直升機(jī)載光電穩(wěn)瞄轉(zhuǎn)塔用橡膠減震器研究

黎剛　等

摘要：文章主要通過(guò)“模擬件”模擬機(jī)載光電穩(wěn)瞄轉(zhuǎn)塔的理論與試驗(yàn)研究，分析減震器振動(dòng)帶來(lái)的影響，建立受力模型，引出相關(guān)參數(shù)，分析了幅值及固有頻率等動(dòng)態(tài)特性以及減震器在激勵(lì)狀態(tài)下振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)、傳感器布控采集點(diǎn)等。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，有效判定光電穩(wěn)瞄轉(zhuǎn)塔通過(guò)減震器減振，考核振動(dòng)環(huán)境下的適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；光電穩(wěn)瞄轉(zhuǎn)塔；模擬件；橡膠減震器；固有頻率；傳導(dǎo)率 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：V226 文章編號(hào)：1009-2374（2015）19-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.011

隨著現(xiàn)代技術(shù)的迅速發(fā)展，光電穩(wěn)瞄轉(zhuǎn)塔越來(lái)越廣泛地用于直升機(jī)作戰(zhàn)平臺(tái)上，對(duì)目標(biāo)搜索、瞄準(zhǔn)、跟蹤和定位。然而，在飛行過(guò)程中，由環(huán)境因素產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)目標(biāo)的瞄準(zhǔn)產(chǎn)生不利影響。為了減小振動(dòng)所產(chǎn)生的影響，通過(guò)減震器來(lái)抑制外界振動(dòng)帶來(lái)的干擾，提高產(chǎn)品質(zhì)量及性能為有效方法。

使用減震器對(duì)抑制共振幅值有著顯著效果。然而由于材料性能所決定，其減震作用及其所承受的外力隨著振動(dòng)頻率、動(dòng)態(tài)幅值、受力狀態(tài)的不同而變化。為了更好地使用，需要對(duì)減震器進(jìn)行研究。本文通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M件確定振動(dòng)沖擊參數(shù)，在固有頻率試驗(yàn)研究分析，得出在不同的頻段振動(dòng)環(huán)境的干擾。通過(guò)對(duì)某產(chǎn)品所使用的減震器為研究對(duì)象，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，得出減震器對(duì)振動(dòng)及受力的傳遞關(guān)系和試驗(yàn)結(jié)果曲線。

1 實(shí)驗(yàn)中光電轉(zhuǎn)塔外框架模擬裝置及光電傳感器模擬件、減震器的安裝方式

實(shí)驗(yàn)中所用裝置主要包括模擬裝置、模擬質(zhì)量件、減震器，其安裝方式如圖1。其中，減震器安裝在雙側(cè)懸掛吊裝模擬件的兩側(cè)。該模擬件可對(duì)光電轉(zhuǎn)塔的參考質(zhì)量、中心、重心等參數(shù)近似模擬。試驗(yàn)中所用的四個(gè)減震器，以每側(cè)面兩個(gè)對(duì)角分布，懸掛吊裝件，減震器底座與外框架連接，通過(guò)連接桿固定在光電傳感器模擬件上。數(shù)據(jù)采樣傳感器安裝在光電傳感器模擬件重心及支架底部位置。

圖1

本試驗(yàn)在電磁振動(dòng)上來(lái)模擬完成。試驗(yàn)是考核結(jié)構(gòu)性能的重要手段，為掌握振動(dòng)特性，首先由理論解析振動(dòng)參數(shù)開(kāi)始，后轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)振動(dòng)，振動(dòng)特性主要由其重要因素決定，即固有頻率、剛度、振動(dòng)傳遞函數(shù)。

2 橡膠減震器理論關(guān)系

根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]原理建立力學(xué)數(shù)學(xué)關(guān)系式，并引出主要參數(shù)。系統(tǒng)傳遞率為：

式中：為激振頻率；為系統(tǒng)固有頻率；為系統(tǒng)阻尼比=；系統(tǒng)固有頻率=，頻率為

=。通過(guò)理論，掌握影響減震器參數(shù)，由試驗(yàn)室模擬外界環(huán)境對(duì)減震器激勵(lì)，逐次選擇改變激勵(lì)方式，變化頻率、變化激勵(lì)幅值，分析減震器的振幅、固有頻率、

載荷、傳導(dǎo)率等。振動(dòng)試驗(yàn)是獲得參數(shù)的首要手段。

3 橡膠減震器實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)設(shè)備為美國(guó)-UD-T2000電磁振動(dòng)臺(tái)，傳感器為丹麥B&K4514傳感器，電荷放大器、8通道數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)+version 2.11，功率放大器，和振動(dòng)臺(tái)組成，振動(dòng)試驗(yàn)裝置如圖1所示，傳感器1在底部控制激勵(lì)信號(hào)，傳感器2在模擬件中心處，采集響應(yīng)信號(hào)，質(zhì)量件M=24kg，對(duì)加速度、幅值、頻率等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。確定，在5～500Hz系統(tǒng)的固有頻率、傳導(dǎo)率及剛度。

3.1 正選掃頻試驗(yàn)

參照GJB 150執(zhí)行，試驗(yàn)夾具設(shè)計(jì)，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]設(shè)計(jì)制作，試驗(yàn)參數(shù)：5～10Hz恒定9mm，10～35Hz恒定1.7g，35～50Hz恒定0.7mm，50～50Hz恒定3.4g，倍頻程0.96進(jìn)行15分鐘掃頻試驗(yàn)。

數(shù)據(jù)分析：經(jīng)過(guò)改變位移及改變加速度，未有在頻率變化幅值突變情況下產(chǎn)生跳躍現(xiàn)象，夾具設(shè)計(jì)合理，材料選擇理想。

3.2 模擬件整體裝置試驗(yàn)

將減震器與工裝夾具連接如圖1安裝方式所示，通過(guò)正弦1g激勵(lì)，以倍頻程0.66由5Hz-500Hz-5Hz往返改變頻率，得曲線如圖2所示，確定固有頻率、共振幅值放大率及傳遞率等減震器的主要指標(biāo)。

圖2 幅頻特性

結(jié)果分析：固有頻率18Hz，達(dá)到最高峰，25～500Hz減震器起到整體幅值衰減作用，較理想。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]傳遞率，是用振動(dòng)傳遞率來(lái)表述衡量，定義為響應(yīng)幅值與輸入激勵(lì)幅值比值，即減震器傳遞率：

根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]《絕對(duì)傳遞系數(shù)關(guān)系對(duì)應(yīng)圖》。頻率比與絕對(duì)傳遞系數(shù)關(guān)系，得共振放大率η≤3，這一數(shù)據(jù)主要取決于材料的阻尼率，應(yīng)η≤3較為適宜，時(shí)，系統(tǒng)傳遞率η≤1處于減震區(qū)域，應(yīng)取頻率比在2.5～5之間。進(jìn)入共振區(qū)，即：，，式得：ζ=0.2042，理想減振頻率：≈12.729Hz，而實(shí)際固有頻率在12Hz左右，通過(guò)以上數(shù)據(jù)減震器為理想。

通過(guò)分析得出加速度傳遞率及幅頻特性曲線，18Hz產(chǎn)生放大，傳感器2達(dá)到最高峰，從而分析出減震器變化規(guī)律。在正弦振動(dòng)試驗(yàn)中變頻率，確定固有頻率，是有效的試驗(yàn)方式。同理，在振動(dòng)試驗(yàn)中減震器的剛度直接影響著產(chǎn)品承載能力。

3.3 減震器變形剛度影響

減震器在使用中，變形剛度尤為重要，不能有大的位移產(chǎn)生，下面對(duì)剛度進(jìn)行分析，根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]和參考文獻(xiàn)[5]，減震器剛度直接反映于承載能力及有效幅值，確定模擬件質(zhì)量m=24kg，得剛度為：≈340.13，單個(gè)減震器剛度：

=84.532。通過(guò)試驗(yàn)，得出在不同幅值激勵(lì)狀態(tài)下的剛度變化狀態(tài)，激勵(lì)頻率在固有頻率區(qū)域?yàn)樽兓瘒?yán)酷區(qū)域，即放大區(qū)域。

3.4 固有頻率對(duì)減震器的變形剛度影響

在正弦振動(dòng)激勵(lì)下，固有頻率處變化激勵(lì)參數(shù)，產(chǎn)生圖3變化曲線，剛度是評(píng)價(jià)減震器的主要參數(shù)，反映出減震器在固有頻率點(diǎn)的位移及承載情況，對(duì)于正弦振動(dòng)試驗(yàn)，通常以加速度的傳遞率作為傳遞特性參數(shù)，加速度傳遞率通過(guò)正弦掃頻輸入輸出的比值標(biāo)示，即為加速度傳遞率，根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]在正弦掃頻試驗(yàn)中加速度a與頻率f和位移x的關(guān)系式，，這里a為加速度幅值g，x為位移幅值mm，建立幅值與頻率點(diǎn)趨勢(shì)關(guān)系曲線，由圖3可以看出減震器的特性，當(dāng)激勵(lì)幅值變大，共振頻率附近不穩(wěn)定性就越大，出現(xiàn)跳躍現(xiàn)象。幅值放大變化曲線，反映出具有變剛度。反映預(yù)變形及剛度，隨著相對(duì)預(yù)變形的變化，會(huì)使減震器的剛度也發(fā)生變化，因此對(duì)預(yù)變形的大小直接影響到減震器的剛度特性，反映出減震器的承載狀態(tài)。

圖3 圖4 幅頻特性

4 光電轉(zhuǎn)塔產(chǎn)品實(shí)際振動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證

以實(shí)際安裝方式，得試驗(yàn)曲線如圖4所示。

結(jié)果分析：依據(jù)振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行。掃頻試驗(yàn)得出固有頻率在12Hz左右，減震器滿足條件，產(chǎn)品參數(shù)測(cè)試合格，并且在長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)，減震器性能穩(wěn)定，很好地抑制在5～500Hz振動(dòng)的能力，有效避開(kāi)產(chǎn)品固有頻率，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證，方法有效適用，具有很好的推廣價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以光電轉(zhuǎn)塔某型號(hào)實(shí)際所需的減震器研究為背景，以實(shí)際應(yīng)用為目的，對(duì)橡膠減震器的減震機(jī)理、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方法及特性進(jìn)行研究，為減震器的使用及試驗(yàn)方法提供依據(jù)。主要研究分析方向如下：（1）制作減震器試驗(yàn)?zāi)M裝置，模擬質(zhì)量件，以實(shí)際光電轉(zhuǎn)塔連接方式；（2）由理論推導(dǎo)引出參數(shù)，對(duì)固有頻率、傳遞函數(shù)、剛度等進(jìn)行分析；（3）采用橡膠減震器元件，分析出減振狀態(tài)，在原理上實(shí)現(xiàn)了激勵(lì)、幅值減振，通過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證；（4）通過(guò)模擬件得出固有頻率、最大響應(yīng)頻率、最大加速度、最大位移及剛度；（5）通過(guò)前期的減震器模擬試驗(yàn)，優(yōu)選減震器在光電轉(zhuǎn)塔中使用，確定試驗(yàn)優(yōu)選減震器的有效性、正確性。

參考文獻(xiàn)

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[3] 張阿舟.實(shí)用振動(dòng)工程[M].北京：航空工業(yè)出版社，1996.

[4] 張準(zhǔn).振動(dòng)分析[M].南京：東南大學(xué)出版社，1991.

作者簡(jiǎn)介：黎剛，男，西安應(yīng)用光學(xué)研究所工程師，研究方向：產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)、組織產(chǎn)品可靠性鑒定試驗(yàn)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）