一种新型旋翼/机身隔振装置及其性能分析

作者:黄传跃;郭光海;李祖钊 刊名:振动工程学报 上传者:范恒山

【摘要】从降低旋翼动载荷向机身传递的基本目标出发,研究了新型旋翼/机身隔振装置的基本设计思想,给出了设计原则及方法,介绍了反共振装置、波纹板的设计及试验的关键。台架试验表明:该装置能同时实现对桨毂五个交变力素的隔离,其隔振效率及重要指标均达到设计要求

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随着直升机在军民两方面日益广泛的应用,对乘员和驾驶员的舒适性、直升机的可靠性及维护性、武装直升机发射命中率等都有更高的要求。现代直升机速度高,机动动作多,但对机身振动水平要求将更加严格,要求直升机的振动水平控制在以下,即发展平稳的直升机,已成为直升机动力学设计的追求目标。从直升机减振隔振技术来看,一般有:在旋翼、桨毂上采取措施来减小振源强度;进行机身动力学设计,减小机身动响应;进行旋翼机身隔振设计,降低旋翼动载荷向机身传递等多种方案。我国直升机的发展经历了由仿制到自行研制的过程,在减振隔振方面做过不少工作,如桨叶动力学设计、机身振频振型计算、双线摆减振器研制、机身局部减振、聚焦式双向柔性隔振装置研制等。旋翼机身隔振已成为现代直升机减振隔振的主要手段。新型旋翼机身隔振装置兼具柔性隔振与反共振隔振,不但具有焦点式隔振器的隔振功能,而且还可隔离垂向激振力,其具有隔振性能好、隔振思想先进、适应性强、可靠性高、重量轻、制造成本低等优点,是目前被动隔振装置较先进的一种。新型旋翼机身隔振装置()基本设计思想的基本设计思想来源于反共振隔振,反共振隔振概念(图)最初是由公司提出的,经和公司的进一步发展,此类隔振装置趋向多样化,先后有,等。反共振隔振有其自身的特点:()隔振效率高,在反共振频率激励下,交变力不会传向隔振对象质量块;()反共振频率与隔振对象质量块无关,也与加载处的质量无关;()反共振隔振属于窄带隔振,对隔振装置的各参数要求严格;()阻尼对隔振效率不利。综合了反共振隔振的优点,将弹簧式结构发展成联合梁式。安装在旋翼主减机身之间,不但要隔离旋翼水平面内交变力及力矩和垂直交变力,而且要传递旋翼静载荷。布局设计利用了波纹板抗扭和面内剪切及柔性梁抗弯性能好的特点,将旋翼载荷分散传递,用波纹板传递旋翼反扭矩及传递机身的剪力,用柔性梁传递升力,而旋翼水平面力和力矩则由波纹板和柔性梁联合传递。该布局保证了波纹板及柔性梁在传递旋翼载荷中不会出现过大的应力和位移。确定平面结构形式见图。图弹簧式反共振装置图结构形式图隔振原理当桨毂受到来自旋翼水平面交变力及力矩激励时,桨架由于柔性梁的支撑,将以主减底部为振动节点偏摆,而这种偏摆模态的频率较低,故减小旋翼水平内的交变力及力矩向机身的传递,从而降低机身的振动水平。当桨架受到垂向力激励时,垂向力通过四根撑杆传递到柔性梁上,从而引起共振梁振动。力平衡关系式:,其中,为支点的反力,为杆件在点的作用力,为质量块的惯性力,为作用在柔性梁点的力。可通过调节共振块质量及位置来控制,在适当调节时,可使为零,达到对垂向的隔离。综合了柔性与反共振两种隔振技术。为研究的动力学特性,须建立平面联合梁式隔振装置有限元模型,结构以轴对称。文对该装置进行了大量计算,根据参数敏感性分析,得出该隔振装置的关键特性结论:在垂向(向)力激励下,向隔振是反共振隔振。模拟机身点的向加速度响应对反共振块变化敏感;而模拟机体配重、模拟旋翼桨毂配重对反共振频率没有影响,对系统的固有频率却有影响;波纹板面内剪切刚度对向加速度响应没有影响。在航向(向)力激励下,向隔振是柔性隔振,并具有反共振隔振特点。模拟机身点的,向加速度响应对的变化敏感,这显然是偏摆模态起作用的结果;对波纹板面内剪切刚度及柔性梁刚度变化也非常敏感,特别是与桨毂处的惯量存在匹配关系,在桨毂处的惯量和柔性梁刚度确定的情况下,存在选择范围,值不但要满足静强度要求,而且要满足系统动力学特性要求。联合梁式隔振装置反映了的动力学特征,研究成果是的设计依据。设计原则安装在旋翼主减机身之间,所有旋翼静动载荷必须通过它向机身传递

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