CN114754105B - 直升机机身负刚度动力吸振隔振装置及其直升机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了减振技术领域一种直升机机身负刚度动力吸振隔振装置,包括斜支撑杆,斜支撑杆包括支撑杆、腔体结构、主支承弹性元件、粘弹性元件、质量块、负刚度元件以及负刚度元件压缩量调节机构。粘弹性元件固定设置在支撑杆的底部凸台上,粘弹性元件上固定设置质量块,质量块上连接设置负刚度元件,粘弹性元件、质量块、负刚度元件以及主支承弹性元件并联设置。本发明通过设置主支承弹性元件、粘弹性元件、质量块、负刚度元件以及负刚度元件压缩量调节机构,负刚度元件压缩量调节机构可以实现负刚度最优时对应的负刚度元件压缩量,具有安全可靠、重量轻、体积小、成本低、操作方便的特点,而且对旋翼主激励频率之后的频段内振动不会再放大。
Description
技术领域
本发明涉及减振技术领域,具体地,涉及一种直升机机身负刚度动力吸振隔振装置及其直升机。
背景技术
直升机在开展民用和军事行动等特殊任务上发挥着重要的作用,由于其工作动力学环境的复杂性,直升机旋翼导致的振动载荷将传递至直升机的座舱致使其发生振动噪声,严重影响乘员和驾驶员的乘坐舒适性,同时影响直升机零部件的疲劳。降低旋翼振动载荷向机身的传递具有非常显著的价值和意义。但是由于直升机的旋翼和座舱的重量大、并且需要将旋翼产生的升力通过传动轴传递至主传动系统,另一个突出问题是直升机旋翼的旋转转速较低,但是转速固定,如果要隔振,隔振频率非常低,隔振元件的静态变形会达到不可接受。因此对直升机来说,采用隔振技术是不可行的。
国内外学者为减轻直升机振动水平进行了大量的研究工作。针对直升机旋翼系统中隔振系统静变形不能太大与激励频率低这一矛盾,提出了动力反共振主支承弹性元件理论,这一新型的主支承弹性元件巧妙地结合了隔振和吸振,具有隔振特点和吸振特征,成功解决了直升机的振动问题。基于动力反共振的原理,构建了多种主支承弹性元件,如将单向动力反共振与聚焦柔性巧妙结合研制成SARIB隔振方案,能够隔离升力方向和旋翼旋转平面内的激振力。虽然动力反共振可以有效地隔离旋翼激励频率处的振动,但是其对于该频率之后的频段内的振动是放大的。
经现有技术检索发现,中国发明专利公告号为CN109356962A,公开了一种多维磁负刚度机构及其构成的多维磁负刚度减振系统。该发明由正刚度机构、多维负刚度机构、浮动框架、被减振体和安装基座构成。其中,正刚度机构是传统的弹性元件,连接被减振体和安装基座,提供X向、Y向和Z向的支撑力和基本减振功能。该发明就存在上述相关问题。
本发明提出一种直升机机身负刚度动力吸振隔振装置,在聚焦柔性的基础上,将连接旋翼和机身之间的单个支撑杆中原来的动力反共振主支承弹性元件修改为带有负刚度的动力吸振器,斜支撑杆由以下几部分组成:支撑杆、腔体结构、主支承弹性元件、粘弹性元件、质量块、碟簧、碟簧压缩量调节机构。这样设计基本不改变现有支撑杆的尺寸和布置形式,并且由于碟簧负刚度在振动时提供一部分惯性力,可减少动力吸振器对吸振质量的要求。因此,本发明结构设计巧妙,实用性强,能够解决上述问题,实际使用效果更好。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种直升机机身负刚度动力吸振隔振装置及其直升机。
根据本发明提供的一种直升机机身负刚度动力吸振隔振装置,包括斜支撑杆,所述斜支撑杆包括支撑杆、腔体结构、主支承弹性元件、粘弹性元件、质量块、负刚度元件以及负刚度元件压缩量调节机构;
所述粘弹性元件固定设置在所述支撑杆的底部凸台上,所述粘弹性元件上固定设置所述质量块,所述质量块上连接设置所述负刚度元件,所述粘弹性元件、所述质量块、所述负刚度元件以及所述主支承弹性元件并联设置。
一些实施方式中,所述主支承弹性元件固定设置在所述支撑杆的底部凸台上部与所述腔体结构的上方内壁之间,所述主支承弹性元件包括金属橡胶主支承弹性元件或金属主支承弹性元件任选一种。
一些实施方式中,所述腔体结构上设置有开口,所述支撑杆的底部凸台通过所述开口设置在所述腔体结构内。
一些实施方式中,所述粘弹性元件与所述质量块沿周向周期设置在所述支撑杆的底部凸台上,所述粘弹性元件与所述质量块固定设置在所述主支承弹性元件的内侧或外侧。所述粘弹性元件包括具有一定硬度和形状的橡胶元件、聚氨酯元件等能够提供刚度和阻尼的元件。
一些实施方式中,所述负刚度元件的一端连接设置所述质量块,所述负刚度元件的另一端连接设置在所述腔体结构的上方内壁上。
一些实施方式中,所述负刚度元件压缩量调节机构的一端连接设置所述质量块,所述负刚度元件压缩量调节机构的另一端固定设置在所述腔体结构上方外壁上。
一些实施方式中,所述负刚度元件的负动刚度的绝对值不大于所述粘弹性元件的动刚度。
一些实施方式中,所述支撑杆的上端连接设置在旋翼上。
一些实施方式中,所述腔体结构的外部底面与机身连接设置。
本发明还提供了一种直升机,包括所述的直升机机身负刚度动力吸振隔振装置。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明通过设置采用碟簧的负刚度元件,碟簧结构紧凑,负刚度能力强,并且具有正静刚度的优点,碟簧在振动时提供一部分惯性力,可减少动力吸振器对吸振质量的要求,正静刚度可减小斜支撑杆的静态变形;
2、本发明通过设置粘弹性元件,橡胶材料制成的刚度和阻尼元件具有易于参数化设计和模具加工的优点,节省生产工时,提高生产效率;
3、本发明通过设置采用金属橡胶主支承弹性元件或金属主支承弹性元件,具有承载能力大、维护简单的特点;
4、本发明通过设置主支承弹性元件、粘弹性元件、质量块、负刚度元件以及负刚度元件压缩量调节机构,负刚度元件压缩量调节机构可以实现负刚度最优时对应的碟簧压缩量,具有安全可靠、重量轻、体积小、成本低、操作方便的特点,而且对旋翼主激励频率之后的频段内振动不会再放大。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明直升机机身负刚度动力吸振隔振装置的结构示意图;
图2为本发明直升机机身负刚度动力吸振隔振装置在直升机旋翼和机身之间的连接示意图;
图3为本发明直升机机身负刚度动力吸振隔振装置的基本原理图。
附图标记:
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示为本发明直升机机身负刚度动力吸振隔振装置的结构示意图。如图2所示为本发明直升机机身负刚度动力吸振隔振装置在直升机旋翼和机身之间的连接示意图。如图3所示为本发明直升机机身负刚度动力吸振隔振装置的基本原理图。包括斜支撑杆1,斜支撑杆1包括支撑杆11、腔体结构12、主支承弹性元件13、粘弹性元件14、质量块15、负刚度元件16以及负刚度元件压缩量调节机构17。粘弹性元件14 固定设置在支撑杆11的底部凸台上,粘弹性元件14上固定设置质量块15,质量块 15上连接设置负刚度元件16,粘弹性元件14、质量块15、负刚度元件16以及主支承弹性元件13并联设置。
主支承弹性元件13固定设置在支撑杆11的底部凸台上部与腔体结构12的上方内壁之间,主支承弹性元件13包括金属橡胶主支承弹性元件或金属主支承弹性元件任选一种。腔体结构12上设置有开口,支撑杆11的底部凸台通过开口设置在腔体结构12 内。粘弹性元件14与质量块15沿周向周期设置在支撑杆11的底部凸台上,粘弹性元件14与质量块15固定设置在主支承弹性元件13的内侧或外侧,粘弹性元件14包括具有一定硬度和形状的橡胶元件、聚氨酯元件等能够提供刚度和阻尼的元件。粘弹性元件 14与质量块15的个数根据参数匹配结果确定。负刚度元件16的一端连接设置质量块 15,负刚度元件16的另一端连接设置在腔体结构12的上方内壁上。
负刚度元件压缩量调节机构17的一端连接设置质量块15,负刚度元件压缩量调节机构17的另一端固定设置在腔体结构12上方外壁上。负刚度元件压缩量调节机构17在装配初始阶段对负刚度元件16进行压缩,工作状态下负刚度元件压缩量调节机构17与腔体结构上方外壁脱开。负刚度元件16的负动刚度的绝对值不大于粘弹性元件 14的动刚度。支撑杆11的上端连接设置在旋翼2上。腔体结构12的外部底面与机身3 连接设置。
基本原理:主支承弹性元件13的刚度等效为弹簧ks,粘弹性元件14等效为弹簧 ke和阻尼c,质量块15即为质量m,负刚度元器件碟簧等效为负刚度kn,动刚度kn<0,但静刚度>0。假设质量块15的自由度为x,当动力吸振器的质量块m,在设备的激励下以频率ω振动时,质量块m提供的惯性力为-mω2x<0,通过优化保证负刚度元件16提供的力为kn(y-z)<0,因此质量块15的惯性力与负刚度元件16提供的力同号,因此负刚度元件16相当于提供了一部分惯性力,如需满足同样的吸振频率,增加负刚度元件16可减小对质量块15的要求。此外,由于采用负刚度,负刚度会给质量块m施加拉力,使其振动得以放大,能够实现阻尼c阻尼耗能效果的增强。
工作原理:在聚焦柔性的基础上,多个斜支撑杆1为聚焦式方案,每个斜支撑杆1能够传递沿着支撑杆11方向的力,隔离所传递的沿着支撑杆1方向的脉动力。当直升机处于工作状态时,主支承弹性元件13、粘弹性元件14、质量块15以及负刚度元件 16组成的两个通道处于并联工作状态。负刚度元件16可采用特殊设计的、结构紧凑的、具有大的负刚度能力的碟簧。主支承弹性元件13、粘弹性元件14、质量块15以及负刚度元件16同时承受静态升力和旋翼产生的脉动力。利用负刚度元件压缩量调节机构 17对碟簧进行预压缩。当旋翼工作时,将产生静态升力和脉动力。静态升力将压缩粘弹性元件14和负刚度元件16,通过微调负刚度元件压缩量调节机构17使负刚度元件16处于负动刚度工作点,质量块15和粘弹性元件14作为动力吸振器吸收沿着支撑杆11传递的振动,负刚度元件16的负刚度在振动时提供惯性力可减少动力吸振器对质量块15的要求,同时通过放大质量块15的响应增强粘弹性元件14的阻尼效果,负刚度元件16同时提供静态刚度,因此可以减小支撑杆11上端的变形,增强静稳定性。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (9)
1.一种直升机机身负刚度动力吸振隔振装置,其特征在于,包括斜支撑杆(1),所述斜支撑杆(1)包括支撑杆(11)、腔体结构(12)、主支承弹性元件(13)、粘弹性元件(14)、质量块(15)、负刚度元件(16)以及负刚度元件压缩量调节机构(17);
所述粘弹性元件(14)固定设置在所述支撑杆(11)的底部凸台上,所述粘弹性元件(14)上固定设置所述质量块(15),所述质量块(15)上连接设置所述负刚度元件(16),所述粘弹性元件(14)、所述质量块(15)、所述负刚度元件(16)与所述主支承弹性元件(13)并联设置;
所述主支承弹性元件(13)固定设置在所述支撑杆(11)的底部凸台上部与所述腔体结构(12)的上方内壁之间,所述主支承弹性元件(13)包括金属橡胶主支承弹性元件或金属主支承弹性元件。
2.根据权利要求1所述的直升机机身负刚度动力吸振隔振装置,其特征在于,所述腔体结构(12)上设置有开口,所述支撑杆(11)的底部凸台通过所述开口设置在所述腔体结构(12)内。
3.根据权利要求1所述的直升机机身负刚度动力吸振隔振装置,其特征在于,所述粘弹性元件(14)与所述质量块(15)沿周向周期设置在所述支撑杆(11)的底部凸台上,所述粘弹性元件(14)与所述质量块(15)固定设置在所述主支承弹性元件(13)的内侧或外侧,所述粘弹性元件(14)包括具有一定硬度和形状的橡胶元件或聚氨酯元件。
4.根据权利要求1所述的直升机机身负刚度动力吸振隔振装置,其特征在于,所述负刚度元件(16)的一端连接设置所述质量块(15),所述负刚度元件(16)的另一端连接设置在所述腔体结构(12)的上方内壁上。
5.根据权利要求1所述的直升机机身负刚度动力吸振隔振装置,其特征在于,所述负刚度元件压缩量调节机构(17)的一端连接设置所述质量块(15),所述负刚度元件压缩量调节机构(17)的另一端固定设置在所述腔体结构(12)上方外壁上。
6.根据权利要求1所述的直升机机身负刚度动力吸振隔振装置,其特征在于,所述负刚度元件(16)的负动刚度的绝对值不大于所述粘弹性元件(14)的动刚度。
7.根据权利要求1所述的直升机机身负刚度动力吸振隔振装置,其特征在于,所述支撑杆(11)的上端连接设置在旋翼(2)上。
8.根据权利要求1所述的直升机机身负刚度动力吸振隔振装置,其特征在于,所述腔体结构(12)的外部底面与机身(3)连接设置。
9.一种直升机,其特征在于,包括根据权利要求1-8任意一项所述的直升机机身负刚度动力吸振隔振装置。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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