生活的周围时时处处都存在共振现象。

由机械共振带来灾难的著名事例莫过于几起桥梁垮塌事故了。18世纪中叶的一天，一队法国士兵要经过昂热市一座102米长的大桥，当他们在指挥官的口令下迈着整齐的步伐行至大桥上时，桥梁突然断裂，造成226名官兵和行人丧生。类似的事件还发生在1906年，一队俄国士兵迈着整齐的步伐，踏上了圣彼得堡附近的丰坦卡大桥，大桥突然垮塌，桥上士兵全部坠入河中，非死即伤。原来，士兵列队过桥使用整齐步伐（齐步、正步或跑步）的频率与大桥的固有频率相同，引起大桥发生共振，剧烈的振荡导致大桥解体。同样原因引起大桥垮塌的事故还先后在其他国家发生过。认识到事故原因后，许多国家军队都作出了“集体通过桥梁时必须走便步”的规定。

直升机发生地面共振的内因，与大桥垮塌同理。因为在直升机上存在两个相互关联的振动系统，一个是旋翼桨叶的摆振运动，一个是机身在起落架上的振动。机身在起落架上的振动共有六个振动型态，即上下、左右、前后、俯仰、偏转、滚转，除上下振型外，其它五种振型都可能产生地面共振。

记：直升机发生地面共振的具体原因是什么？

刘：直升机发生地面共振的外因是直升机受到了某种初始干扰。比如，操纵直升机的动作粗猛，装有轮式起落架的直升机在大侧风中滑行、直升机在不平坦的地面上滑跑颠簸，滑行速度过大等等，这些因素都有可能使直升机产生共振。

桨叶在上述外界干扰力的作用下，将发生剧烈的摆振运动，虽然旋翼上装有液压减摆器或其他减摆装置，但旋翼的运动和受力非常复杂，桨叶的摆振不可能均匀，所以旋翼重心就会偏离桨毂中心，产生不平衡的惯性离心力，此力的方向不断变化，作为系统的激振力，引起直升机在起落架上发生振动。

在某种情况下，激振力的频率与机身某一振型的自振频率相同或相近时，如果振动阻尼又比较小，则摆振与机身振动会发生不良耦合，相互加剧，激振力受到振动系统本身的控制，一次比一次强，导致振幅一次比一次大，机身的振动也就越来越剧烈，这样就形成了地面共振。通常地面共振以滚转振型出现的较多。

如果上述两个频率相差较大，或者阻尼较大，则激振力一次比一次弱，振幅一次比一次小，就不会发生地面共振。

记：直升机地面共振是不是经常发生和很容易发生？

刘：比较容易发生，但不经常发生。因为预防地面共振是直升机飞行原理课程的重要内容，正规的直升机驾驶员培训机构都要求驾驶员在转入飞行训练之前，必须在理论上弄清地面共振发生的机理，掌握预防、判断和处置方法。在上世纪70年代，空军某直升机大队一架直5直升机在地面试车时，就因为地面共振加上处置不当，造成直升机损毁，幸好没有人员伤亡。时间虽然已经过去了30多年，但每当谈及此次事故，那些目击者还会非常惊讶和惋惜，他们说：“好端端的一架直升机，眨眼之间就四分五裂，变成了一堆残骸，太可惜了！”

在互联网上，通过搜索引擎，输入“直升机地面共振实验”关键词，可以搜索到“CH-47‘支奴干’直升机地面共振”视频，那个场景会让初识直升机地面共振的人目瞪口呆。如果拿2月23日巴西救援直升机发生的地面共振与“支奴干”直升机地面共振相比，那真有小巫见大巫的感觉。总而言之，如果飞行员预防工作没做好，出现操纵错误，判断不准确，加上处置不及时，就有可能诱发直升机地面共振，最终导致事故。

记：具体说来，要预防和正确处置直升机地面共振，需要做好哪些工作？

刘：先说说预防。避免地面共振的根本方法就是消除或减弱产生地面共振的内因和外因。一是轮式起落架缓冲器（减震器）充填量和轮胎的充气压力应符合规定要求，左右起落架的充填量应对称。缓冲器分为上下两部分，上部分为压缩气体室，下部分为液压油室，气体具有压缩性，液压油不可压缩。充气压力符合规定的缓冲器和轮胎内的气体具有压缩性即弹性，使直升机接地时，能像跳高运动员越竿后掉到海绵垫上那样，延长下沉速度消失的时间，吸收掉直升机着陆时机体受到的大部分撞击力和震动能量，消除产生共振的隐患。当压缩气体的压力达到足以顶起整个直升机时，缓冲器下部液压油室的油液被迫通过限流孔高速流入上部的压缩气体室，这种限流作用使油液与限流孔剧烈摩擦，产生热耗，将直升机颠簸的动能转化为热能散发到大气中，以此来减弱直升机滑跑中的颠簸跳动。二是应尽量避免直升机受到过大外界干扰力的作用。为此，着陆动作要柔和，不宜作距离过长的滑行，不宜在坎坷不平的地面上滑行，机内装载物要固定牢靠。三是滑行、起飞滑跑和着陆滑跑速度不要超过规定值。

有的直升机上还设置有振动速度过大和危险振动告警装置。当振动速度达到一定值时，通过灯光和语音告警，提示飞行员及时进行处置，防止振动现象扩大和发展成共振。

再说说处置，关键要使旋翼产生的激振力频率避开全机的固有频率，为此必须抓住两点：一是试车时如果发现有地面共振的现象，应迅速将总距杆放到底，对于装有油门环的直升机，应将油门环转至最左位置，减少燃油供应量，降低发动机功率。总距杆是旋翼总桨距和发动机联合操纵线系的操纵手柄，它类似于手动档汽车的档把，装在飞行员座椅左侧地板上，顶端朝前。总距杆放到底时，基本上与地板平行，上提到最高时，角度大约有50度。有油门环的直升机，油门环就套装在总距杆上部。在操纵总距杆时，一方面通过发动机操纵线系改变燃油供油量，使发动机功率得到改变；另一方面它还带动总桨距操纵线系的一系列拉杆和摇臂，经过操纵组合件，操纵相应的液压助力器，带动自动倾斜器向上或向下运动，改变总桨距。上提总距杆时，总桨距和发动机功率同时增大，下放时则相反。将总距杆迅速放到底，既能很快减小总桨距，进而减小旋翼的拉力（升力），又能很快减小发动机的功率，使直升机的振源明显减弱。对于装有滑橇式起落架的直升机来说，通过迅速将总距杆放到底非常重要，这是避免发生地面共振的最有效措施。二是装有轮式起落架的直升机在着陆滑跑、起飞滑跑和滑行时发生地面共振，还应向后拉驾驶杆（至接近中立位置）以减小速度，并使用机轮刹车。如采取上述措施仍不能消除剧烈振动，则应果断关闭发动机。

记：这次巴西失事直升机为滑橇式起落架，采用这种结构是否很容易发生地面共振？

刘：不一定。装滑橇起落架的直升机一般为轻型和小型直升机，虽然只能采用垂直着陆，但它的滑橇前横管与机体结构之间都装有油气式减震器，有的在滑橇后部还装有挠性钢带（弹簧板），向下弯曲延伸的挠性钢带增加了起落架的挠性，并且以在任何情况下都不发生地面共振的方式把组件的自然频率固定。减震器用来吸收直升机接地后的振动能量，因而消除了任何振荡的扩散。减震器和弹簧板的减震及缓冲作用，能够吸收大量撞击动能，延长直升机下沉速度消失的时间，使滑橇式直升机能以“软着陆”方式接地，减少共振发生的几率。直升机会不会发生地面共振，关键还是要看激励振动即旋翼桨叶的摆振运动频率与机身固有振动频率是否相近。当两者相近或相等时，就会发生地面共振。

记：既然共振无处不在，直升机在空中飞行时是否也可能发生共振？

刘：完全可能。但空中共振是随无铰式旋翼的应用才出现的一种新现象。与地面共振相比，空中共振要复杂得多，它是直升机动力学分析中最复杂的问题。分析空中共振时，必须考虑桨叶的挥舞、摆振甚至扭转（变距），还要考虑机体的运动，而这些运动自由度之间又存在着复杂的耦合关系。除此以外，空气动力的作用也使得问题更加复杂。

在铰接式旋翼系统中，因为旋翼系统的挥舞刚度低，相应的机体固有频率也低，所以空中共振一般不会发生。由无铰旋翼倾斜而出现的很大的桨毂力矩会引起机身振动，尽管直升机在空中时有很大的阻尼，但不足以满足稳定状态的要求，其振动频率容易接近桨叶的摆振频率，产生耦合，导致空中共振。

记：既然无铰式旋翼容易产生共振，为什么还采用这种结构呢？

刘：无铰式(固接式)是取消水平铰和垂直铰，只保留轴向铰。其挥舞和摆振将引起桨叶根部的弯曲变形，这是不利的一面，但简化了构造。目前由于应用了复合材料和钛合金等抗疲劳强度高的材料，这种形式的旋翼逐渐增多。

直9直升机就是无铰式旋翼。旋翼系统采用星形桨毂和4片复合材料桨叶。桨毂由预浸树脂的玻璃布加热固化制成。用橡胶与钢片叠层模压而成的弹性轴承代替了传统的摆振铰、挥舞铰和变距铰。与传统金属桨毂相比，采用星形柔性桨毂后大大地减少了零件、轴承、接头数量和润滑点，减轻了重量，降低了成本，也减少了维护工作量。

责任编辑：京勉

刘文 1960年11月出生，专业技术大校，现任空军某飞行学院航空理论教研室副教授。长期从事飞机、直升机航空理论教学工作，全军优秀教师，中国人民解放军院校育才奖银奖获得者，空军航空理论教材专家评审组成员，主编和参编航空理论教材多部，在军内外刊物发表学术论文70余篇，获军队科技进步三等奖1项，全国教育科学研究优秀成果奖1项，军队级教学成果三等奖1项，空军军事理论研究优秀成果三等奖1项，军事飞行教育理论研究成果奖多项。