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本文约5291个字 预计阅读需30min 现代大型民用航空器为旅客提供了舒适、平稳的空中旅途，通常不会遇到振动的情况。有时飞机的异常振动也会被机组错误认为是正常情况。但是，排除飞机的振动故障需要机组的准确报告和非常复杂的维修纠正措施才能解决。 现代民用飞机的振动并不是常见故障，引起振动的原因很多，起落架收放的过程会有正常的振动，扰流板放出的时候会有正常的振动，飞行操纵面的游隙会引起非正常振动。飞行机组不仅需要正确理解振动的原因和振动对飞机的影响，以防止飞机的运动机构过度磨损或者振动对飞机的结构造成严重损伤。除此之外，机组还需要正确报告振动故障，才有利于维修人员顺利排除。 飞机机体振动的类型 从工程的定义来说，飞机振动的类型有如下几种： 振动（Vibration）：飞行中飞机姿态变化时，或者在稳定的平飞状态，飞机由于刚度和弹性的作用，周期性地来回运动而造成的振动。如果振动频率和振动次数恒定，称之为谐振。当振动频率和次数变化时，称之为随机振动。 抖动(Buffet)：抖动通常是由于空气动力的激励所致。抖动通常是随机振动，一般是由于机体表面气流分离所致。飞机在扰流板放出时会表现为抖动，飞机飞越湍流区域时，也会抖动。 颤振(Flutter)：颤振是由于不稳定的气流激励作用下，通常伴随飞机结构的刚度不够（尤其是平尾的刚度不够）所造成，颤振会在很短时间内（几秒种）使飞机结构整体失效或者破坏。 噪音振动(Noise)：噪音振动通常是气流受阻所致，机组能听到异常声音。如果是随机振动，噪音容易被忽略。如果噪音振动是谐振，可能就会表现为类似乐器演奏（比如小号）的声音，也可能表现为口哨声或者是门缝漏气气流声。 飞机机体振动的原因 飞机振动的原因多种多样。 所有振动都有一定的频率和振幅，机组如果足够细心的话，通常能够发现。发动机的振动当然可以根据飞机的仪表指示发现，经验丰富的机组还可以通过视线、听觉、或者身体感觉来发现飞机的非正常振动。 正常的振动：每架飞机有其独一无二的正常振动情况。取决于飞机的质量分布和机体的结构刚度情况。正常振动的振幅一般较小，频率也较低，伴随着正常噪音。稍严重一些的情况是飞机飞越湍流区域时，飞机振动的振幅会大大增加，可以通过身体明显感觉到或者可以通过视线观察到飞机机体的振动。发动机在某些特定转速也会出现较大的振动。飞机上的某些机械部件，比如液压泵的工作也会伴随振动和噪音。上述这些正常的振动，机组大部分都能正确判断。 不正常的振动：大部分突然发生的不正常振动并伴随噪音的情况，机组都能准确发现。此类振动可能是持续的或者断断续续的，具备清晰的频率。但是有些振动开始极其细微，机组可能就需要一套诊断程序来确定真正的原因。 大部分不正常振动可能都和如下的一个或者几个原因相关，发动机转子平衡不好，机械设备故障或者失效，气流作用于在飞机的舱门或者飞机的飞行操纵面（操纵面校装不当，铰链过度磨损超过标准或者游隙过大）。有少数的振动是由于飞机结构的原因或者飞机操纵面的动力控制组件故障所致。 颤振的原因：气动弹性造成的飞机颤振在现代大型民航飞机极少遇到。现代飞机的先进的设计手段，复杂先进的力学和振动分析软件加的应用，飞行型号合格证取证的试飞验证过程可以确保现代飞机不会发生颤振（二次大战后期，由于颤振导致多起飞行事故）。现代大型民航飞机如果按照设计预期的使用条件和构型飞行，基本不会发生颤振的情况。 颤振和抖动的本质区别是，抖动发生在气流不稳定的区域，颤振却会发生在飞越平稳的气流时出现，抖动起源与气动力的激励（气流分离），颤振却是起源于飞机的本体而不是气流，和飞机本身的自激振荡频率有关。颤振发生期间，振动是自发的和自激的，但是由于其他的非线性原因，比如摩擦、空气阻力，运动部件间隙和游隙可能使得颤振的振幅逐渐减小。尽管大多数颤振的起因是飞行控制面的游隙超过标准所致。 如何探测飞机的振动 现代大型民航飞机的振动的探测（尤其是微小的不正常振动）几乎完全取决于机组的敏感程度。唯一的例外是发动机的振动，飞机的仪表可以提供振动指示值。除发动机振动指示以外的所有其他的振动主要取决于机组的观察、听力和感觉。需要指出的是，有些部位的振动，机组可能无法感觉到，比如飞机的主客舱和飞机的尾部的振动，驾驶舱一般无法感觉到，虽然乘客或者乘务员也许会向机组报告。 机组对于振动的报告也基于其各自的理解，语言描述也有很大不同。很难让机组来使用工程上的定义（振动、抖动、颤振和噪音）来描述飞机的振动。大多数情况下，机组会把振动报告为飞机有异常噪音，因为飞机的非正常振动传递到飞机结构，大部分情况下振动会伴随噪音。振动和抖动都会使飞机整体摇晃，所以机组很难区分振动还是抖动。 提高机组对于飞机振动的警觉的重要性 机组对于振动引起警觉应该是一项基础训练。伴随着飞机的正常振动和噪音，飞行中遇到的每一次非正常振动都可能不同，要让机组对所有的非正常振动提高警惕不是一件容易的事情。 提高机组对于飞机的振动的警惕性非常重要。测量飞行中的飞机非正常振动最精密的仪器是有经验的飞行机组。在某些情况下，飞机微小的正常振动消失，可能意味着飞机的某些机械部件故障。以波音757飞机为例，当在飞行中启动APU时，APU进气门打开时，飞机会有微小的振动。如果这个微小的振动消失，有经验的机组会觉察APU进气门没有打开，APU不能启动。 大部分的非正常振动或者噪音会引起飞行机组成员的注意。机组的长期飞行能判断飞机的振动是正常情况还是不正常，异常振动是否能够清晰地辨别出与本架飞机以往的不同。大部分的飞机突然出现异常振动时，通常伴随着飞机机组的操作或飞机的仪表指示，（比如，突然发动机振动指示大，或者机组刚刚放出飞机襟翼或者扰流板，在或者刚刚改变了飞机的空速）。 虽然襟翼收放会有正常振动，但是，机组会感觉到这次的收放和以往的收放不同，飞机的振动太大。尽管大部分的机体振动是上述情况中出现，但是，也有许多非正常振动是在飞机飞行参数没有变化时出现的，机组就很难觉察，无法正确描述，就无法避免这样的振动。 机组对于无法解释的非正常振动应该冷静分析振动发生前最近的一段飞行时间。分析的方法可能各异，但是，如下关键问题一定要有明确的答案： 1、飞机刚刚改变了哪些参数，空速，飞行姿态，操纵过飞行控制面，改变了油门杆位置？ 2、振动的情况是越来越糟，还是基本恒定？ 3、目前的飞行条件是否允许对飞机的飞行参数做微量的调整？ 4、如果机组对飞机的飞行参数在允许范围内进行了微量调整，振动是变好还是变坏? 在上述几点有明确的答案以后，机组就可以基本判断飞机能否继续安全飞行。在飞机安全降落以后，机组应该填写详细的振动报告。 在飞行中遇到非正常振动后，机组猛烈的操作有可能使飞机的振动进一步加剧，使得问题更加严重。所以，机组在遭遇非正常振动时，应该把飞机的各种飞行参数恢复到振动出现之前的数值。如果航路和航行管制允许，在飞机遭遇非正常振动以后，机组应该首先缓慢降低飞机的飞行速度，轻收油门，降低发动机的推力。尽量保持飞机姿态在水平状态飞行。 飞行中如果遭遇飞机振动，机组应该进一步观察，以协助机务人员排除故障，飞机遭遇非正常振动故障，其原因通常千差万别，排故工作耗时费力，可能需要多次试飞，排故工作也可能由于对振动原因的判断失误而一再延误。所以机组的细心观察和准确详细的报告对于发现潜在的故障原因能提供宝贵线索。 在飞行中遭遇振动以后，机组通常应该区分两类的非正常振动现象，一类是高频振动（典型的情况是每秒钟超过25次，25Hz），此类振动通常可以通过机组的手和脚感觉出来。高频振动通常伴随声音，原因一般是飞机上小质量的部件惯性力作用于飞机结构所造成的，比如，松动的门，盖板没有完全装好，整流罩或者整流罩密封条有间隙。此类振动通常会在飞行的所有阶段都会有相对恒定的振动，也可能随着飞行的速度变化，振动会有变化。 另外一类非正常振动是低频振动（通常少于每秒20次，20Hz），机组可以通过整个身体感觉到非正常振动。低频振动的主要原因一般是飞机上相对大质量的部件惯性力作用于飞机结构造成的，比如方向舵，水平安定面或者升降舵。 机组报告飞机振动时，通常还会报告飞机的振动是横向，垂直方向或者摆动，有时机组会报告飞机的振动来自于飞机的某个部位，比如前客舱，机翼上方，或者后客舱。有时也会报告估计的振动频率或者飞机出现振动时飞机的飞行基本参数。 机组正确报告飞机振动的频率、振动方向和振动来源，在哪个部位对于维修人员迅速排除故障极具参考价值。因为引起飞机振动的原因实在是千差万别。 必要时，机务维修人员需要参加飞机的试飞以便进一步判断振动的原因或发现振动原因的微小的线索。举例来说，如果在飞机的前后客舱都能感觉到飞机垂直方向的低频振动（小于每秒20次），引起振动可能的原因是升降舵的游隙超标。俯仰通道飞行控制面的游隙超标会引起飞机垂直方向的振动，大部分的情况是前后机身能感觉到较大的振幅。轻微调整安定门配平，让升降舵稍微离开中立位置就可以使此类振动消失，原因是升降舵稍微离开中立位置以后，游隙在气动载荷的作用下就可能暂时消失，从而暂时消除或者减轻飞机的振动。 同样是低频振动，但是振动幅的方向在飞机的横侧向的话，可能的原因就是飞机的方向舵游隙超标。少量蹬舵就可能使振动消失。在飞机的发动机高推力状态，位于飞机机翼上方的横侧向振动就极可能和发动机有关。单独减少或增加一侧发动机的推力就能容易隔离故障，确定是振动和哪一台发动机有关。 由于飞行操纵面的游隙超标而引起的振动是非常严重的情况，可能引起飞机结构的严重后果，必须彻底排除故障，飞机才能投入航班运行。90年代，台湾一家航空公司737飞机，机组前后报告振动11次，维修人员没有正确判断，最终飞机在下降时，水平安定面整体断裂，险些造成飞行事故，事后调查，原因就是该机的升降舵游隙严重超标。 如果飞机襟翼在襟翼收上的状态下，只能够在驾驶舱感觉到高频振动，原因一般是前起落架舱门调节不当或者机身前下部的盖板松动所致；如果在机翼上方或者客舱的高频振动伴随不正常噪音其原因大多数是由于副翼游隙超标、主起落架舱门调节不当、后缘襟翼整流罩松动或者机翼的机械部件的支架疲劳断裂或者附件壳体安装座断裂所致。 附表是非常非常常见的振动、振动方法和故障隔离方法的举例。每个具体的机型有其各自的特点和振动故障的隔离方法。 振动故障的排除 根据机组的报告，将其与机队之前相似的振动报告分析比较，也许能立即判断故障原因。维修人员应该优先参考各机型的原厂家服务信函，相关的维修手册和本公司机队的振动历史排故报告。 如果还是无法判断的话，就需要考虑按照如下步骤进行故障诊断和排除故障。 一般来说，在确认不是发动机的振动以后，首先要检查飞行操纵面、扰流板和襟翼的游隙或者间隙，并进行正确或者重新校装。所有飞机的外表舱门入锁以后不得松动；舱门入锁以后，其外形必须和飞机的总体外形一致，舱门周围和飞机机体不能有台阶，检查的重点是飞机的前起落架和主起落架舱门。 飞机操纵面的检查，首先应该在系统没有打液压时，操纵面位于中立位置进行检查，然后，系统打液压以后，检查操纵面后缘有无嘎嘎声音，检查操纵面的铰链有无过量磨损，同时检查操纵面的动力控制组件连杆有无磨损，作动筒有无渗漏。 笔者多年前主管工程部工作期间，碰到过一架波音737飞机C检出厂的首次试飞，机组报告飞机振动故障，笔者要求必须找到原因才能再次试飞，检查所有C检期间工作过的区域，最后发现振动的原因是副翼铰链漏装一个衬套，按照手册重新安装衬套以后，再次试飞和后续航班没有再次发生过振动。 如果地面检查无法排除振动故障时，可能需要再次或者多次试飞，进一步确定飞机的振动原因。如果多次试飞以后，仍然无法排除振动故障，航空公司就需要联系波音或者空客等原制造厂参与最后的排故。在故障彻底排除之前，飞机一般不能投入商业运行。 尽管飞机的振动原因可能多种多样，轻微的振动可能不容易被乘客和机组觉察，稍大一些的振动可能仅仅让旅客和机组感觉不够舒适，但是，严重的振动可能导致飞机结构损伤或者其他严重后果，况且起初轻微的振动也可能发展成为严重的振动。训练有素而且细心的机组，及时的振动报告有助于及早发现和查找振动原因，排除故障。 机组成员理解振动和采取适当措施以及正确纪录和报告振动会大大有助于机务维修人员准确及时排除故障。当然，机组在飞行中如果遇到振动，第一优先保证的首先是飞机安全，在保证安全的前提下，机组方可适当的调整飞行参数来提供详细的振动报告，从而可以极大减少机务人员排故的时间和飞机的停场时间。 |
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