CN112178112A - 一种双压电式主动液弹隔振装置及方法 - Google Patents

一种双压电式主动液弹隔振装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于直升机振动控制技术领域，公开了一种双压电式主动液弹隔振装置及方法，包括：外盖、上外筒盖、上压电作动器、上隔板、橡胶、外筒、内筒、连接螺栓、惯性通道、下液腔、下隔板、下压电作动器、下外筒盖；内筒通过连接螺栓与外盖相连，外筒与连接螺栓之间设有预设距离的上下运动间隙；上压电作动器安装在上隔板外部，下压电作动器安装在下隔板外部；上压电作动器外部设有上外筒盖、下压电作动器外部设有下外筒盖；内筒和外筒通过橡胶硫化在一起，橡胶、内筒、外筒与上隔板之间构成的空腔为上液腔，橡胶、内筒、外筒与下隔板之间构成的空腔为下液腔，内筒中设有的空腔为惯性通道。根据旋翼的转速来主动调整作动器的工作频率。

Description

一种双压电式主动液弹隔振装置及方法
技术领域
本发明属于直升机振动控制技术领域，具体涉及一种双压电式主动液弹隔振装置及方法。
背景技术
直升机振动问题是其发展和应用中一个非常突出的问题，过高的振动会降低结构和电子设备的使用寿命，降低设备的操控和使用精度，影响操纵、乘坐人员的乘坐舒适性等。对直升机振动控制来说，通过主减隔振措施，降低振动载荷向机体传递是一种非常有效的方法。被动式液弹隔振器以其结构简单、隔振效率高等优点得到了广泛的应用，但被动式液弹隔振器主要针对某特定频率，隔振频率范围有限。
主动式液弹隔振器基于被动式液弹隔振器，利用压电作动器产生激振力和位移控制液体流量，虽然能够有效的适应不同的隔振频率，拓宽了隔振器的频率范围，但是主动式液弹隔振器要求的控制精度比较高，控制律的设计比较困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题：本发明采用压电堆作为主动式液弹隔振器的作动器，在保证安全可靠的同时，能根据旋翼的转速来主动调整作动器的工作频率，适应不同状态的隔振频率，拓宽液弹隔振器的应用场景。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种双压电式主动液弹隔振装置，所述装置包括：外盖2、上外筒盖3、上压电作动器4、上隔板5、橡胶7、外筒8、内筒9、连接螺栓10、惯性通道11、下液腔12、下隔板13、下压电作动器14、下外筒盖15；
内筒9通过连接螺栓10与外盖2相连，外筒8与连接螺栓10之间设有预设距离的上下运动间隙；
上压电作动器4安装在上隔板5外部，下压电作动器14安装在下隔板13外部；
上压电作动器4外部设有上外筒盖3、下压电作动器14外部设有下外筒盖15；
内筒9和外筒8通过橡胶7硫化在一起，橡胶7、内筒9、外筒8与上隔板5之间构成的空腔为上液腔6，橡胶7、内筒9、外筒8与下隔板13之间构成的空腔为下液腔12，内筒9中设有的空腔为惯性通道11。
本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：
(1)所述装置还包括：上接口1、下接口16；
上接口1设置在外盖2上，下接口16设置在下外筒盖15上。
(2)所述上压电作动器4、下压电作动器14用于通过位移激励控制流过惯性通道11内液体的流量。
技术方案二：
一种双压电式主动液弹隔振方法，所述方法应用于如技术方案一所述的装置中，所述方法包括：
S1，设定直升机某一状态下的基准频率，并获取直升机旋翼的实际激振频率；
S2，当实际激振频率和基准频率不一致时，则双压电式主动液弹隔振装置的隔振频率，使隔振频率跟随实际激振频率。
本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：
(1)S2具体为：
当实际激振频率大于基准频率时，则通过调节双压电式主动液弹隔振装置中的上压电作动器、下压电作动器的位移，使隔振频率变大，跟随实际激振频率。
(2)调节双压电式主动液弹隔振装置中的上压电作动器、下压电作动器的位移，具体为：
获取旋翼振动载荷在主减上的位移响应x1；
设定上压电作动器、下压电作动器的位移为x3；
当需要使隔振频率变大跟随实际激振频率时，则根据如下关系调节双压电式主动液弹隔振装置中的上压电作动器、下压电作动器的位移；
记R1＝x3/x1,
当R1＝0时，双压电式主动液弹隔振装置相当于被动式的液弹隔振器；
当0＜R1<1时，双压电式主动液弹隔振装置的隔振频率被放大。
(3)S2具体为：
当实际激振频率小于基准频率时，则通过调节双压电式主动液弹隔振装置中的上压电作动器、下压电作动器的位移，使隔振频率变小，跟随实际激振频率。
(4)调节双压电式主动液弹隔振装置中的上压电作动器、下压电作动器的位移，具体为：
获取旋翼振动载荷在主减上的位移响应x1；
设定上压电作动器、下压电作动器的位移为x3；
当需要使隔振频率变小跟随实际激振频率时，则根据如下关系调节双压电式主动液弹隔振装置中的上压电作动器、下压电作动器的位移；
记R1＝x3/x1,
当R1＝0时，双压电式主动液弹隔振装置相当于被动式的液弹隔振器；
当-1<R1<0时，双压电式主动液弹隔振装置的隔振频率被缩小。
本发明提供的压电式液弹隔振器能在不同的频率点或频率范围内，液体在弹性橡胶的作用下，在惯性通道内高速来回流动，类似于一个动力反共振吸振器，从而实现不同频率下大幅降低振动的目的。。
附图说明
图1是本发明实施例提供的双压电式主动液弹隔振器示意图；
图2是本发明实施例提供的双压电式主动液弹隔振器构型截面图；
其中：1-上接口；2-外盖；3-上外筒盖；4-上压电作动器；5-上隔板；
6-上液腔；7-橡胶；8-外筒；9-内筒；10-连接螺栓；11-惯性通道；12-下液腔；13-下隔板；14-下压电堆；15-下外筒盖；16-下接口。
具体实施方式
本发明是一种串联于主传递通道的双压电式主动液弹隔振装置(如图1所示)，由金属外壳、弹性橡胶、液体、液体通道、压电作动器组成(如图2所示)，具体为：1、上接口；2、外盖；3、上外筒盖；4、上压电作动器；5、上隔板；6、上液腔；7、橡胶；8、外筒；9、内筒；10、连接螺栓；11、惯性通道；12、下液腔；13、下隔板；14、下压电作动器；15、下外筒盖；16、下接口。
装置内部的内筒9、外筒8通过橡胶7硫化在一起。橡胶7、内筒9、外筒8与上隔板5之间构成的空腔为上液腔6，与下隔板13之间构成的空腔为下液腔，内筒9中设有空腔为惯性通道11，液体密封在上6、下液腔12及惯性通道11等空腔内，液体可通过惯性通道11在上下两个腔内流动；
上5、下13隔板外部安装有压电作动器4、14，通过压电作动器位移激励控制流过惯性通道11内液体的流量。压电作动器4、14外部设有上外筒盖3、下外筒盖15。
该装置外盖2上设有上接口1，下外筒上设有下接口16；内筒9通过连接螺栓10与外盖2相连，由于连接螺栓10在连接外盖2和内筒9时穿过外筒8，外筒8与连接螺栓10设有一定距离的上下运动间隙，从而保证了内筒8的运动，同时在橡胶7失效时，还能起到连接内8外9筒的作用。
本发明是一种双压电堆式的主动液弹隔振装置，其原理如下：
令隔振器上端截面积为Au，通道截面积为A0；橡胶刚度系数为K，阻尼系数为η；通道内液体质量为m0，液体流动阻尼系数为c0；外筒及附加质量为M2，内筒及附加质量为M1。
假设隔振器内筒施加幅值为F的正弦力激励，对应的激励幅值为x1(向上为正)；通道内液体的位移为x0(向上为正)；隔振器外筒固定，外筒的约束反力为FC(向下为正)，压电堆产生的位移激励为X3，上、下压电堆在位移过程中产生相同的对外筒的激励，此激励大小相等，方向相反，假设上腔液体压强相对于平衡状态的增加值为P。
根据体积相等和牛顿定律可知：
A0(x1-x0)＝Au(x1-x3) (1)
Figure BDA0002700995490000051
Figure BDA0002700995490000052
K(1+iη)x1+PAu＝Fc (4)
Figure BDA0002700995490000053
令x3＝R1x1，则：
Figure BDA0002700995490000054
由式(6)可知
x0＝(1-R(1--R1))x1 (7)
把式(7)带入式(2)可得：
Figure BDA0002700995490000055
把式(8)带入式(3)(4)可得
Figure BDA0002700995490000056
Figure BDA0002700995490000057
从式(10)中可知，如果忽略液体阻尼和橡胶阻尼的影响，当隔振器完全隔振时，则：
Figure BDA0002700995490000061
从上式中可知，液弹隔振器的频率除与被动式隔振器相同的惯性通道质量和放大比外，还与压电堆产生的位移激励相关。
从上式中可以看出：
当R1＝0时，隔振器相当于被动式的液弹隔振器；
当R1<1时，隔振器的隔振频率被放大；
当-1<R1<0时，隔振器的隔振频率被缩小。
本发明的优点是：压电式液弹隔振器能在不同的频率点或频率范围内，液体在弹性橡胶的作用下，在惯性通道内高速来回流动，类似于一个动力反共振吸振器，从而实现不同频率下大幅降低振动的目的。
本发明实施例提供的一种压电式的液-弹隔振器，包括外筒、内筒、弹性橡胶、填充液体和压电堆，既能有效传递静载荷，提供很好的静态支撑，又能在特定频率下大幅隔离动态载荷，降低振动传递率，同时能适应不同的隔振频率，适用范围更广。压电式液弹隔振器能在不同的频率点或频率范围内，液体在弹性橡胶的作用下，在惯性通道内高速来回流动，类似于一个动力反共振吸振器，从而实现不同频率下大幅降低振动的目的。

Claims (8)

1.一种双压电式主动液弹隔振装置，其特征在于，所述装置包括：外盖2、上外筒盖3、上压电作动器4、上隔板5、橡胶7、外筒8、内筒9、连接螺栓10、惯性通道11、下液腔12、下隔板13、下压电作动器14、下外筒盖15；
内筒(9)通过连接螺栓(10)与外盖(2)相连，外筒(8)与连接螺栓(10)之间设有预设距离的上下运动间隙；
上压电作动器(4)安装在上隔板(5)外部，下压电作动器(14)安装在下隔板(13)外部；
上压电作动器(4)外部设有上外筒盖(3)、下压电作动器(14)外部设有下外筒盖(15)；
内筒(9)和外筒(8)通过橡胶(7)硫化在一起，橡胶(7)、内筒(9)、外筒(8)与上隔板(5)之间构成的空腔为上液腔(6)，橡胶(7)、内筒(9)、外筒(8)与下隔板(13)之间构成的空腔为下液腔(12)，内筒(9)中设有的空腔为惯性通道(11)。
2.根据权利要求1所述的一种双压电式主动液弹隔振装置，其特征在于，所述装置还包括：上接口(1)、下接口(16)；
上接口(1)设置在外盖(2)上，下接口(16)设置在下外筒盖(15)上。
3.根据权利要求1所述的一种双压电式主动液弹隔振装置，其特征在于，所述上压电作动器4、下压电作动器14用于通过位移激励控制流过惯性通道(11)内液体的流量。
4.一种双压电式主动液弹隔振方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-3中任一项所述的装置中，所述方法包括：
S1，设定直升机某一状态下的基准频率，并获取直升机旋翼的实际激振频率；
S2，当实际激振频率和基准频率不一致时，则双压电式主动液弹隔振装置的隔振频率，使隔振频率跟随实际激振频率。
5.根据权利要求4所述的一种双压电式主动液弹隔振方法，其特征在于，S2具体为：
当实际激振频率大于基准频率时，则通过调节双压电式主动液弹隔振装置中的上压电作动器、下压电作动器的位移，使隔振频率变大，跟随实际激振频率。
6.根据权利要求4所述的一种双压电式主动液弹隔振方法，其特征在于，调节双压电式主动液弹隔振装置中的上压电作动器、下压电作动器的位移，具体为：
获取旋翼振动载荷在主减上的位移响应x1；
设定上压电作动器、下压电作动器的位移为x3；
当需要使隔振频率变大跟随实际激振频率时，则根据如下关系调节双压电式主动液弹隔振装置中的上压电作动器、下压电作动器的位移；
记R1＝x3/x1,
当R1＝0时，双压电式主动液弹隔振装置相当于被动式的液弹隔振器；
当0＜R1<1时，双压电式主动液弹隔振装置的隔振频率被放大。
7.根据权利要求4所述的一种双压电式主动液弹隔振方法，其特征在于，S2具体为：
当实际激振频率小于基准频率时，则通过调节双压电式主动液弹隔振装置中的上压电作动器、下压电作动器的位移，使隔振频率变小，跟随实际激振频率。
8.根据权利要求7所述的一种双压电式主动液弹隔振方法，其特征在于，调节双压电式主动液弹隔振装置中的上压电作动器、下压电作动器的位移，具体为：
获取旋翼振动载荷在主减上的位移响应x1；
设定上压电作动器、下压电作动器的位移为x3；
当需要使隔振频率变小跟随实际激振频率时，则根据如下关系调节双压电式主动液弹隔振装置中的上压电作动器、下压电作动器的位移；
记R1＝x3/x1,
当R1＝0时，双压电式主动液弹隔振装置相当于被动式的液弹隔振器；
当-1<R1<0时，双压电式主动液弹隔振装置的隔振频率被缩小。
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