CN114115190B - 一种直升机复杂振动环境的模拟试验台 - Google Patents

一种直升机复杂振动环境的模拟试验台 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种直升机复杂振动环境的模拟试验台，所述模拟试验台包括：底座，设置在水平面上；空气弹簧，设置在所述底座上，用于支撑试验台主结构；试验台主结构，设置在所述空气弹簧上；激振器，设置在所述试验台主结构上，用于向所述试验台主结构提供激振力；本申请模拟了直升机复杂振动环境，为振动主动控制系统提供了试验室振动环境，从而实现直升机振动主动控制系统的功能性能验证工作，为直升机振动主动控制系统研制提供了保障。

Description

一种直升机复杂振动环境的模拟试验台
技术领域
本发明属于直升机振动控制技术领域，尤其涉及一种直升机复杂振动环境的模拟试验台。
背景技术
直升机振动主动控制系统在设计过程中，需要模拟的直升机复杂振动环境为其提供试验室振动环境从而验证振动主动控制系统功能性能。
本申请建立了模块化、可调频的直升机动力学相似模型，并通过基于电磁激振器的动力学放大技术对其进行多向激励，从而模拟直升机复杂振动环境。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种直升机复杂振动环境的模拟试验台，所述模拟试验台包括：
底座，设置在水平面上；
空气弹簧，设置在所述底座上，用于支撑试验台主结构；
试验台主结构，设置在所述空气弹簧上；
激振器，设置在所述试验台主结构上，用于向所述试验台主结构提供激振力。
优选地，所述模拟试验台还包括：
激振力放大结构，设置在所述试验台主结构上，用于安装所述激振器。
优选地，所述空气弹簧包括：
侧向空气弹簧，用于为所述试验台主结构提供侧向支撑；
航向空气弹簧，用于为所述试验台主结构提供航向支撑；
垂向空气弹簧，用于为所述试验台主结构提供垂向支撑。
优选地，所述激振器包括：
垂向激振器，用于向所述试验台主结构提供垂向激振力；
侧向激振器，用于向所述试验台主结构提供侧向激振力；
航向激振器，用于向所述试验台主结构提供航向激振力。
优选地，所述试验台主结构呈框架结构。
优选地，所述试验台主结构包括：
框梁，设置在所述空气弹簧上；
面板，设置在框梁上。
优选地，所述面板上设置有螺纹孔，用于安装所述激振力放大结构和试验设备。
优选地，所述框梁是直升机动力学相似模型。
本发明的有益技术效果：
本申请模拟了直升机复杂振动环境，为振动主动控制系统提供了试验室振动环境，从而实现直升机振动主动控制系统的功能性能验证工作，为直升机振动主动控制系统研制提供了保障。
附图说明
图1是本发明实施例提供的直升机复杂振动环境的模拟试验台；
其中：1-底座、2-垂向空气弹簧、3-试验台主结构、4-激振力放大结构、5-垂向激振器、6-航向空气弹簧、7-侧向空气弹簧、8-侧向激振器、9-航向激振器。
具体实施方式
请参阅图1，本发明提供了一种直升机复杂振动环境的模拟试验台，包括：
底座1，设置在水平面上；
空气弹簧，设置在底座1上，用于支撑试验台主结构3；
试验台主结构3，设置在空气弹簧上；
激振器，设置在试验台主结构3上，用于向试验台主结构3提供激振力。
在本申请实施例中，模拟试验台还包括：激振力放大结构4，设置在试验台主结构3上，用于安装激振器。
其中，空气弹簧包括：侧向空气弹簧7，用于为试验台主结构提供侧向支撑；航向空气弹簧6，用于为试验台主结构提供航向支撑；垂向空气弹簧2，用于为试验台主结构提供垂向支撑。
其中，激振器包括：垂向激振器5，用于向试验台主结构提供垂向激振力；侧向激振器8，用于向试验台主结构提供侧向激振力；航向激振器9，用于向试验台主结构提供航向激振力。
在一种可行的实施方式中，试验台主结构呈框架结构。其中，试验台主结构包括：框梁，设置在空气弹簧上；面板，设置在框梁上。
其中，面板上设置有螺纹孔，用于安装激振力放大结构和试验设备。试验设备可以包括振动主动控制作动器、振动主动控制作动单元和伺服作动组件；此外，试验设备还可以是其他设备，在此不做限定。需要说明的是，框梁是直升机动力学相似模型。
本发明的工作原理：
1、试验台主结构3由垂向空气弹簧2、航向空气弹簧6、侧向空气弹簧7分别提供垂向、航向及侧向支撑，模拟直升机三方向自由支撑环境；
2、分别控制垂向、侧向、航向激振器5、8、9输出垂向、侧向、航向激振力，并通过相同的激振力放大结构4输出至试验台主结构3；
3、试验台主结构3在三方向空气弹簧支撑下受垂向、侧向及航向激振力，产生三方向振动模拟直升机复杂振动环境。
在一种可行的实现方式中，本申请建立了模块化、可调频的直升机动力学相似模型，并通过基于电磁激振器的动力学放大技术对其进行多向激励，从而模拟直升机复杂振动环境。
首先，模块化、可调频的直升机动力学相似模型设计；按直升机主要构型设计模块化的动力学相似模型；通过简易拆装配重使其适应不同频率。复杂振动环境模拟
其次，建立基于电磁激振器的动力学放大技术；通过基于电磁激振器的动力学放大技术对模块化、可调频的直升机动力学相似模型进行多向激励。
本申请还公开了对试验台主结构动力学分析的结果。
1、无配重
模态阶数 1 2 3 4 5
频率Hz 3.0196 4.4685 7.1097 15.88 24.697
2、116.5kg配重
模态阶数 1 2 3 4 5
频率Hz 2.7925 4.0789 6.8574 15.131 24.608
3、233kg配重
模态阶数 1 2 3 4 5
频率Hz 2.6315 3.8402 6.7882 14.661 24.886
4、351kg配重
模态阶数 1 2 3 4 5
频率Hz 2.5217 3.7184 6.8743 14.363 25.42
在一种可行的实施方式中，复杂振动环境仿真分析的三个方向振动响应如下：
1、垂向30Hz、1500N、振幅5mm激励
配重 0kg 234kg 351kg
响应 0.35g 0.42g 0.49g
2、侧向30Hz、1500N、振幅5mm激励
配重 0kg 234kg 351kg
响应 0.79g 0.6g 0.49g
3、航向30Hz、1500N、振幅5mm激励
配重 0kg 234kg 351kg
响应 0.58g 0.4g 0.35g
同时，本申请还公开了试验台主要规格参数：
1、试验台主结构
试验台用来模拟直升机的振动，为振动主动控制系统的功能性能验证模拟提供振动环境，其整体采用框梁结构，其上可安装设备和试验件、体验座椅和配重。
1)试验台主结构外扩尺寸4000mm×2000mm×1500mm；
2)采用框梁结构；
3)试验台固有频率要求19～24Hz可调(提供配重调节方案及配重块)，重量不小于800kg(不含配重重量)；
4)施加14Hz～30Hz、1500N的激励，试验台振动关注位置应能达到0.4～0.5g的振动响应；
5)振动关注位置可安装体验座椅，可操作振动主动控制系统；
6)应预留试验件安装接口；
7)试验台外观应开展工业设计，人机交互界面友好，外观良好。
2、空气弹簧
1)为试验平台提供x、y、z三方向弹性支撑；
2)对模拟舱试验台的垂向加速度隔离率不低于90％；
3)适配空气压缩机。
其中，空气弹簧选用FD 76-14DI CR双囊式空气弹，气压定为6bar，为试验平台提供x、y、z三方向弹性支撑，对模拟舱试验台的垂向加速度隔离率不低于90％，并适配空气压缩机。
其中，空气弹簧布局共分为3种形式安装。6组为垂向安装，用于隔离重力方向振动；2组背对背安装，用于隔离侧向方向振动；4组背对背安装，用于隔离航向方向振动。
在本申请实施例中，激振力放大结构为激振器提供安装平台，实现试验平台x、y、z三方向激振。激振器底座安装说明，激振器通过中间转轴丝孔固定到激振器固定板上，通过弹簧悬挂固定到基座上，弹簧分担激振器重量并能保证激振器平移不受影响，上有撞击圆盘。
其中，当激振器工作时，会对受击块产生撞击，通过四根Tr30的丝杆通过与法兰盘相联，法兰盘与基座固定，通过电机可调节与的工作间隙。
未工作时，与的间隙保持在15mm的安全间距，保证各设备处于自由不受力状态，当操作人员就位后，启动“准备”，XYZ三方向受击块会自动调节至距作动器安装盘的临界距离，作动器可以开始工作，释放“准备”，受击块自动退回。
此外，试验台面板振动关注位置安装体验座椅，可通过触摸显示器操作振动主动控制系统。

Claims (7)

1.一种直升机复杂振动环境的模拟试验台，其特征在于，所述模拟试验台包括：
底座，设置在水平面上；
空气弹簧，设置在所述底座上，用于支撑试验台主结构；
试验台主结构，设置在所述空气弹簧上；
激振器，设置在所述试验台主结构上，用于向所述试验台主结构提供激振力；其中，试验台固有频率要求19～24Hz可调；所述试验台主结构上设置有体验座椅和配重；
激振力放大结构，设置在所述试验台主结构上，用于安装所述激振器；
其中，所述空气弹簧为双囊式空气弹簧，所述空气弹簧布局共分为3种形式安装，6组为垂向安装，用于隔离重力方向振动；2组背对背安装，用于隔离侧向方向振动；4组背对背安装，用于隔离航向方向振动。
2.根据权利要求1所述的直升机复杂振动环境的模拟试验台，其特征在于，所述空气弹簧包括：
侧向空气弹簧，用于为所述试验台主结构提供侧向支撑；
航向空气弹簧，用于为所述试验台主结构提供航向支撑；
垂向空气弹簧，用于为所述试验台主结构提供垂向支撑。
3.根据权利要求2所述的直升机复杂振动环境的模拟试验台，其特征在于，所述激振器包括：
垂向激振器，用于向所述试验台主结构提供垂向激振力；
侧向激振器，用于向所述试验台主结构提供侧向激振力；
航向激振器，用于向所述试验台主结构提供航向激振力。
4.根据权利要求3所述的直升机复杂振动环境的模拟试验台，其特征在于，所述试验台主结构呈框架结构。
5.根据权利要求4所述的直升机复杂振动环境的模拟试验台，其特征在于，所述试验台主结构包括：
框梁，设置在所述空气弹簧上；
面板，设置在框梁上。
6.根据权利要求5所述的直升机复杂振动环境的模拟试验台，其特征在于，所述面板上设置有螺纹孔，用于安装所述激振力放大结构和试验设备。
7.根据权利要求5所述的直升机复杂振动环境的模拟试验台，其特征在于，所述框梁是直升机动力学相似模型。
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