CN112213061A - 一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于振动主动控制技术领域，公开了一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置及系统。包括：激振器本体、固定环、固定台架和一组弹簧；固定台架的四根支撑柱两端分别与上固定面和下固定面边缘连接；激振器本体设置在固定台架内，激振器本体上端通过激振杆与上固定面相连；固定环与激振器本体侧壁中部通过螺栓连接；固定环上端面和下端面分别通过一组弹簧连接上固定面和下固定面。使用市面上常见的电磁式激振器作为激励源，便可实现大于电磁激振器最大输出力的激励输出，并通过激励装置直接与受载面连接，从而避免产生机械耦合的复杂情况，可更好地实现直升机振动主动控制系统多向减振效率地面试验环境中的直升机载荷模拟。

Description

一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置及系统

技术领域

本发明属于振动主动控制技术领域，特别涉及一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置及系统。

背景技术

直升机振动主动控制系统研制试验时，需要模拟直升机桨毂载荷对试验平台进行多向激励，使试验台产生多向的复杂振动环境，从而更好地开展振动主动控制系统试验。振动主动控制系统多向减振效率的优劣是背景型号振动主动控制系统的关键指标，影响着背景项目直升机关键技术的研制。

目前国内直升机振动主动控制系统地面试验环境大都停留在针对振动主动控制系统单向减振的试验上采用理论研究方法，进行直升机振动主动控制系统地面试验环境模拟。直升机舱内多向减振效率地面试验环境目前主要是通过理论研究与仿真方法完成验证。

激振器按工作原理可分为电磁式激振器、液压式激振器等。一般来讲，电磁式激振器体积小、响应速度快、输出频带宽，但输出力较小，一般在1000N以下；液压式激振器输出力大，但响应速度稍慢、且输出频率较低，无法输出较高频率的激励。因此，在试验室中一般会根据实际需要，进行选择电磁式激振器或液压式激振器。

但是振动主动控制系统在试验室试验时，需要激励系统提供较高频率范围内较大的激励、且需要实现多个方向共同作用的激励，市场上现有的电磁式激振器和液压式激振器无法满足试验需求，需要对其进行改进。

发明内容

本发明目的：提供一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置。

本发明技术方案：

一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置，包括：激振器本体、固定环、固定台架和一组弹簧；

所述固定台架包括：上固定面、下固定面和四根支撑柱；所述四根支撑柱两端分别与上固定面和下固定面边缘连接，且四根支撑柱互相间隔90度设置；

所述激振器本体设置在固定台架内，激振器本体上端通过激振杆与上固定面相连；

所述固定环与激振器本体侧壁中部通过螺栓连接；

所述固定环上端面和下端面分别通过一组弹簧连接上固定面和下固定面。

进一步，所述一组弹簧个数为N。

进一步，所述激励装置输出频率与弹簧个数和刚度关系如下：

其中：

K₁——上端弹簧刚度；

K₂——下端弹簧刚度；

K——激励装置刚度；

m——激励装置质量；

f——激励装置设计频率。

进一步，根据试验所需输出力设计激励装置的动力放大因数：

其中：

β——动力放大因数；

ξ——阻尼比。

进一步，所述固定环外侧壁直径小于任意两根相对的支撑柱内侧壁之间的距离。

进一步，所述上固定面和下固定面设有四个通孔，所述通孔用于与待激励试验件连接。

进一步，所述系统包括：待激励试验件和多个所述多向激励装置。

进一步，所述系统包括：待激励试验件和3个所述多向激励装置；

所述3个多向激励装置分别固定在待激励试验件的X、Y、Z三个方向，用于分别施加三个方向的激励。

进一步，所述系统包括：待激励试验件和4个所述多向激励装置；

在待激励试验件XOY平面内不同位置固定两个所述多向激励装置用于施加Z方向的扭矩激励，在Y、Z方向各固定一个多向激励装置用于施加Y、Z方向的激励。

本发明使用市面上常见的电磁式激振器作为激励源，便可实现大于电磁激振器最大输出力的激励输出，并通过激励装置直接与受载面连接，从而避免产生机械耦合的复杂情况，可更好地实现直升机振动主动控制系统多向减振效率地面试验环境中的直升机载荷模拟。

附图说明

图1为直升机振动主动控制系统的多向激励装置结构示意图；

图2为激振器示意图；

图3为激振器固定环和弹簧示意图；

图4为激励装置固定台架示意图；

图中，1激振器本体、2可调刚度的激振器固定环、3激励装置固定台架、11激振杆、12激振器本体、21弹簧、22固定环、23螺栓、31固定面、32固定支架、33弹簧限位块、34通孔。

具体实施方式

一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置，包括激振器本体、激振器本体固定环、激励装置固定台面、可调刚度弹簧几个部分组成，如图1。

a)激振器本体

激振器本体为试验室常用的电磁式模态激振器激励台体，主要作用是通过电磁线圈将电能转化为台体激励器的机械能，通过激振器上的激振杆向外输出特定波形的激励。设计结果如图2所示。

b)激振器锁定环

由于电磁激振器输出力一般在1000N以下，当试验需求高于1000N许用输出力范围时，原有形式的电磁式激振器便不能满足要求。结合电磁式激振器原理与结构特点，对其进行改造。激励装置固定台架与可调刚度的激振器固定环仅通过8个弹簧相连。通过设计弹簧刚度，使得改装后的电磁式激振器结构本身固有频率与电磁激振器输出频率相接近，在结构上达到共振，从而对输出力进行一定比例的放大。输出力放大系数由改装后的结构固有频率与电磁激振器输出频率共同决定。设计结果如图3所示。

激励装置输出频率与弹簧个数和刚度关系如下：

其中：

K₁——上端弹簧刚度；

K₂——下端弹簧刚度；

K——激励装置刚度；

m——激励装置质量；

f——激励装置设计频率。

根据试验所需输出力设计激励装置的动力放大因数：

其中：

β——动力放大因数；

ξ——阻尼比。

c)激励装置固定台架

为了便于激励装置安装、实现试验台的多向激励，对激励装置安装接口进行设计。固定台架由31、32组成主要框架，33为弹簧提供连接，34是与外部进行连接的安装螺孔。设计结果，如图4所示：

本发明的关键点在于对市面上常见的电磁式激振器进行改进，通过设计弹簧刚度，将激励装置固有频率设计成与试验需要的激励频率相近的共振模式，从而实现试验所需较大激振力的需求；通过与激振器一体的激励装置固定台架，实现在振动主动控制试验台上的多向激励，且完全避开多向激励系统常见的机械耦合情况。

Claims (9)

1.一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置，其特征在于：所述装置包括：激振器本体、固定环、固定台架和一组弹簧；

所述固定台架包括：上固定面、下固定面和四根支撑柱；所述四根支撑柱两端分别与上固定面和下固定面边缘连接，且四根支撑柱互相间隔90度设置；

所述激振器本体设置在固定台架内，激振器本体上端通过激振杆与上固定面相连；

所述固定环与激振器本体侧壁中部通过螺栓连接；

所述固定环上端面和下端面分别通过一组弹簧连接上固定面和下固定面。

2.根据权利要求1所述的一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置，其特征在于：所述一组弹簧个数为N。

3.根据权利要求2所述的一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置，其特征在于：所述激励装置输出频率与弹簧个数和刚度关系如下：

其中：

K₁——上端弹簧刚度；

K₂——下端弹簧刚度；

K——激励装置刚度；

m——激励装置质量；

f——激励装置设计频率。

4.根据权利要求3所述的一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置，其特征在于：根据试验所需输出力设计激励装置的动力放大因数：

其中：

β——动力放大因数；

ξ——阻尼比。

5.根据权利要求4所述的一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置，其特征在于：所述固定环外侧壁直径小于任意两根相对的支撑柱内侧壁之间的距离。

6.根据权利要求5所述的一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置，其特征在于：所述上固定面和下固定面设有四个通孔，所述通孔用于与待激励试验件连接。

7.一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励系统，其特征在于：所述系统包括：待激励试验件和多个所述多向激励装置。

8.根据权利要求7所述的一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励系统，其特征在于：所述系统包括：待激励试验件和3个所述多向激励装置；

所述3个多向激励装置分别固定在待激励试验件的X、Y、Z三个方向，用于分别施加三个方向的激励。

9.根据权利要求7所述的一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励系统，其特征在于：所述系统包括：待激励试验件和4个所述多向激励装置；

在待激励试验件XOY平面内不同位置固定两个所述多向激励装置用于施加Z方向的扭矩激励，在Y、Z方向各固定一个多向激励装置用于施加Y、Z方向的激励。

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