直升機機載設備隔振設計方法

丁盛國

摘 要：直升機振動包含周期性的中低頻分量，這是直升機在空中發生振動故障的主要原因。本文分析了直升機的振動特性，以旋翼一階通過頻率下的隔振效率作為系統的核心設計參數，介紹了直升機在航空產品中的隔振系統的設計要求。以某型直升機在空中為例，設計了隔振系統平臺，有效降低了該件設備的振動。

關鍵詞：直升機;機載設備;隔振

引言

近年來，得益于更好的機動性和懸停性能，起降時不受地形限制，各種先進的電子偵察設備和武器系統提高了直升機的功能性能。它們用于軍事和民用領域，如偵察、運輸和反恐。效果明顯，直升機邁出了一大步。一方面，對直升機機動性的要求越來越高，發動機功率和旋翼產生的升力越來越大。由此產生的不平衡振動導致直升機的振動增加。電子設備的準確性、可靠性和預期壽命，例如B、直升機光電偵察裝置和武器瞄準系統也較高。在設計飛行和資格審查階段，設備損壞通常是由設備振動引起的。直升機振動問題引起了大家的興趣。尹春旺等。討論了基于構造、制造和測試連接的直升機減振方法。劉曉輝，許新喜等。討論了中國軍用直升機建造過程中的噪聲和減振方法。梁廷偉等為了抑制直升機槳葉系統的振動，孫東紅等人。與直升機機載產品振動環境研究相關的問題。國家科學家目前正在更詳細地研究直升機及其部件的主動和半主動控制技術。在分析直升機振動環境的基礎上，提出了在直升機機載設備上安裝隔振裝置的幾個指導原則。有針對性的被動隔振方法可有效降低電子設備在空氣中的振動等級，提高抗振精度和可靠性。

1直升機機載振動特點分析

直升機振動是一個極其復雜的系統，具有多種振動源。一方面，旋翼系統、傳動系、發動機等振源裝置產生不平衡振動;另一方面，這些振源裝置和飛機高速運行時外表面的氣動載荷使機身、機房、儀表板和起落架。在受迫振動中，直升機振動的主要來源是旋翼系統。激勵的主要形式是類似于正弦激勵的多重單頻激勵。主頻率是主螺旋槳的飛行頻率及其諧波頻率。驅動系統和電機也是振動的主要來源。傳動系終傳動輸入軸的不平衡和齒輪之間的齒的嚙合產生類似于正弦激勵的多頻激勵。發動機振動主要是由發動機葉片旋轉時不平衡的部件引起的。由旋轉部件引起的多個單頻正弦激勵和由劣質正弦元件、氣動噪聲等引起的寬帶隨機振蕩共同構成了飛行器振動環境，其中Fi為正弦分量。根據主螺旋槳、傳動系、尾旋翼等引起飛機所在區域振動的裝置的不同作用，將直升機機載設備的振動環境劃分為不同的部分，其振動幅值每個部分明顯不同。

2設備安裝過程探析

振動對設備的影響主要與以下三個方面有關：降低設備的精度甚至破壞設備的功能。例如，低頻轉子振動引起大位移，使光學設備無法成像，中高頻振動頻率耦合到慣性導航設備，導致定位偏差。它們有不可預測的后果;長期振動引起設備疲勞，主要是電子設備結構元件疲勞失效;振動幅度過大導致硬件結構出現振動裂紋，主要包括電子設備內部電路板接口焊點的裂紋和堵塞。來自直升機旋翼的高正弦激勵值是設備結構損壞的主要原因。降低設備的精度和對結構的破壞。高頻寬帶振動是電路板上焊點開裂和降低慣導設備精度的主要原因。直升機空中設備通常集中在飛機的前部設備艙，附著在儀表盤和駕駛艙上，是螺旋槳主要影響區域的一部分。因此，主螺旋槳的一階頻率是隔振系統應考慮的最低隔振頻率。根據直升機振動特性和沖擊規律，提出了直升機機載電子設備對隔振系統的要求。

3安裝過程振動影響因素分析

3.1頻率特性

隔振系統的傳遞率、阻尼系數和頻率系數之間的關系，根據傳遞系數是否大于1可分為共振區和隔振區。如果激勵頻率與振動頻率之比小于隔振系統，則系統的隔振屬于共振區;當激振頻率與隔振系統頻率之比超過時，隔振系統具有減振作用。這是隔離區。頻率系數越高，絕緣效果越好。同時，隔振系統的剛度也較低。系統的靜態撓度越大，隔振系統所需的結構就越大。轉子的一階躍遷頻率一般為15Hz～25Hz，為了使隔振系統有更好的隔振效果，考慮到隔振系統的尺寸和位移空間，隔振系統一般設計為（0.3～0.5）F1。其中，隔振系統在第一排轉子運行頻率下傳遞速度的降低是隔振系統的基本設計指標。

3.2阻尼特性

系統的阻尼系數越大，共振增加越小，傳輸的減少通常很小。在直升機的空氣環境中，由于空間原因，隔振系統的固有頻率不能太低。轉子的一次通過頻率與隔振系統的頻率之比通常大2-3倍。簡單地追求高阻尼系數會導致轉子的第一次通過頻率。阻尼系數降低。如果阻尼系數過低，系統的激勵頻率必須在直升機啟動階段超過隔振系統的頻率，否則會因過高的共振而損壞裝置。因此建議將直升機減振系統的阻尼系數設置在0.1～0.15的范圍內，相應的放大倍數為3～5。

4隔震平臺技術

由于直升機飛行過程中旋翼受到六個空間方向的擾動，因此隔振平臺必須能夠同時隔離六個空間方向的振動擾動。Stewart平臺作為典型的并聯機構，具有承載能力高、結構緊湊穩定、精度高、動態性能好等優點。是實現空間六自由度隔振的理想設計。在本章中，Stewart設計了一個使用磁流變阻尼器隔離振動的半主動平臺，并使用結構設計和理論建模對其進行了深入研究。隔振器的工作原理分為兩種：一種是振幅絕緣，另一種是絕緣強度。直升機主隔振系統是力隔離模型的一部分，即主要減少旋翼激振力/力矩向機身的傳遞。在剛性基礎模型中，如果基礎質量遠大于絕緣物體的質量，則基礎運動可以忽略不計。由于直升機旋翼/主減速系統的質量略小于機身質量，因此直升機主減速和隔熱系統的設計應考慮機身質量。與現有技術相比，所設計的隔振平臺具有以下有益效果：

（1）隔振平臺采用磁流變阻尼器降低低頻共振峰，采用柔性襯套降低高頻高頻振動，在隔振較寬的頻段具有良好的隔振效果;

（2）通過調整臂架上的鎖緊螺母，更換不同剛度的柔性襯套，使防振平臺具有良好的通用性，能適應不同質量的轉子/主減速系統;

（3）利用磁流變阻尼器的高可控性和Stewart平臺良好的穩定性，將磁流變阻尼器插入Stewart平臺，在隔振平臺的空間內實現六向隔振，保證平臺的可靠性。隔振平臺高，易于控制;

（4）控制器實時控制相應磁流變阻尼器的輸入電流，當上平臺振動環境發生變化時，可以達到更好的隔振效果;

（5）通過設計鉸鏈塊，保證相鄰支腿相互垂直，形成Stewart平臺的立方結構，使隔振平臺在所有空間方向上的控制性能更加一致，可以最大限度地減少支腿之間的距離移動離合器。

5結語

分析了直升機振動的特點及直升機振動環境對機載電子設備的破壞形式，提出了直升機機載設備隔振裝置的相關要求，提出了機載設備一階通過頻率下的阻尼效率。主轉子是隔振系統的核心設計參數;以儀表盤為例，設計了一套隔振系統平臺，有效降低了儀表盤的振動，具有很強的工程參考意義。

參考文獻

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