配平开关对飞机振动环境的适应性分析报告

雷彦军

中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西西安 710089

摘要：对配平开关结构进行介绍，对飞机、配平开关、驾驶盘振动模态进行仿真分析对比， 对配平开关和驾驶盘提出振动试验要求并进行试验验证，证明配平开关能够适应飞机振动环境。

关键词：配平开关；振动；适应性

飞机配平系统能够有效降低驾驶员负担、改善飞机操纵品质，并与飞机的安全性息息相关^[1]。配平开关安装于驾驶盘上，为飞机配平系统的操纵器件，由驾驶员通过配平开关发出电气指令，通过配平系统实现配平功能。配平开关应能适应飞机的振动环境，否则可能存在因飞机振动引起的配平开关异常接通问题，影响飞机飞行安全。

0 配平开关结构

配平开关为双刀三位置（中立及两侧）双推钮手动开关，见图1。产品内有2组结构相同的触点、弹簧片实现双刀双掷功能，2组开关机构中间有隔板，相互独立，可视为两个独立的开关安装在同一个腔体内。将1个推钮从中立位置扳到一侧边位置时，对应1组结构的中间弹簧片（动弹簧片）受力，向一侧边位置产生弹性变形，使动弹簧片的触点接触到两侧静弹簧片的触点，导通电路，同时推钮中的弹簧受到钢球压缩储能。释放扳动后，推钮在弹簧作用下回中，触点分离，电路恢复常开状态，内部结构及动作示意如图1所示。当双推钮同时向一边扳动时，开关才能实现接通功能。

图1 配平开关

1 飞机振动环境分析

依据飞机全机地面振动模态试验，机身固有模态频率分布在3Hz～17Hz，驾驶舱固有模态频率分布在47Hz～52Hz，机身及驾驶舱模态频率见表1。

表1 驾驶舱及机身模态频率

配平开关安装于驾驶盘上，驾驶盘振动试验量值按照《军用装备实验室环境试验方法 第16部分：振动试验》（GJB150.16A-2009）中喷气式飞机振动环境进行计算^[2]。驾驶盘功能振动试验量值W0为0.0122g /Hz，W1为0.04g /Hz；耐久振动试验量值W0为0.0195g /Hz，W1为0.064g /Hz。

2 配平开关对飞机振动环境适应性分析

2.1 模态频率分析

根据驾驶盘三维数模和材料，建立驾驶盘有限元模型，对驾驶盘模态频率进行分析计算，理论计算结果为：驾驶盘第一阶模态频率为333.11Hz，见图2。

图3 驾驶盘第一阶模态

由配平开关结构可知，开关振动适应性分析主要考虑开关内部弹簧片对振动环境的适应性，因此对弹簧片模态频率进行分析。根据弹簧片三维数模和材料，建立有限元模型，理论计算结果为：静弹簧片第一阶模态频率为874.63Hz，动弹簧片第一阶模态频率为649.75Hz，见图4、图5。

由理论计算结果可知，驾驶盘固有模态频率（333.11Hz）和配平开关弹簧片固有模态频率（874.63Hz，649.75Hz）远离机身固有模态频率（3Hz～17Hz）和驾驶舱固有模态频率（47Hz～52Hz），驾驶盘、配平开关、飞机之间不会产生共振。

图4 静弹簧片第一阶模态频率

图5 动弹簧片第一阶模态频率

2.2 试验验证

配平开关按照开关规范中要求，进行开关振动试验。振动试验条件为：10Hz～55Hz，0.06Da（双向振幅1.524mm），该指标取自MIL-STD-202的低频振动试验方法，是对开关振动的试验要求^[3]。试验合格。

配平开关按照GJB360B-2009《电子及电气元件试验方法》进行10Hz～2000Hz振动摸底试验，试验条件为表2中的条件C。试验过程中，采用了指示灯、示波器同时监测开关通断情况，试验合格。

配平开关装于驾驶盘上，因此要求驾驶盘进行振动试验。按照第2节给出的振动量值，每轴向先进行30min功能振动，再进行4h耐久振动，最后再进行30min功能振动，功能振动期间对开关信号进行监测，试验合格。

表2 振动试验条件^[4]

3 小结

根据飞机、驾驶盘和开关的振动特性，开关弹簧片、驾驶盘和驾驶舱的固有振动模态频率相差较大，不会发生共振。

驾驶盘和配平开关按规定的试验方法，进行了10Hz～2000Hz的振动试验，试验振动频率涵盖了驾驶舱、驾驶盘及开关的模态频率，振动试验结果表明，开关功能正常，试验合格。

综上分析可得，配平开关能满足飞机振动环境使用要求。

恭考文献

[1]吴海荣，刘仁志-飞机配平系统研究[J]飞机设计，2019，39（2）：29-31.

[2]《军用装备实验室环境试验方法 第16部分:振动试验》GJB150_16A-2009

[3]《DEPARIMENT OF DEFENSE TEST METHOD STANDARD FLECTRONIC AND ELECTRICAL

COMPONENTPARTS》ML-STD-202

4. 《电子及电气元件试验方法》GJB360B-2009

作者简介：雷彦军，男，汉族，陕西渭南市，中航西安飞机工业集团股份有限公司，学士，高工，研究方向：飞控