[科普中国]-直升机如何预防共振现象

历史上，有这样一则故事：19世纪初，法国拿破仑的军队在通过铁链悬桥时，士兵们采取“齐步走”方式前进，导致悬桥剧烈振动、铁链断裂，士兵们纷纷落水，伤亡惨重。事后，科学家研究发现，这场悲剧是由共振现象引起的。

共振现象，在直升机着陆阶段同样也会出现。2012年2月，巴西一架AS350B救援直升机在帕拉州着陆时，由于机身振幅过大发生断裂事故。

那么，直升机机身为什么会发生断裂事故？原来当旋翼旋转时，受到外部强风等因素影响，桨叶会绕垂直铰做前后摇摆运动。如果起落架或机身的振动频率和旋翼摆动频率相近，直升机上各个部件就会“齐步走”，从而发生共振现象。这个过程就像微风吹树叶，几片树叶的震动能带动起树林的摇动，如果振幅过大，树叶就会脱离枝干，飘落下来。

其实，飞行员破解直升机地面共振难题的操作方法很简单——果断拉起总距杆起飞或者将总距压到底实施紧急刹车。但共振现象的发生毫无征兆，且振幅增幅极快，短短几秒钟就可以出现桨叶折断、轮胎破裂、机身翻倒等严重事故。这对飞行员的心理素质和反应能力是极大考验。为了减轻直升机飞行员降落时的精神压力，直升机设计人员想出了3种妙招，预防直升机地面共振现象的发生。

妙招一：“一个巴掌”拍不响。在直升机设计过程中，频率规避法是最常用的预防直升机地面共振方法。在设计直升机旋翼和起落架的结构形状时，设计人员会避免旋翼和起落架的振动频率过于接近，从而确保直升机着陆时旋翼与起落架不会同频共振。

妙招二：千里之行始于“足下”。起落架阻尼减震系统，就像给直升机穿上一双“减震鞋”，通过阻滞或消耗机身的侧向晃动来防止共振现象发生。直升机的起落架设计不同，阻尼减震的方式也不同。滑橇式起落架可以通过调整刚度的方式增加阻尼，错开共振频率，降低共振现象的发生概率。相比之下，轮式起落架设置有像“减震气垫”一样的缓冲机构，可以吸收大部分由起落架振动而产生的能量，从而降低振动频率，预防共振现象发生。

妙招三：桨叶末端装“紧箍”。“紧箍”就是旋翼桨叶和桨毂连接处设置的摆振阻尼器。设计人员通过这个“紧箍”来阻滞直升机前后桨叶的摆动，从而限制桨叶的摆动幅度，确保桨叶摆动的范围安全可控。目前，直升机螺旋桨系统安装有弹簧和液压两种阻尼器，别看这两种桨叶上的“紧箍”还没有拳头大，但能确保整架直升机平稳降落，堪称直升机安全飞行的“守护神”。刘任丰 段东升

上图：安装有摆动减震器的旋翼桨毂。资料照片