CN102700711A - 一种直升机旋翼液压减摆器的布局 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直升机旋翼液压减摆器的布局，所提出的液压减摆器一端通过内侧支臂连接在桨毂上，另一端则通过外侧支臂连接在桨叶变距轴上，并且挥舞铰、摆振铰和变距铰均位于内侧支臂与外侧支臂连接点之间。液压减摆器外侧支臂与无变距操作时的桨叶平面的夹角与等于总距角，且内侧支臂长度大于等于内侧支臂长度的3倍，液压减摆器的等效线性阻尼得到较大提高，此时能够达到提高直升机旋翼结构动稳定性的目的。

Description

一种直升机旋翼液压减摆器的布局

技术领域

本发明属于直升机结构设计领域，具体涉及直升机旋翼液压减摆器的布局设计，可用于铰接式、半铰接式、无铰式和无轴承式直升机设计。

背景技术

由于直升机旋翼和机体的复杂性，旋翼桨叶的挥舞、摆振和变距运动之间存在的耦合作用，以及机体和旋翼之间的耦合，使得直升机系统异常复杂。当直升机旋翼和机体系统的振动满足一定条件后会存在较为严重的共振问题，因此避免地面和空中共振是直升机结构设计的永恒主题。为了避免共振，在旋翼结构设计中引入了减摆器，期望可以通过引入阻尼达到减振设计目的。

随着直升机技术的发展，旋翼减摆器已由第一代摩擦减摆器发展到了第二代的液压减摆器甚至是第三代的粘弹减摆器。第一代的摩擦减摆器受环境和湿度影响大，而且每飞行日前的力矩检查大大增加了使用维护成本。虽然第三代粘弹减摆器正在逐步取代摩擦减摆器和液压减摆器，但是第三代的粘弹减摆器在直升机中的应用仍然存在诸多问题。由于第二代液压减摆器具有受环境影响因素较小和阻尼大等优点，在各种铰接式和无铰式直升机中仍然被广泛采用。采用液压减摆器能够阻滞桨叶的摆振运动，从而避免共振的发生。

为了达到避免地面/空中共振，提高动稳定性的目的，液压减摆器必须具有足够的有效阻尼。普通金属铰接式旋翼系统中的液压减摆器比较简单，由于出现了弹性球轴承、无铰式旋翼和无轴承旋翼，液压减摆器与旋翼之间存在着耦合作用，使得原本复杂的旋翼系统更加复杂。此外液压减摆器的特点，其有效阻尼主要取决于轴向速度的大小，而直升机在前飞或者大重量情况下的机动飞行时，几何耦合作用可能会大大增加液压减摆器的轴向速度幅值，当此速度值达到一定数值之后，可能会大大降低减摆器的有效阻尼，从而对直升机的动稳定性产生不利影响，因此如何设计液压减摆器成为了重要因素。现阶段，液压减摆器有桨叶浆毂连接和桨叶间连接两种方法。当桨叶数目较少的情况下，往往采用桨叶浆毂连接方式。等效线性阻尼是液压减摆器的重要参数，直接关系到直升机旋翼的动稳定性，由于不同的桨叶浆毂连接方式对等效线性阻尼有较大影响，桨叶浆毂连接方式中液压减摆器大部分位于摆振铰的两侧，挥舞铰和变距铰对其运动均没有影响。当液压减摆器一端与浆毂相连，另一端连接在变距轴或者桨叶上，挥舞、摆振和变距运动均会对减摆器产生影响。传统液压减摆器设计并不考虑等效线性阻尼，但是不同的布置方式会对等效线性阻尼产生较大影响，因此常规的布置方法难以使减摆器达到最佳的减振效果，从而影响直升机旋翼的动稳定性。

发明内容

本发明针对目前直升机旋翼系统减摆器的布局设计问题，提出了一种提高直升机旋翼液压减摆器等效线性阻尼，从而达到改善动稳定性的布局方式。

本发明提出的布局方式为：液压减摆器一端通过内侧支臂连接在桨毂上，另一端则通过外侧支臂与旋翼桨叶的变距轴相连，并且挥舞铰、摆振铰和变距铰均位于两支臂之间。液压减摆器外侧支臂与无变距操作时的桨叶平面的夹角等于总距角，内侧支臂长度大于等于外侧支臂长度的3倍。

本发明的优点在于：

（1）采用该布局设计液压减摆器的安装角度和安装支臂长度，能够显著增加等效线性阻尼，并且大大降低液压减摆器轴向速度幅值，避免由于速度值超过减摆器阈值而使减摆器等效线性阻尼的降低。

（2）采用本发明提出的液压减摆器布局能够大大提高直升机结构的动稳定性。

附图说明

图1是本发明中采用旋翼液压减摆器结构布局示意图；

图2是本发明中采用旋翼液压减摆器的支臂长度示意图。

图中:

1、液压减摆器；  2、旋翼桨叶；  3、挥舞铰；

4、摆振铰；      5、变距铰；    6、桨毂；

7、内侧支臂；    8、外侧支臂。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提出的一种提高直升机动稳定性的液压摆振器布局设计方案进行详细说明。

本发明采用线性气动力，考虑了旋翼桨叶的挥舞、摆振和变距运动，忽略了摆振对挥舞和变距的气动力和惯性力影响，从而得到旋翼桨叶摆振运动方程，然后采用数值算法求解计算并对比分析各种布局情况下的等效线性阻尼和减摆器的轴向速度，得到了一种较好的旋翼桨叶液压减摆器的布局。

本发明提出的布局方式如图1所示，液压减摆器1的外侧支臂8与无变距操作时的桨叶平面的夹角α等于总距角，且内侧支臂7长度大于等于外侧支臂8长度的3倍，所述的桨叶平面为由桨叶剖面中心线连接而成的平面。核心思想是通过合理设计液压减摆器1的安装角度、内侧支臂7长度和外侧支臂8长度，得到减小液压减摆器1轴向速度和增加其阻尼的最佳布局形式，从而达到改善直升机动稳定性的目的。

等效阻尼的计算步骤为首先计算作用在旋翼桨叶2的摆振面内的惯性力、离心力、哥氏力、气动力和液压减摆阻尼力将对摆振铰产生相应的力矩，从而建立摆振运动的相关方程，通过数值计算即可得到挥舞、摆振和变距全耦合情况下的等效线性阻尼值。

如图1所示为旋翼液压减摆器1与旋翼桨叶2的连接结构示意图，液压减摆器1的一端通过内侧支臂7连接在桨毂6上的A点，另外一端通过外侧支臂8与旋翼桨叶2变距轴上的B点相连。液压减摆器1的内侧支臂7与桨毂6之间和外侧支臂8与旋翼桨叶2的变距轴之间均采用固定连接的方式，液压减摆器1与内侧支臂7和外侧支臂8则采用铰接连接方式。挥舞铰3、摆振铰4和变距铰5顺次串接在A点与B点之间。当桨叶具有挥舞、摆振和变距三个铰的运动时，它们之间的耦合作用将会使液压减摆器1产生附加的轴向运动。图1中所示的α角为外侧支臂8与无变距操作时的桨叶平面的夹角，本发明提出的液压减摆器1的外侧支臂8与无变距操作时的桨叶平面的夹角α与总距角相同，可以降低变距几何耦合的影响，使液压减摆器1维持最大的有效阻尼，此处的桨叶平面为由桨叶剖面中心线组成的平面。图2所示为液压减摆器1的支臂长度示意图，液压减摆器1通过内侧支臂7连接在浆毂6上的A点，通过外侧支臂8连接在旋翼桨叶2的变距轴上的B点，本发明提出的液压减摆器1布局设计方法中外侧支臂8比内侧支臂7要短且满足内侧支臂7长度大于等于外侧支臂8长度的3倍，同时在液压减摆器1外侧支臂8与无变距操作时的桨叶平面的夹角α与总距角相同的情况下，等效线性阻尼达到最大值。当液压减摆器1外侧支臂8长度减小时，变距几何耦合影响将会减小，从而导致了液压减摆器1的速度幅值的减小和等效线性阻尼的增加。

为了验证所提出来的液压减摆器布局方式在提高等效线性阻尼方面的作用，采用此算例进行验证。算例中旋翼具有4片铝合金直桨叶，弦长0.0254m，旋翼半径0.0986m，旋翼频率为30Hz，直升机前飞速度为60m/s。作为对比实施例，安装内侧支臂7和外侧支臂8长度分别为0.0305m和0.0279m，总距角为12°，外侧支臂8与无变距操作时的桨叶平面的夹角为0°，此时液压减摆器的等效线性阻尼为2016Ns/m。

采用本发明方法重新设计液压减摆器布局方式为外侧支臂8与无变距平面之间的夹角为12°，而安装内侧支臂7和外侧支臂8长度则分别设置为0.0454m和0.0140m，内侧支臂与外侧支臂长度之比大于3。此时液压减摆器1的等效线性阻尼为4600Ns/m，本发明提供的布局方案比对比实施例提供的设计方案相比，液压减摆器的等效线性阻尼提高了128％，能够显著提高直升机旋翼的动稳定性。

Claims (3)

1.一种直升机旋翼液压减摆器的布局，其特征在于：液压减摆器一端通过内侧支臂连接在桨毂上的A点，另一端则通过外侧支臂连接在旋翼桨叶的变距轴上B点，并且挥舞铰、摆振铰和变距铰顺次连接在A点和B点之间。

2.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼液压减摆器的布局，其特征在于：液压减摆器外侧支臂与无变距操作时的桨叶平面的夹角等于总距角，液压减摆器内侧支臂长度大于等于外侧支臂长度的3倍。

3.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼液压减摆器的布局，其特征在于：液压减摆器的内侧支臂与桨毂之间和外侧支臂与变距轴之间均采用固定连接的方式，液压减摆器与内侧支臂和外侧支臂则采用铰接连接方式。

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