CN113955130B - 一种双频可调直升机主减速器隔振装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双频可调直升机主减速器隔振装置，所述装置包括：撑杆，所述撑杆的一端与主减速器的顶部连接，用于支撑主减速器；减振杠杆，与所述撑杆的另一端连接；基座，设置在机身平台上，与所述减振杠杆的端部连接，用于固定所述减振杠杆；减振质量块，设置在所述减振杠杆的U型中空结构内；本发明提供的一种双频可调直升机主减速器隔振装置，用于直升机主减速器与平台之间的双频可调隔振设备，实现隔离变转速旋翼直升机通过主减速器等传递到机身上的振动载荷。

Description

一种双频可调直升机主减速器隔振装置

技术领域

本发明属于直升机振动控制技术领域，尤其涉及一种双频可调直升机主减速器隔振装置。

背景技术

传统的直升机在设计时通常采用固定转速旋翼，随着旋翼技术的发展及新构型直升机出现，旋翼变转速技术逐渐得到研究和应用。采用变转速旋翼技术能配置旋翼在不同飞行状态下的整体升阻比，提升直升机爬升性能、载重、升限等，同时能够极大地提高旋翼性能和续航能力，且有效降低旋翼气动噪声，变转速旋翼技术还能通过提升直升机、发动机、传动系统的寿命来提升直升机经济性。

直升机的振动特点是典型的KNΩ周期振动与随机振动的叠加，其中，旋翼振动载荷是最主要的振动源，尤其是NΩ振动载荷引起的机体振动等，在直升机振动预测与控制研究所关心的频率范围内，成为严重影响直升机性能和功能的关键技术。旋翼的振动载荷在桨毂上合成六个分量的力和力矩，通过主减速器与机体的安装平台结构传递到机体上，是引起全机整体振动的最主要振源。

然而，直升机旋翼变转速带来的结果是使其具有两个主要激振频率，这使得传统的单频隔振器在变转速旋翼直升机振动控制方面已不能满足需求。因此，发展新型双频隔振系统，指导变转速旋翼直升机隔振设计，是高速直升机发展的重要过程。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种用于直升机主减速器与平台之间的双频可调隔振设备，实现隔离变转速旋翼直升机通过主减速器等传递到机身上的振动载荷。

第一方面，本发明提供了一种双频可调直升机主减速器隔振装置，所述装置包括：

撑杆，所述撑杆的一端与主减速器的顶部连接，用于支撑主减速器；

减振杠杆，与所述撑杆的另一端连接；

基座，设置在机身平台上，与所述减振杠杆的端部连接，用于固定所述减振杠杆；

减振质量块，设置在所述减振杠杆的U型中空结构内。

优选地，所述装置还包括：

底座，设置在机身平台上；

弹性组件，设置在所述底座上，且分别与所述减振杠杆和主减速器连接，用于耗散振动能量。

优选地，所述弹性组件包括：

第一弹性组件，连接在所述减振杠杆和所述底座之间；

第二弹性组件，连接在所述底座和所述主减速器之间。

优选地，所述第一弹性组件包括：

杠杆连接件，所述杠杆连接件的一端与所述减振杠杆的底部连接点连接，另一端与橡胶弹簧件连接；

橡胶弹簧件，连接在所述杠杆连接件和所述底座之间；

所述第二弹性组件包括：

防扭连接件，所述防扭连接件的一端与所述主减速器的底部连接，另一端与橡胶防扭件连接；

橡胶防扭件，连接在所述防扭连接件和所述底座之间。

优选地，所述减振质量块包括：

一级减振质量块，固定设置在所述U型中空结构的端部；

二级减振质量块，与所述一级减振质量块连接，设置在所述U型中空结构内，可在所述U型中空结构内做垂向运动。

优选地，所述装置还包括：

弹簧板，连接在所述一级减振质量块与所述二级减振质量块上。

优选地，所述撑杆分别与所述主减速器和所述减振杠杆铰接；所述减振杠杆与所述基座铰接。

优选地，所述橡胶防扭件的一端与所述防扭连接件硫化连接，另一端与所述底座硫化连接；

所述橡胶弹簧件的一端与所述杠杆连接件硫化连接，另一端与所述底座硫化连接。

本发明的有益效果：

本发明提供的双频可调直升机主减隔振装置，包括撑杆、减振杠杆、一级减振质量块、弹簧板、二级减振质量块、橡胶连接组件、防扭连接盘和基座，安装于直升机主减速器与机身平台之间，提供支撑及隔振，具有两个主要隔振频率，能适应转速变化带来的激振力频率的变化，可调频设计能在一定范围内快速实现隔振器的隔振频率调整。

附图说明

图1是双频可调直升机主减隔振装置原理图；

图2是双频可调直升机主减隔振装置结构示意图；

图3是主减隔振装置局部放大图；

图中:101-撑杆、102-减振杠杆、103-一级减振质量块、104-杠杆连接件、105-弹簧板、106-二级减振质量块、107-防扭连接件、108-橡胶防扭件、109-底座、110-橡胶弹簧件、111-基座。

具体实施方式

下面结合附图1-3对本发明所涉及的双频可调直升机主减隔振装置做进一步详细说明。

在本申请实施例中，双频可调直升机主减隔振装置，包括：撑杆101、减振杠杆102、一级减振质量块103、杠杆连接件104、弹簧板105、二级减振质量块106、防扭连接件107等组成。

其中，撑杆101上端通过螺栓铰接在主减速器上端，所述撑杆101通过螺栓与减振杠杆102铰接。所述减振杠杆102一端为U型中空结构，且减振杠杆U型中空结构端部与一级减振质量块103固连，所述减振杠杆102的下端与橡胶连接组件的杠杆连接件104固连，所述减振杠杆另一端与基座111铰接，所述基座111固定在平台上，所述减振杠杆102可在撑杆101轴向力作用下绕基座111铰接点转动。

其中，一级减振质量块103上装有弹簧板105，所述弹簧板105的另一端连接二级减振质量块106。所述二级质量块106可在U性中空结构内做垂向运动。

在本申请实施例中，橡胶连接组件由防扭连接件107、橡胶防扭件108、连接底座109、橡胶弹簧件110、杠杆连接件104组成，并通过连接底座109固定在平台上。所述橡胶防扭件108一端与防扭连接件107硫化连接，另一端与连接底座109硫化连接。所述橡胶弹簧件110一端与杠杆连接件104硫化连接，另一端与连接底座109硫化连接。所述橡胶防扭件108、橡胶弹簧件110在垂向有较大变形能力，且平面形变范围小。所述防扭连接盘固连在主减速器底部。

本发明工作原理如下：

当直升机主旋翼连接的主减速器在外载作用下发生振动时，通过防扭系统平面反作用力，将主减速器各向振动运动转换为撑杆的轴向运动。

安装双频可调直升机主减隔振装置后，撑杆的轴向运动作用在减振杠杆上，带动减振杠杆绕基座铰接点往复运动，减振杠杆以及与之固连的一级减振质量块、杠杆连接件随之一起做转动运动。同时在橡胶弹簧件的恢复力作用下，使得减振杠杆系统形成一个恢复到原始状态的力。一级弹簧质量块上连接的弹簧板，在杠杆转动的作用下，产生偏离原始位置的运动，使得二级减振质量块随弹簧板在原始位置做上下往复运动。从而达到隔振的效果。

假设一架直升机安装有双频可调直升机主减隔振装置N件，将隔振器上端及下端所连接的质量和受力均匀分配到每一件隔振器上，则有撑杆与减振杠杆连接点上端的分配的质量为mu，基座连接的平台段分配质量为md，直升机主减速器作用在撑杆上的轴向振动载荷为Fw，m1为一级减振质量块的质量，m2为二级减振质量块的质量，k1为橡胶弹簧件垂向刚度，k2为弹簧板的垂向刚度，uu为撑杆与减振杠杆连接点的垂向位移，ud为平台的垂向运动，u1为一级减振质量块的垂向位移，u2二级减振质量块的位移，u12为二级减振质量块投影到减振杠杆位置处的垂向运动位移，L1为减振杠杆上与撑杆和基座铰接点之间的长度，L2为减振杠杆上一级减振质量块到基座交接点之间的长度，L3为二级减振系统投影到减振杠杆上到基座的长度。

由L₁、L₂、L₃三段长度组成具有不同放大比的杠杆系统。假设杠杆运动为小角度运动，由杠杆运动的协调性及其原理可知：

引入一级放大比R₁和二级放大比R₂:

则有：

忽略杠杆质量及转动摩擦，则有系统的动能T和势能V表达式如下：

将u_d和u₁₂的表达式带入上式得到：

由Lagrange方程得到系统的动力学方程为：

将上式改写为矩阵形式：

由上述公式可得到系统质量M和惯性矩阵K，同时可知其特征矩阵为：

D＝K-ω²M

解上述特征方程，与常规单级动力反共振构型不同，此时行列式会出现频率的6次方，化简后仍然为4次方，因此含一组(两个)固有频率，通过解行列式可得上述系统的固有频率(表达式过于复杂，不单独列出)。

本发明提供的装置具有两级减振机构，综合利用一级减振机构和二级减振机构，降低了变转速直升机不同的外激励频率引起的振动水平。橡胶弹簧件不仅提供减振杠杆往复转动的弹性力，同时在运动过程中提供消耗振动能量的阻尼力。减振杠杆铰接于基座并固连在平台上，在一级、二级减振机构失效的情况下，仍能满足系统垂向承载的要求，保障直升机飞行过程中的安全。

Claims (7)

1.一种双频可调直升机主减速器隔振装置，其特征在于，所述装置包括：

撑杆，所述撑杆的一端与主减速器的顶部连接，用于支撑主减速器；

减振杠杆，与所述撑杆的另一端连接；

基座，设置在机身平台上，与所述减振杠杆的端部连接，用于固定所述减振杠杆；

减振质量块，设置在所述减振杠杆的U型中空结构内；

其中，所述减振质量块包括：

一级减振质量块，固定设置在所述U型中空结构的端部；

二级减振质量块，与所述一级减振质量块连接，设置在所述U型中空结构内，可在所述U型中空结构内做垂向运动；

其中，由L1、L2、L3三段长度组成具有不同放大比的杠杆系统；L1为减振杠杆上与撑杆和基座铰接点之间的长度，L2为减振杠杆上一级减振质量块到基座交接点之间的长度，L3为二级减振系统投影到减振杠杆上到基座的长度。

2.根据权利要求1所述的双频可调直升机主减速器隔振装置，其特征在于，所述装置还包括：

底座，设置在机身平台上；

弹性组件，设置在所述底座上，且分别与所述减振杠杆和主减速器连接，用于耗散振动能量。

3.根据权利要求2所述的双频可调直升机主减速器隔振装置，其特征在于，所述弹性组件包括：

第一弹性组件，连接在所述减振杠杆和所述底座之间；

第二弹性组件，连接在所述底座和所述主减速器之间。

4.根据权利要求3所述的双频可调直升机主减速器隔振装置，其特征在于，所述第一弹性组件包括：

杠杆连接件，所述杠杆连接件的一端与所述减振杠杆的底部连接点连接，另一端与橡胶弹簧件连接；

橡胶弹簧件，连接在所述杠杆连接件和所述底座之间；

所述第二弹性组件包括：

防扭连接件，所述防扭连接件的一端与所述主减速器的底部连接，另一端与橡胶防扭件连接；

橡胶防扭件，连接在所述防扭连接件和所述底座之间。

5.根据权利要求4所述的双频可调直升机主减速器隔振装置，其特征在于，所述装置还包括：

弹簧板，连接在所述一级减振质量块与所述二级减振质量块上。

6.根据权利要求1所述的双频可调直升机主减速器隔振装置，其特征在于，

所述撑杆分别与所述主减速器和所述减振杠杆铰接；所述减振杠杆与所述基座铰接。

7.根据权利要求5所述的双频可调直升机主减速器隔振装置，其特征在于，

所述橡胶防扭件的一端与所述防扭连接件硫化连接，另一端与所述底座硫化连接；

所述橡胶弹簧件的一端与所述杠杆连接件硫化连接，另一端与所述底座硫化连接。