CN104670492B - 一种直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器，包括上壳体、下壳体、连接上壳体底部和下壳体顶部的滑动轴承，所述上壳体内部自上而下顺序设置有粘弹阻尼器和配重，所述下壳体内部设置有调整螺钉、线弹簧、和碟簧组件；本桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器集成了由碟形弹簧和线弹簧组成的非线性弹簧组件。直升机旋翼工作时，由于离心力的作用非线性弹簧组件被压缩至准零刚度区间，此时非线性弹簧组件的静刚度高、动刚度低，由于弹簧组件动刚度低与配重构成的“弹簧‑质量块”吸振系统可以在较宽频率范围内为摆振运动提供阻尼。
Description
技术领域
本发明是内嵌于直升机桨叶中的配重呈径向运动的阻尼器，属于直升机旋翼系统的摆振阻尼器。
背景技术
直升机旋翼摆振阻尼器是直升机旋翼系统的关键部件之一，为旋翼桨叶的摆振运动提供阻尼、匹配摆振刚度，防止直升机发生“地面共振”与“空中共振”问题。摆振阻尼器有不同的安装位置，包括桨毂与桨叶之间安装的桨毂阻尼器、桨叶之间安装的叶间阻尼器、桨叶内安装的嵌入式阻尼器等。
旋翼桨毂阻尼器根据阻尼产生的原理可以分为摩擦阻尼器、液压阻尼器、粘弹阻尼器、液弹阻尼器等。桨毂阻尼器与叶间阻尼器通过对桨叶根部的作用，在桨叶摆振运动中做负功)达到消耗摆振方向能量提高旋翼系统稳定裕度的目的，这种方法由于阻尼力作用于桨叶根部，对摆振运动的力臂较小，需要的阻尼力较大，阻尼器外形尺寸和重量较大。
嵌入式阻尼器可安装于桨叶内部靠近桨尖的部分，工作时产生的阻尼力对摆振运动的力臂较大，较小的阻尼力即可产生较好的耗能效果。同时按照配重的运动方向又可以分为嵌入式径向运动阻尼器和嵌入式弦向运动阻尼器。由于直升机桨叶的弦向重心位置对于直升机旋翼的稳定性有比较大的影响，相比较弦向运动阻尼器而言，径向运动阻尼器沿旋翼径向方向运动，对于直升机桨叶的弦向重心的影响更小。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种动力学性能稳定，减振、消振能力强的直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器。
本发明的技术方案是：一种直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器，包括上壳体、下壳体、连接上壳体底部和下壳体顶部的滑动轴承，所述上壳体内部自上而下顺序设置有粘弹阻尼器和配重，所述下壳体内部设置有线弹簧、和碟簧组件；
所述配重为圆柱形结构，一端带有外螺纹，一端开设有盲孔；
所述粘弹阻尼器包括一根T形连杆底座、套设于T形连杆底座的杆体外围的阻尼器外筒、和采用硫化成型方式将橡胶压入阻尼器外筒与杆体之间形成的橡胶粘结体；所述T形连杆底座的底座与上壳体顶部固定连接，所述阻尼器外筒底部带有内螺纹、与配重的外螺纹配套旋转固定连接；
所述碟簧组件包括碟簧组件底座、下部带有耳状结构的顶杆和碟形弹簧；所述碟簧组件底座为倒T形结构，且倒T形结构上端的杆状结构中空，内部设置有线弹簧；所述碟形弹簧串联被碟簧组件底座上端的中空杆状结构穿过套设于杆状结构；所述碟簧组件底座的中空杆状结构对称的两侧开有导向槽，顶杆通过下部的耳状结构与导向槽结合插入碟簧组件底座上端，同时与线弹簧和碟形弹簧接触，线弹簧与碟形弹簧为并联关系；顶杆顶端穿入滑动轴承后插入配重一端的盲孔中；所述碟簧组件底座的底部中空圆盘与下壳体底部固定连接。
进一步的，所述碟簧组件底座为倒T形结构、且轴向开有螺纹孔，形成底部中空圆盘和上部中空杆状结构；所述线弹簧由碟簧组件底座的螺纹孔下端穿入，然后再在螺纹孔下端旋入调整螺钉。
进一步的，所述上壳体底部和下壳体顶部分别通过内六角螺钉与滑动轴承固定。连接可靠。
进一步的，所述直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器安装于直升机桨叶内部靠近桨尖的位置，安装有配重和粘弹阻尼器的上壳体端指向桨毂中心。当直升机旋翼系统工作时，配重受到离心力作用，向桨尖方向运动，压迫碟形弹簧和线弹簧构成的非线性弹簧组件达到准零刚度状态，此时的碟簧组件具有静刚度大，动刚度小的特点。当桨叶进行摆振运动时，配重受到惯性力、哥氏力的作用，在桨叶径向方向产生往复的运动，这种运动产生对于桨叶摆振运动起抑制作用的阻尼力。由于粘弹阻尼器的T形连杆底座与上壳体固定，配重与T形连杆底座产生相对运动，橡胶粘结体剪切变形产生阻尼，控制配重的振动幅值。
本桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器具有以下有益效果：
1、本桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器集成了由碟形弹簧和线弹簧组成的非线性弹簧组件。直升机旋翼工作时，由于离心力的作用非线性弹簧组件被压缩至准零刚度区间，此时非线性弹簧组件的静刚度高、动刚度低，由于弹簧组件动刚度低与配重构成的“弹簧-质量块”吸振系统可以在较宽频率范围内为摆振运动提供阻尼。
2、本桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器的零刚度范围具有可调节性，针对不同的旋翼直径、转速不同的特点，通过更换不同刚度的线弹簧和调整调整螺钉的旋入长度控制准零刚度区间的临界压力，提高了阻尼器的适用范围。
3、本桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器集成了由碟形弹簧和线弹簧组成的非线性弹簧组件，提高了阻尼器的效能，质量利用率高、体积小，替代桨叶前部配重，在不增加桨叶重量的情况下起到提高旋翼系统稳定性和减少旋翼振动的作用。
附图说明
图1是本发明的桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器的装配展开图；
图2是本发明的桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器的剖视图；
图3是本发明中非线性弹簧机构和滑动轴承的放大剖视图；
图4是本发明中碟簧组件底座、顶杆、滑动轴承的轴测图；
图5是本发明中配重和粘弹阻尼器的放大剖面图；
图6(a)是调整螺钉旋入不同位置的结构示意图；
图6(b)是调整螺钉旋入不同位置时，弹簧组件的力-位移曲线；
图7是本发明的桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器在桨叶中的安装位置示意图；
图8是桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器对于直升机桨叶摆振运动的阻尼作用原理图；其中(a)为桨叶由于质量块沿旋转的桨叶径向运动产生沿摆振运动方向的哥氏力F1；(b)为质量块随桨叶摆振运动产生沿桨叶径向方向的哥氏力F2。
图中标号名称
1. 上壳体 2. 滑动轴承 3. 下壳体
4. 调整螺钉 5. 线弹簧 6. 碟簧组件底座
7. 内六角螺钉 8. 碟形弹簧 9. 顶杆
10. 配重 11.橡胶粘结体 12. 阻尼器外筒
13. 连杆底座 14.销钉 15. 粘弹阻尼器
16. 碟簧组件 17.直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器 18. 直升机桨叶
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
在图1、图2中，展示了直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器的整体和内部结构图。本嵌入式径向运动阻尼器主要包括上壳体1、下壳体3、连接上壳体1底部和下壳体3顶部的滑动轴承2，所述上壳体1内部自上而下顺序设置有粘弹阻尼器15和配重10，所述下壳体3内部设置有调整螺钉4、线弹簧5、和碟簧组件16。根据直升机旋翼工作参数确定配重10质量、材料、尺寸，根据旋翼直径、转速确定弹簧组件的零刚度区间临界压力，进而确定碟形弹簧8、线弹簧5的参数。
图3是碟簧组件16、滑动轴承2的装配剖视图，所述碟簧组件16包括碟簧组件底座6、下部带有耳状结构的顶杆9和碟形弹簧8；其中碟簧组件底座6、顶杆9、滑动轴承2的外形如图4，所述碟簧组件底座6为倒T形结构，且倒T形结构上端的杆状结构中空，内部设置有线弹簧5；所述碟形弹簧8串联被碟簧组件底座6上端的中空杆状结构穿过套设于杆状结构；所述碟簧组件底座6的中空杆状结构对称的两侧开有导向槽，顶杆9通过下部的耳状结构与导向槽结合插入碟簧组件底座6上端，同时与线弹簧5和碟形弹簧8接触，线弹簧5与碟形弹簧8为并联关系；顶杆9顶端穿入滑动轴承2后插入配重10一端的盲孔中；所述碟簧组件底座6的底部中空圆盘与下壳体3底部固定连接。
进一步的，作为优选的实施方式，本发明所述碟簧组件底座6为倒T形结构、且轴向开有螺纹孔，形成底部中空圆盘和上部中空杆状结构；所述线弹簧5由碟簧组件底座6的螺纹孔下端穿入，然后再在螺纹孔下端旋入调整螺钉4。使得本桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器的零刚度范围具有可调节性，针对不同的旋翼直径、转速不同的特点，通过更换不同刚度的线弹簧和调整调整螺钉的旋入长度控制准零刚度区间的临界压力，提高了阻尼器的适用范围。
图5是粘弹阻尼器15和配重10的装配剖视图，所述配重10为圆柱形结构，一端带有外螺纹，一端开设有盲孔。所述粘弹阻尼器15包括一根T形连杆底座13、套设于T形连杆底座的杆体外围的阻尼器外筒12、和采用硫化成型方式将橡胶压入阻尼器外筒12与杆体之间形成的橡胶粘结体11；所述T形连杆底座13的底座与上壳体1顶部固定连接，所述阻尼器外筒12底部带有内螺纹、与配重10的外螺纹配套旋转固定连接。根据配重10振幅的要求确定橡胶粘结体的阻尼，进而确定橡胶粘结体11材料和尺寸，由配套模具保证阻尼器外筒12、连杆底座13的相对位置和橡胶成型形状，在高温高压下将橡胶压入阻尼器外筒12与连杆底座13之间整体硫化成型。
如图2上壳体1与配重10、粘弹阻尼器用销钉固定，下壳体3与碟簧组件16固定，顶杆9穿入滑动轴承2后插入配重10上端的盲孔中。上下壳体分别通过内六角螺钉7与滑动轴承固定，结合成一个整体。如图7所示，桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器在桨叶的制造过程中预先埋入桨叶中预留的空间中，与桨叶合为一个整体。所述直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器安装于直升机桨叶内部靠近桨尖的位置，安装有配重10和粘弹阻尼器15的上壳体1端指向桨毂中心。
现介绍本桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器的工作方法。当直升机旋翼工作时，配重10受到离心力场的作用产生指向桨尖方向的力F，由于顶杆的上端插入配重的上端的盲孔内，F通过顶杆传递到由碟形弹簧组和线弹簧5上构成的碟簧组件上，因为碟簧组件的下端与下壳体固定，碟簧组件被F压缩到准零刚度状态(准零刚度状态如图6b曲线位于中虚线c、d之间的部分，此时碟簧静刚度大、动刚度小。其中e点为配重在仅受离心力场作用下的位移，当桨叶摆振运动时，配重受哥氏力作用且此时受到碟簧组件的弹性约束刚度较小可以沿阻尼器轴向方向来回运动。桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器对于直升机桨叶摆振运动的阻尼作用原理如图8所示，其a1为嵌入式径向运动摆振阻尼器、a2为嵌入式径向运动摆振阻尼器中的质量块(配重10)、Ω为旋翼转速、e为旋翼摆振铰偏置量、ζ为桨叶摆振运动、r为质量块距离摆振铰的距离，当质量块沿旋转的桨叶径向有速度为的运动v1时，会产生沿桨叶摆振运动方向的哥氏力F1(如图8a)，同时质量块随旋转的桨叶做摆振运动有速度为(v2)，会对质量块产生沿桨叶径向方向的哥氏力F2(如图8b)。上述两种运动状态实际是桨叶的摆振运动与质量块的径向运动的耦合，当粘弹阻尼器对质量块沿桨叶径向运动引入阻尼约束，也同时对桨叶的摆振运动自由度引入阻尼约束。因此可以起到提高桨叶的摆振运动方向阻尼的效果。
本发明的部分机构不是一成不变的，配重、碟簧组件内碟形弹簧、线弹簧、粘弹阻尼器的尺寸及橡胶、材料均是可以根据工作要求进行更换。
Claims (4)
1.一种直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器，其特征在于：包括上壳体(1)、下壳体(3)、连接上壳体(1)底部和下壳体(3)顶部的滑动轴承(2)，所述上壳体(1)内部自上而下顺序设置有粘弹阻尼器(15)和配重(10)，所述下壳体(3)内部设置有线弹簧(5)和碟簧组件(16)；
所述配重(10)为圆柱形结构，一端带有外螺纹，一端开设有盲孔；
所述粘弹阻尼器(15)包括一根T形连杆底座(13)、套设于T形连杆底座的杆体外围的阻尼器外筒(12)和采用硫化成型方式将橡胶压入阻尼器外筒(12)与杆体之间形成的橡胶粘结体(11)；所述T形连杆底座(13)的底座与上壳体(1)顶部固定连接，所述阻尼器外筒(12)底部带有内螺纹、与配重(10)的外螺纹配套旋转固定连接；
所述碟簧组件(16)包括碟簧组件底座(6)、下部带有耳状结构的顶杆(9)和碟形弹簧(8)；所述碟簧组件底座(6)为倒T形结构，且倒T形结构上端的杆状结构中空，内部设置有线弹簧(5)；所述碟形弹簧(8)串联被碟簧组件底座(6)上端的中空杆状结构穿过套设于杆状结构；所述碟簧组件底座(6)的中空杆状结构对称的两侧开有导向槽，顶杆(9)通过下部的耳状结构与导向槽结合插入碟簧组件底座(6)上端，同时与线弹簧(5)和碟形弹簧(8)接触，线弹簧(5)与碟形弹簧(8)为并联关系；顶杆(9)顶端穿入滑动轴承(2)后插入配重(10)一端的盲孔中；所述碟簧组件底座(6)的底部中空圆盘与下壳体(3)底部固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器，其特征在于：所述碟簧组件底座(6)为倒T形结构、且轴向开有螺纹孔，形成底部中空圆盘和上部中空杆状结构；所述线弹簧(5)由碟簧组件底座(6)的螺纹孔下端穿入，然后再在螺纹孔下端旋入调整螺钉(4)。
3.根据权利要求1所述的一种直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器，其特征在于：所述上壳体(1)底部和下壳体(3)顶部分别通过内六角螺钉(7)与滑动轴承(2)固定。
4.根据权利要求1所述的一种直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器，其特征在于：所述直升机桨叶嵌入式径向运动摆振阻尼器安装于直升机桨叶内部靠近桨尖的位置，安装有配重(10)和粘弹阻尼器(15)的上壳体(1)端指向桨毂中心。
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