直升機傳動系統扭轉振動的分析

王小三

摘 要：在直升機的整體系統中，傳動系統是其最重要的組成部分之一，而想要了解其扭轉振動的相關特性，便需要對其進行必要的計算與分析。該文以直升機傳動系統的基本結構為研究基礎，運用模塊劃分的方式對直升機傳統系統的扭轉振動進行分析，并得出相關結論。

關鍵詞：直升機 傳動系統 扭轉震動

中圖分類號：V233.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（a）-0223-01

直升機中傳動系統所起到的主要作用是動力傳輸，將發(fā)動機所發(fā)出的動力向槳葉與尾槳等裝置中傳送，在直升機的整體系統中，是必不可少的。而在進行直升機研制工作的過程中，計算與分析其傳統系統的扭轉震動是非常重要的，獲取其相關特性能夠保證研制工作的有效進行。

1 直升機傳動系統的基本結構

直升機的傳動系統從性質上將屬于空間傳動，整個系統中起主要作用的動力設備是兩臺發(fā)動機，兩臺發(fā)動機分別裝置在主減速器的兩側，且偏向后方，呈軸線平行分布。在主減速器的前方，裝置一個風扇，直升機的尾部裝置有尾槳[1]。在整個傳動系統工作的過程中，主減速器一側的發(fā)動機通過離合器帶動相應齒輪轉動，同時也帶動相應的液壓泵運動，另外一些齒輪負責帶動裝置中的發(fā)電機。主減速器另一側的發(fā)動機也是同樣的工作原理，位于裝置中心線上的齒輪會帶動相應的系桿、旋翼軸以及槳葉，通過一系列的軸與圓盤帶動尾槳運轉，還能夠通過相應齒輪帶動主減速器前方的風扇，從而完成直升機傳動系統的工作。因此，直升機的傳動系統中，主減速器兩側的兩個發(fā)動機是主要的動力輸出裝置，通過多個分支帶動整個系統的運作，并從槳葉、尾槳以及發(fā)電機等處進行動力輸出，整個系統中的齒輪與軸等傳動零件較多。

2 直升機傳動系統的扭轉振動分析

在直升機的傳動系統中，可以將各個裝置用編號1～45分別表示，以代表扭轉主振型，系統運動過程中具有規(guī)律的時間函數可以用來表示，其中，m可以是任何組成的序號；r表示的是階數。在任何一個組成中，雖然其裝置中的扭轉主振型存在差異，但運動過程中具有規(guī)律的時間函數卻相同。由于傳動系統中的傳動軸是一個連續(xù)最用的裝置，因此，其扭轉頻率的種類也非常多，以振型疊加這一基本原理為基礎，其扭轉角位移函數可以表示為：

（1）

以傳動系統中每一個部分的具體功能為基點，傳動軸為整個系統中的傳動中心，多個分系統為相關節(jié)點，可以將整個系統劃分成若干個模塊，也可以將其稱之為分系統，每個分系統都有其組成號，運用動量矩定理，可以將每個分析懂扭轉過程的方程列出來。

編號為1的發(fā)動機假設其有p個渦輪盤，扭轉方程可以表示為：

（2）

編號為2的離合器與編號為3的齒輪之間的扭轉方程可以表示為：

（3）

編號為15的齒輪其扭轉方程可以表示為：

（4）

編號為18的液壓泵其扭轉方程可以表示為：

（5）

編號為4的齒輪與編號為5的齒輪之間的扭轉方程可以表示為：

（6）

編號為6的齒輪與編號為10的系桿之間的扭轉方程可以表示為：

（7）

編號為43的齒輪與編號為45的尾槳之間的扭轉方程為：

（8）

將式（2）與式（8）相加，在忽略摩擦力的情況下，便可以得出直升機傳動系統的整體性扭轉方程：

（9）

3 相關結果

根據對上述公式的分析，能夠大體上得出以下幾方面結果。

首先，以疊加原理為基礎，能夠將整個直升機內部的傳動系統劃分成為多個模塊，也可以稱之為分系統，每個分系統由一個軸段以及相關圓盤組成，可以現將相關方程列出來，并以邊界關系為基礎，得出相應扭轉振動方程的解，能夠為為接下來的計算與分析提供奠基理論[2]。

其次，最終的直升機扭轉方程是一個二階非齊次線性微分方程，可以通過阻尼系數與轉動慣量等計算方法將第r階計算出來，其扭轉剛度可以運用系統中彈簧、軸以及圓盤的剛度相加進行計算，有利于最后通過計算機，以循環(huán)語句為基礎，進行相關的編程計算。

再次，引起直升機傳動系統產生振動的原因是多方面的，主要由槳葉、尾槳以及發(fā)動機等相關部分產生，每個組成在進行扭轉的過程中，其頻響函數的對應幅值也會隨著整個系統所產生的頻率而發(fā)生變化，在這個過程中，會產生很多個峰值，且每一個峰值各不相同，但其都遵循一個規(guī)律，便是一般情況下，低階固有的相關頻率附近，都會有相對較大的峰值出現。

最后，在整個直升機傳統系統中，產生扭轉振動的不同源部件，其所產生的頻率各不相同，因此，其所帶動的傳動系統同階進行扭轉共振的過程中，在發(fā)動機轉速方面，也會出現不同的表現，在這個過程中，發(fā)動機中的振源到相關部件之間的傳動會相對較大，因此，在進行轉動共振時，系統中發(fā)動機的整體轉速也會相會較高。另外，在進行同階扭轉共振的過程中，如果傳動系統所產生的震動是由槳葉所引起的，那么，此時發(fā)動機的轉速會達到最高值。

4 結論

在整個直升機的系統中，傳動系統是其中非常重要動力傳輸系統，能夠將主減速器兩側發(fā)動機所產生的動力向槳葉與尾槳裝置中輸送。而在對直升機進行研制的過程中，對扭轉振動的研究是必不可少的，本文以直升機傳動系統的基本結構為基礎，對直升機傳動系統的扭轉振動進行了簡要分析，從而得出四點相關結論。

參考文獻

[1] 薛海峰，向錦武，張曉谷.直升機旋翼動力傳動系統模型及耦合影響[J].北京航空航天大學學報，2012，4（22）：222-223.

[2] 王輝，陳華，劉志文.直升機發(fā)動機控制系統與旋翼/動力傳動扭振系統耦合穩(wěn)定性分析[J].直升機技術，2011，5（25）：206-207.

[3] 夏南，沈允文，孟光.直升機動力—傳動—旋翼扭振系統的模態(tài)參數計算與識別[J].機械強度，2013，3（25）：154-155.