直升機主傳動系統動力學特性試驗研究

摘要：【目的】為了探明引發直升機主傳動系統振動的主要激勵頻率，并揭示系統轉速、旋翼轉矩及旋翼升力對直升機主傳動系統動力學特性的影響規律?！痉椒ā坎捎迷囼灧椒▽χ鄙龣C主傳動系統開展了動力學特性研究，包括額定工況試驗、不同旋翼轉矩試驗、不同旋翼升力試驗和不同轉速試驗?！窘Y果】結果表明，直升機主傳動系統高速級振動最大，行星級振動次之，中間級振動較小，低速級振動最??；直升機主傳動系統各級傳動系統的振動激勵既可沿傳動鏈功率方向傳遞，又可沿逆功率流方向傳遞；高速級、低速級和行星級齒輪嚙合激勵是引發系統相應級振動的最主要激勵，而引發系統中間級振動的主要激勵是行星級和高速級嚙合頻率；當旋翼轉矩大于3 000 N·m時，直升機主傳動系統振動隨旋翼轉矩的增加而逐漸增大；而旋翼升力對系統振動的影響相對較小。

關鍵詞：直升機；主傳動系統；動力學特性；動態試驗

中圖分類號：V275；TH113 DOI：10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2025. 04. 015

0 引言

直升機主傳動系統是將發動機動力傳遞到螺旋槳的關鍵核心部件，其動力學特性直接影響直升機的安全性、可靠性及舒適性[1-2]。長期以來，學者們一直致力于直升機主傳動系統動力學特性方面的研究。林何等[3]、許兆棠[4]、ZHANG 等[5]、ZHANG 等[6]、CHEN等[7]分別以不同型號的直升機主傳動系統為研究對象，采用集中參數法構建其純扭轉動力學模型，研究了系統的扭振特性。郭家舜等[8]、付晨曦等[9]運用集中參數法建立了直升機主傳動系統的平移-扭轉動力學模型，探究了系統的動力學特性。張琳等[10]對直升機主傳動系統的機匣進行結構拓撲優化，從而降低了系統振動噪聲。高潔等[11]運用有限元法研究了結構彈性變形對直升機主傳動系統齒面受載的影響規律。許華超等[12-13]、蔣函成等[14]采用集中參數/有限元混合建模法建立了計入傳動軸和機匣結構柔性的直升機主傳動系統動力學模型，發現結構柔性對系統動力學特性具有重要影響。由于直升機主傳動系統試驗臺造價成本高，現有研究通常采用理論方法對直升機主傳動系統動力學特性進行研究。

相較于理論動力學建模，動力學特性試驗能夠直觀反映齒輪傳動系統的真實運行狀態，無須簡化與假設，且所得結論及影響規律更加準確、可靠。因此，動力學特性試驗無疑是研究齒輪傳動系統動力學特性最有效的方式。INALPOLAT等[15]搭建了能夠揭示行星輪系調制現象的動力學特性試驗臺，運用試驗方法研究了負載和轉速對行星輪系振動信號調制現象的影響規律。隨后，HONG等[16]采用試驗方法測試獲得了齒根應力，對高速齒輪的疲勞壽命開展了試驗研究。HOTAIT等[17]搭建了能夠測試齒輪副動態傳遞誤差及動態應力的試驗臺，探明了在不同負載和轉速下系統的動態傳遞誤差與動態應力之間的關系。XIAO等[18]運用試驗方法研究了顆粒阻尼對齒輪傳動系統動態特性的影響規律。張睿等[19-20]基于采煤機截割部齒輪箱動力學特性試驗，研究了拍振、電動機啟動沖擊、牽引速度和煤層硬度對系統動力學特性的影響。盡管試驗方法是研究直升機主傳動系統動力學特性最有效的方式，但目前有關直升機主傳動系統動力學特性試驗研究的報道較少。

針對上述問題，本文開展了直升機主傳動系統動力學特性試驗，包括額定工況試驗、不同旋翼轉矩試驗和不同旋翼升力試驗，探明了引發系統振動的主要激勵頻率，揭示了輸入轉速、旋翼轉矩和旋翼升力對直升機主傳動系統動態特性的影響規律，為直升機主傳動系統動力學優化設計奠定了基礎。