歷史上,有這樣一則故事:19世紀初,法國拿破侖的軍隊在通過鐵鏈懸橋時,士兵們采取“齊步走”方式前進,導致懸橋劇烈振動、鐵鏈斷裂,士兵們紛紛落水,傷亡慘重。事后,科學家研究發現,這場悲劇是由共振現象引起的。
共振現象,在直升機著陸階段同樣也會出現。2012年2月,巴西一架AS350B救援直升機在帕拉州著陸時,由于機身振幅過大發生斷裂事故。
那么,直升機機身為什么會發生斷裂事故?原來當旋翼旋轉時,受到外部強風等因素影響,槳葉會繞垂直鉸做前后搖擺運動。如果起落架或機身的振動頻率和旋翼擺動頻率相近,直升機上各個部件就會“齊步走”,從而發生共振現象。這個過程就像微風吹樹葉,幾片樹葉的震動能帶動起樹林的搖動,如果振幅過大,樹葉就會脫離枝干,飄落下來。
其實,飛行員破解直升機地面共振難題的操作方法很簡單——果斷拉起總距桿起飛或者將總距壓到底實施緊急剎車。但共振現象的發生毫無征兆,且振幅增幅極快,短短幾秒鐘就可以出現槳葉折斷、輪胎破裂、機身翻倒等嚴重事故。這對飛行員的心理素質和反應能力是極大考驗。為了減輕直升機飛行員降落時的精神壓力,直升機設計人員想出了3種妙招,預防直升機地面共振現象的發生。
妙招一:“一個巴掌”拍不響。在直升機設計過程中,頻率規避法是最常用的預防直升機地面共振方法。在設計直升機旋翼和起落架的結構形狀時,設計人員會避免旋翼和起落架的振動頻率過于接近,從而確保直升機著陸時旋翼與起落架不會同頻共振。
妙招二:千里之行始于“足下”。起落架阻尼減震系統,就像給直升機穿上一雙“減震鞋”,通過阻滯或消耗機身的側向晃動來防止共振現象發生。直升機的起落架設計不同,阻尼減震的方式也不同。滑橇式起落架可以通過調整剛度的方式增加阻尼,錯開共振頻率,降低共振現象的發生概率。相比之下,輪式起落架設置有像“減震氣墊”一樣的緩沖機構,可以吸收大部分由起落架振動而產生的能量,從而降低振動頻率,預防共振現象發生。
妙招三:槳葉末端裝“緊箍”?!熬o箍”就是旋翼槳葉和槳轂連接處設置的擺振阻尼器。設計人員通過這個“緊箍”來阻滯直升機前后槳葉的擺動,從而限制槳葉的擺動幅度,確保槳葉擺動的范圍安全可控。目前,直升機螺旋槳系統安裝有彈簧和液壓兩種阻尼器,別看這兩種槳葉上的“緊箍”還沒有拳頭大,但能確保整架直升機平穩降落,堪稱直升機安全飛行的“守護神”。劉任豐 段東升
上圖:安裝有擺動減震器的旋翼槳轂。資料照片
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