象也可以通过驾驶员侧向振动数据反映出来。根据步骤S1定位的俯冲拉起状态，右驾驶员座椅地板的时域曲线如图4所示,对相应状态的振动数据进行以下分析:

[a]采用通用滤波程序，对驾驶员处侧向振动数据进行不同频段带通滤波。

[b]时频分析

采用短时傅立叶变换(STFT)对带通滤波后的右驾驶员座椅地板侧向振动数据进行时频分析，在出现“晃动”振动现象过程，驾驶员处侧向振动均存在增大的现象，振动幅值分布明显大于其他状态，主旋翼5Ω(21.5Hz)振动幅值增大明显，由正常的0.1g增大至0.5g，同时在5-7Hz频段存在相对明显的增大。在俯冲拉起过程中，振动幅值达到峰值时与过载最大点相对应，能够直观的呈现出来的振动水平与飞行员主观感受是一致的；以右驾驶员座椅地板时频曲线如图5和图6所示。

S4:根据步骤S2和S3数据特征进行分析，横滚角速率(幅度±4°/s)及中存在约1Hz的周期波动信号，表明横向姿态的短周期响应比较明显，直升机横向姿态短周期波动，是机组人员感受到侧向晃动现象的主要贡献之一；同时振动数据在5-7Hz频段存在相对明显的增大，即俯冲拉起过程中激起了机体侧向一阶模态的响应增大及衰减过程是机组人员感受到侧向晃动现象的主要贡献之一；在主旋翼5Ω(21.5Hz)及侧向一阶模态响应增大及衰减过程，是机组人员感受到侧向晃动现象的又一个主要贡献之一。

实施例2。通过飞参测试数据对飞行员感受的“晃动”振动现象进行状态定位，根据以往型号问题的处理经验，对横滚角速率和振动数据进行数据特征分析，从而建立飞行员主观感受与客观数据特征对应关系，流程参加图1。

[1]通过飞参测试数据确定“晃动”状态

当飞行员反映出现“晃动”振动现象时，需要通过飞参测试数据确定“晃动”异常状态，通过飞参测试数据对飞行员所描述的“晃动”状态进行定位。飞参测试数据可以为速度、压力高度、升降率、过载等直升机飞行状态参数，可以为俯仰角、滚转角、侧滑角、角速率等直升机姿态参数，可以为总距、周期变距等直升机操纵量参数，还可以为若干参数的组合。

[2]通过飞参“横滚角速率”分析“晃动”现象

根据以往型号问题的处理经验，“晃动”现象可以通过横滚角速率反映出来。根据步骤[1]定位的状态，观察横滚角速率波动情况，统计每秒波动次数。

[3]通过振动数据分析“晃动”现象

根据以往型号问题的处理经验，“晃动”现象也可以通过驾驶员侧向振动数据反映出来。根据步骤[1]定位的状态，对相应状态的数据进行以下分析:

[a]采用通用滤波程序，对选定的振动数据进行不同频段带通滤波。

[b]时频分析

采用短时傅立叶变换(STFT)对带通滤波后的振动数据进行时频分析，并绘制时频图，分析数据特征。

[4]原因定位分析

根据步骤[2]和[3]数据特征，找到飞行员反映的“晃动”振动现象与客观数据的对应关系，实现原因定位分析。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。