CN105156532A - 永磁式电涡流耗能动力吸振器 - Google Patents

Abstract

一种永磁式电涡流耗能动力吸振器，第一导轨、第一直线轴承、永磁铁、螺旋弹簧、第二导轨和第二直线轴承均位于所述套管内，配重管套装并固紧在所述套管的外圆周表面。通过弹簧、永磁铁和感应电涡流产生的磁场实现吸振，套管、永磁铁、弹簧和配重管共同组成永磁式电涡流耗能动力吸振器，满足小型化要求；本发明的质量、刚度和阻尼值均方便调节。本发明应用动力吸振器的最优参数设计原理，可以最大程度的减小被控系统的共振峰值，试验结果表明，该电涡流动力吸振器对悬臂梁系统的最大减幅比为98％，并具有稳定性好，结构简单的特点。

Description

永磁式电涡流耗能动力吸振器

技术领域

本发明涉及工程结构动力吸振器技术领域，具体是一种永磁式电涡流耗能动力吸振器。

背景技术

飞机在进行高机动性飞行时，气流经过机翼会发生分离形成分离涡，在某些情况下，分离涡在到达飞机垂尾之前会发生破裂，形成高度紊乱的非定常尾涡流，尾涡流往往会直接击打在飞机垂尾上，这极大的限制了其机动飞行包线，发生严重的抖振现象，引起飞机垂尾振动疲劳断裂。在航空事业快速发展的过程中，飞机垂尾的抖振问题严重影响飞机安全性和舒适性，逐渐引起了研究者的重视。

采用动力吸振器来抑制飞机垂尾抖振是一种常见的方法，它一般分为：主动型、被动型、半主动型和混合型四种形式。对于动力吸振器的理论研究证明，动力吸振器存在一个最佳的阻尼系数和弹簧刚度，将参数调整为此值时，结构能得到最有效的吸振效果，大于或小于此值，吸振效果将有所降低。为此，在工程实践中，都将动力吸振器的参数设计为可以调整。并且要求参数长期稳定，这样可以保证结构在很长时间内具有最有效的吸振效果。

由于同一型号的飞机垂尾结构的动力学参数保持不变，所以高可靠性、高稳定性、不需要外界提供能量的被动型动力吸振器更适用于抖振抑制。被动型动力吸振器的阻尼环节一般采用橡胶材料、油阻尼、摩擦效应提供阻尼，但是橡胶材料易氧化，油阻尼器存在漏油、摩擦阻尼易存在磨损。因此，动力吸振器的参数在使用过程中必将发生改变，上述阻尼机制不能满足飞机垂尾的制振要求。近年来，出现了多种永磁式动力吸振器，但其多用于对土木工程结构或大型机械结构的振动抑制，体型较大，不能应用于飞机垂尾结构中。在ZL02137297.7的发明专利中，同济大学公开了一种电磁涡流耗能调谐阻尼器，该阻尼器为我国最早应用电涡流耗能原理的阻尼器，可将阻尼系数设定在最佳值，并且可保持长期稳定工作，但体积巨大，只能应用于高层建筑中。湖南大学在公告号为CN101761146B的发明专利中公开了一种永磁式电涡流调谐质量阻尼器，该阻尼器采用电涡流作为阻尼元件，具体适用于桥梁刚性吊杆的风振控制。以上两种方案均体积较大，不适用于飞机垂尾的抖振抑制。山东理工大学在公开号为CN102207164A的发明发明承载中公开的电磁阻尼减振器虽然体积较小，但是没有应用最优参数设计原理设计吸振器参数，其不适用于在共振频率附近的持续外激励作用情况。

发明内容

为克服现有技术中存在的体积巨大、不适于抑制飞机垂尾的抖振的不足，本发明提出了一种永磁式电涡流耗能动力吸振器。

本发明包括定位板、第一导轨、第一直线轴承、套管、配重管、永磁铁、小连接件、螺旋弹簧、大连接件、第二导轨和第二直线轴承。所述第一导轨、第一直线轴承、永磁铁、螺旋弹簧、第二导轨和第二直线轴承均位于所述套管内，配重管套装并固紧在所述套管的外圆周表面。其中：

大连接件固定在所述套管一端的端面。第二直线轴承装入所述大连接件内，并使该第二直线轴承的法兰内端面与所述大连接件的外端面贴靠。第一直线轴承固定在所述套管另一端的端面。所述第一导轨的一端装入所述第一直线轴承内；所述第二导轨的小直径端装入所述第二直线轴承内，并使该第二导轨小直径端的端头装入第一导轨端面的盲孔中，并且二者之间过盈配合。

所述第二导轨大直径端端面安装有定位板；所述第一导轨的一端亦安装有定位板。所述分别位于套管两端的两个定位板外端面之间的距离与该永磁式电涡流耗能动力吸振器在飞机垂尾内安装位置处的宽度相等；所述两个定位板的外端面为与飞机垂尾内腔型面相配合的弧面。

所述第一直线轴承、第二直线轴承、第一导轨和第二导轨均与所述套管同轴。

小连接件套装在所述第二导轨的小直径段上，并使该小连接件的一个端面与第二导轨上的阶梯间形成的端面贴合。螺旋弹簧套装在第二导轨的大直径段上，并使螺旋弹簧的一端与大连接件焊接，另一端与小连接件焊接。永磁铁套装在所述第二导轨的小直径段上，并位于小连接件另一个端面与第一导轨有盲孔的端面之间。

所述分别位于套管两端的各直线轴承的外端面与各定位板内端面之间的距离相等。

所述套管的一端为敞口，另一端的端板上有中心孔。该套管的内径比永磁铁的外径大1～2mm；套管的外径与配重管的内径相同。所述套管一端端板上中心孔的孔径略大于第二直线轴承的外径。在所述套管敞口一端管壁的端面上均布有螺孔，在所述套管另一端端板的外缘均布有螺孔；在该套管中部的外圆周表面均布有用于与配重管固连的螺栓的螺孔。

所述大连接件的内径略大于直线轴承的外径，使两者之间间隙配合；该大连接件的外径与套筒的外径相同。所述小连接件的内径与第二导轨小直径段的直径相同，二者为间隙配合，该小连接件的外径与螺旋弹簧的内径相同。

所述各定位板与第一导轨或第二导轨配合的端面为平面；所述各定位板的另一个端面均为弧面，并且该弧面的弧度与飞机垂尾安装部位的蒙皮曲率相同。

所述第二导轨的外圆周表面为二级阶梯状，并且该导轨的大直径段的直径与直线轴承的内径相同，小直径段的直径与位于第一导轨端面的盲孔的孔径相同。在该第二导轨大直径段的端面有定位板。所述第一导轨的外径与第一直线轴承的内径相同。在该第一导轨一端端面的中心加工有与第二导轨小直径段配合的盲孔。在该第一导轨另一端端面有定位板。

本发明的目的是设计一种用于抑制飞机垂尾抖振的永磁式电涡流耗能动力吸振器，使其体型较小、参数方便调节，能在长时间内稳定可靠。

本发明中的螺旋弹簧与大连接件、小连接件焊接后成为一个整体，小连接件通过第二导轨与飞机垂尾连接，大连接件与套管连接，即螺旋弹簧一端间接与飞机垂尾连接，一端间接与套管连接。永磁铁与套管组成动力吸振器的阻尼元素，套管、配重管、大连接件、第一直线轴承、第二直线轴承及起连接作用的螺栓共同组成动力吸振器的质量元素。飞行中，当飞机垂尾受到不稳定的分离涡流等外激励时，以套管为主体的质量元素通过直线轴承沿导轨同步同向左右运动，并且第一直线轴承沿第一导轨运动，第二直线轴承沿第二导轨运动。通过阻尼元素吸收外界输入的能量，达到吸振效果。

工作时，永磁铁通过两个导轨和两个定位板与飞机垂尾固连，套管沿两导轨左右振动，即套管做切割磁感线运动。当存在外激励时，弹簧首先产生弹性力，以减缓外界的激振力。随着套管作切割磁感线运动，穿过套管的磁通量发生改变，套管诱导产生感应电动势，继而产生感应电涡流，感应电涡流产生磁场。由楞次定律知，感应电涡流产生的磁感应磁场总是阻碍磁通密度的变化，因此能够减缓套管与磁铁的相对运动，并且由于电阻的作用，动力吸振器能消耗外界输入的能量，进而起到吸振作用。

本发明是一种非接触式耗能、阻尼比精确可调，能对飞机垂尾等结构起到抑振的动力吸振器。与现有技术比较，本发明的优点如下：

1、通过弹簧、永磁铁和感应电涡流产生的磁场实现吸振，并选用铷铁硼超强永磁铁可以明显减小永磁铁的尺寸，套管、永磁铁、弹簧和配重管共同组成一个结构紧凑的永磁式电涡流耗能动力吸振器，满足小型化要求。

2、对于不同减振要求，可以选择不同的吸振器参数，本发明的质量、刚度和阻尼值均方便调节，可以适用于不同要求的工程实践中。质量参数可以通过改变配重管的质量进行调节，刚度参数可以通过改变弹簧刚度进行调节，阻尼参数可以通过改变磁铁的高度进行调节。

3、利用非接触式阻尼力，并实现刚度和阻尼的完全分离，方便动力吸振器参数设计，零部件性能几乎不随时间发生改变。而且不像粘弹性材料或依靠摩擦提供阻尼的动力吸振器，稳定性和可靠性不高，零部件易损坏失效，不能长期保持最佳的工作状态。

4、由于结构简单，制造方便，体型较小，可以在飞机垂尾内部实现多重动力吸振器的设计方案，克服飞机垂尾内部空间不足的问题。

5、本发明应用动力吸振器的最优参数设计原理，可以最大程度的减小被控系统的共振峰值，试验结果表明，该电涡流动力吸振器对悬臂梁系统的最大减幅比为98％。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。图中：

1.定位板；2.第一导轨；3.第一直线轴承；4.套管；5.配重管；6.永磁铁；7.小连接件；8.螺旋弹簧；9.螺栓；10.大连接件；11.第二导轨；12.第二直线轴承。

具体实施方式

本实施例是一种永磁式电涡流耗能动力吸振器，包括定位板1、第一导轨2、第一直线轴承3、套管4、配重管5、永磁铁6、小连接件7、螺旋弹簧8、大连接件10、第二导轨11和第二直线轴承12。所述第一导轨2、第一直线轴承3、永磁铁6、螺旋弹簧8、第二导轨11和第二直线轴承12均位于所述套管4内，配重管5套装在所述套管的外圆周表面，并通过螺栓9固紧。其中：

大连接件10通过螺栓9固定在所述套管4一端的端面。第二直线轴承12装入所述大连接件10内，并使该第二直线轴承12的法兰内端面与所述大连接件10的外端面贴靠。第一直线轴承3通过螺栓9固定在所述套管4另一端的端面。所述第二导轨11的小直径端装入所述第二直线轴承12内；所述第一导轨2的一端装入所述第一直线轴承3内；所述第二导轨11小直径端的端头处装入位于第一导轨2端面的盲孔中，并且二者之间过盈配合。

所述第二导轨11大直径端端面安装有定位板1；所述第一导轨2的一端亦安装有定位板1。所述分别位于套管两端的两个定位板外端面之间的距离与该永磁式电涡流耗能动力吸振器在飞机垂尾内安装位置处的宽度相等；所述两个定位板的外端面为与飞机垂尾内腔型面相配合的弧面。

所述分别位于套管两端的各直线轴承的外端面与各定位板内端面之间的距离相等。

所述第一直线轴承3、第二直线轴承12、第一导轨2和第二导轨11均与所述套管同轴。

小连接件7套装在所述第二导轨11的小直径段上，并使该小连接件7的一个端面与第二导轨上的阶梯间形成的端面贴合。螺旋弹簧8套装在第二导轨11的大直径段上，并使螺旋弹簧8的一端与大连接件10焊接，另一端与小连接件7焊接。永磁铁6套装在所述第二导轨11的小直径段上，并位于小连接件7另一个端面与第一导轨2有盲孔的端面之间。

所述的直线轴承为标准件LMF-8SUU。

所述套管4的一端为敞口，另一端的端板上有中心孔。该套管4的内径比永磁铁6的外径大1～2mm；套管4的外径与配重管5的内径相同。所述套管一端端板上中心孔的孔径略大于第二直线轴承12的外径。在所述套管敞口一端管壁的端面上均布有螺孔，在所述套管另一端端板的外缘均布有螺孔；在该套管中部的外圆周表面均布有用于与配重管5固连的螺栓9的螺孔。

所述的大连接件10为圆环状。该大连接件的内径略大于直线轴承3的外径，使两者之间间隙配合；该大连接件的外径与套筒4的外径相同。在所述大连接件10上均布有用于与套管固连的径向螺孔，以及与第二直线轴承固连的径向螺孔。

所述的小连接件7亦为圆环状。该小连接件的内径与第二导轨11小直径段的直径相同，二者为间隙配合，该小连接件的外径与螺旋弹簧8的内径相同。

所述第二导轨11的外圆周表面为二级阶梯状，并且该导轨11的大直径段的直径与直线轴承3的内径相同，小直径段的直径与位于第一导轨2端面的盲孔的孔径相同。在该第二导轨大直径段的端面有定位板1。

所述第一导轨2的外径与第一直线轴承3的内径相同。在该第一导轨一端端面的中心加工有与第二导轨11小直径段配合的盲孔。在该第一导轨另一端端面有定位板1。

所述各定位板均通过铆钉与飞机垂尾固连。所述各定位板1与第一导轨2或第二导轨11配合的端面为平面；所述各定位板1的另一个端面均为弧面，并且该弧面的弧度与飞机垂尾安装部位的蒙皮曲率相同。

装配时：

所述螺旋弹簧8一端与大连接件10一端焊接，并二者同轴，螺旋弹簧8另一端与小连接件7一端焊接，并二者同轴，小连接件7置于螺旋弹簧内。

所述第二导轨11小直径端依次安装焊有大连接件10与小连接件7的螺旋弹簧8、永磁铁6，并与第一导轨2盲孔端过盈配合。

所述配重管5套装在套管4的中部，并通过螺栓连接，套管4倘口端与大连接件10通过螺栓连接，将第一直线轴承3套入第一导轨2中，并与套管4中心孔端通过螺栓连接，第二直线轴承12套入第二导轨11中，与大连接件10通过螺栓连接。

所述第一导轨2一端与定位板1平面端焊接，第二导轨11一端与定位板1平面端焊接。两个定位板1的外端面分别与飞机垂尾蒙皮铆接。

工作时，所述螺旋弹簧8与大连接件10、小连接件7焊接后成为一个整体，小连接件7通过第二导轨11与飞机垂尾连接，大连接件10与套管4连接，即螺旋弹簧8一端间接与飞机垂尾连接，一端间接与套管4连接。永磁铁6与套管4组成动力吸振器的阻尼元素，套管4、配重管5、大连接件10、第一直线轴承3、第二直线轴承12及起连接作用的螺栓9共同组成动力吸振器的质量元素。飞行中，当飞机垂尾受到不稳定的分离涡流等外激励时，以套管4为主体的质量元素通过直线轴承沿导轨同步同向左右运动，并且第一直线轴承3沿第一导轨2运动，第二直线轴承12沿第二导轨11运动。通过阻尼元素吸收外界输入的能量，达到吸振效果。

Claims (6)

1.一种永磁式电涡流耗能动力吸振器，其特征在于，包括定位板、第一导轨、第一直线轴承、套管、配重管、永磁铁、小连接件、螺旋弹簧、大连接件、第二导轨和第二直线轴承；所述第一导轨、第一直线轴承、永磁铁、螺旋弹簧、第二导轨和第二直线轴承均位于所述套管内，配重管套装并固紧在所述套管的外圆周表面；其中：

大连接件固定在所述套管一端的端面；第二直线轴承装入所述大连接件内，并使该第二直线轴承的法兰内端面与所述大连接件的外端面贴靠；第一直线轴承固定在所述套管另一端的端面；所述第一导轨的一端装入所述第一直线轴承内；所述第二导轨的小直径端装入所述第二直线轴承内，并使该第二导轨小直径端的端头装入第一导轨端面的盲孔中，并且二者之间过盈配合；

所述第二导轨大直径端端面安装有定位板；所述第一导轨的一端亦安装有定位板；

所述分别位于套管两端的两个定位板外端面之间的距离与该永磁式电涡流耗能动力吸振器在飞机垂尾内安装位置处的宽度相等；所述两个定位板的外端面为与飞机垂尾内腔型面相配合的弧面；

所述第一直线轴承、第二直线轴承、第一导轨和第二导轨均与所述套管同轴；

小连接件套装在所述第二导轨的小直径段上，并使该小连接件的一个端面与第二导轨上的阶梯间形成的端面贴合；螺旋弹簧套装在第二导轨的大直径段上，并使螺旋弹簧的一端与大连接件焊接，另一端与小连接件焊接；永磁铁套装在所述第二导轨的小直径段上，并位于小连接件另一个端面与第一导轨有盲孔的端面之间。

2.如权利要求1所述一种永磁式电涡流耗能动力吸振器，其特征在于，所述分别位于套管两端的各直线轴承的外端面与各定位板内端面之间的距离相等。

3.如权利要求1所述一种永磁式电涡流耗能动力吸振器，其特征在于，所述套管的一端为敞口，另一端的端板上有中心孔；该套管的内径比永磁铁的外径大1～2mm；套管的外径与配重管的内径相同；所述套管一端端板上中心孔的孔径略大于第二直线轴承的外径；在所述套管敞口一端管壁的端面上均布有螺孔，在所述套管另一端端板的外缘均布有螺孔；在该套管中部的外圆周表面均布有用于与配重管固连的螺栓的螺孔。

4.如权利要求1所述一种永磁式电涡流耗能动力吸振器，其特征在于，所述大连接件的内径略大于直线轴承的外径，使两者之间间隙配合；该大连接件的外径与套筒的外径相同；所述小连接件的内径与第二导轨小直径段的直径相同，二者为间隙配合，该小连接件的外径与螺旋弹簧的内径相同。

5.如权利要求1所述一种永磁式电涡流耗能动力吸振器，其特征在于，所述各定位板与第一导轨或第二导轨配合的端面为平面；所述各定位板的另一个端面均为弧面，并且该弧面的弧度与飞机垂尾安装部位的蒙皮曲率相同。

6.如权利要求1所述一种永磁式电涡流耗能动力吸振器，其特征在于，所述第二导轨的外圆周表面为二级阶梯状，并且该导轨的大直径段的直径与直线轴承的内径相同，小直径段的直径与位于第一导轨端面的盲孔的孔径相同；在该第二导轨大直径段的端面有定位板；所述第一导轨的外径与第一直线轴承的内径相同；在该第一导轨一端端面的中心加工有与第二导轨小直径段配合的盲孔；在该第一导轨另一端端面有定位板。