ES2231944T3 - Sistemas de absorcion de vibracion. - Google Patents

Abstract

SE UNE UN MOTOR DE AERONAVE AL FUSELAJE POR MEDIO DE UNA ESTRUCTURA DE MONTAJE (20) QUE POSEE UN SISTEMA DE AMORTIGUACION DE VIBRACIONES QUE INCLUYE UN PRIMER Y UN SEGUNDO SENSORES (61, 62) PARA GENERAR UNAS SEÑALES INDICADORAS DE LA VIBRACION A LO LARGO DE DOS EJES ORTOGONALES. UN TERCER SENSOR, TAL COMO UN ACELEROMETRO (64), ESTA ACOPLADO A LA ESTRUCTURA DE MONTAJE PARA DETECTAR LA VIBRACION DEL MOTOR. UN CIRCUITO DE TACOMETRO (67), UNIDO AL TERCER SENSOR, PRODUCE UNA PRIMERA Y UNA SEGUNDA SEÑALES DE VELOCIDAD QUE INDICAN LAS VELOCIDADES DE DOS ROTORES GIRATORIOS (N1, N2) DEL MOTOR. SE UNEN CUATRO AMORTIGUADORES DE VIBRACIONES (26-29) A LA ESTRUCTURA DE MONTAJE DEL MOTOR Y SE DISPONEN UNOS CONTROLADORES (60) PARA SINTONIZAR DINAMICAMENTE LA FRECUENCIA DE RESONANCIA DE CADA AMORTIGUADOR DE VIBRACIONES EN RESPUESTA A UNA COMBINACION UNICA DE UNA DE LAS DOS SEÑALES DE VIBRACION Y UNA DE LAS DOS SEÑALES DE VELOCIDAD. DE ESTA FORMA, LOS AMORTIGUADORES DE VIBRACIONES REDUCEN LAS VIBRACIONES DELOS ROTORES DEL MOTOR QUE SE TRANSMITEN A TRAVES DE LA ESTRUCTURA DE MONTAJE A LO LARGO DE DOS EJES ORTOGONALES. LA FRECUENCIA DE RESONANCIA DE CADA AMORTIGUADOR ES ALTERADA PARA SEGUIR LA VARIACION DE LAS VIBRACIONES DEBIDA A CAMBIOS EN LA VELOCIDAD DEL MOTOR.

Description

Sistemas de absorción de vibración.

La presente invención se refiere a dispositivos para contrarrestar la vibración en miembros estructurales, tales como los de un fuselaje de aeronave, y, particularmente, a dispositivos tales que pueden ser regulados dinámicamente para adaptar el comportamiento a cambios en la frecuencia de vibración. Más especialmente, se refiere a un absorbedor de vibración regulado de forma que se adapte para reducir el ruido en la cabina de una aeronave.

Los motores de aeronave pueden inducir vibración significativa en el fuselaje. En aviones propulsados por propulsores, las palas del propulsor producen patrones de presión de aire que golpean las superficies externas ocasionando por ello una vibración de la estructura con periodicidad temporal, de aproximadamente 100 Hz por ejemplo, vibración que se transfiere a otros miembros estructurales del bastidor de avión. Los motores de reacción también producen vibración en los miembros de soporte. Si no se comprueban, las vibraciones inducidas crean ruido desagradable en la cabina de la aeronave, y pueden traducirse en fatiga grave del bastidor de avión.

Por consiguiente, los absorbedores de vibración están fijados a los miembros estructurales por todo el bastidor de avión. Estos dispositivos son típicamente un sencillo sistema de resorte-masa en el cual una masa está fijada al bastidor de avión mediante un miembro resiliente que actúa como un resorte. Se han empleado amortiguadores elastómeros y voladizos en metal como el resorte. El sistema resorte-masa está regulado de forma fija para resonar a la frecuencia de vibración común en el miembro estructural del bastidor de avión al cual el absorbedor está fijado, y, de esta forma, absorbe la energía de vibración en esta frecuencia de regulación. El absorbedor tiene una gran impedancia mecánica a la resonancia, la cual se debe mayoritariamente a un gran factor Q de calidad. La absorción (impedancia mecánica) a otras frecuencias, disminuye en función de la desviación respecto de la frecuencia de resonancia.

La patente de los Estados Unidos n.º 3.490.556 describe absorbedores 10 pasivos de vibración fijados a estructuras rígidas 12 que sobresalen del fuselaje, a las cuales se conecta el motor de reacción en la parte de popa del fuselaje 14 en el aeroplano de las series Douglas Aircraft DC9-V como muestra la figura 1. Cuatro masas 16 están sustentadas desde cada jugo 18 de soporte de motor de reacción mediante una viga 19 diferente en voladizo, la cual actúa como un resorte. Estos absorbedores 10 están regulados a las frecuencias de vibración producidas por los dos rotores N1 y N2 de motor que se producen en la configuración de potencia nominal de crucero del motor.

Un inconveniente de los absorbedores regulados de forma fija es que las frecuencias de vibración del bastidor de avión varían con la velocidad del motor, especialmente en el caso de motores de reacción. Aunque el absorbedor puede ser regulado a la frecuencia de vibración que se produce a la velocidad nominal de crucero de la aeronave, a otras velocidades se produce una absorción de vibración menor que la óptima. Además, la regulación de los absorbedores de tipo elastómero cambia con la edad del material elastómero, y la regulación de los absorbedores tanto de tipo elastómero como de tipo resorte metálico, cambia con la temperatura.

Por lo tanto, es deseable proporcionar un sistema de absorción que se adapte dinámicamente a la variación de la frecuencia de vibración.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un absorbedor de vibración para absorber las vibraciones con periodicidad temporal en miembros estructurales, en donde el sistema es capaz de adaptación a diferentes frecuencias de vibración, de forma autónoma.

Un objetivo adicional es el de proporcionar un sistema para detectar indirectamente la velocidad de rotación del motor y, más específicamente, los dos conjuntos rotores de motor, para producir señales que indiquen la velocidad para regular dinámicamente los absorbedores de vibración.

El primer objetivo se cumple mediante un absorbedor de vibración definido mediante la reivindicación 1.

El mecanismo de ajuste incluye los sensores de vibración, los cuales producen señales que pueden ser analizadas para determinar la efectividad de la absorción de vibración. Un circuito de control recibe señales procedentes de los sensores de vibración y otra señal que representa la velocidad del motor. El circuito de control responde a estas señales produciendo la señal de control que hace que el mecanismo de regulación ajuste la rigidez del resorte de tal forma que el resorte y la masa sean regulados para entrar en resonancia de una forma tal que absorba óptimamente la vibración del miembro estructural.

El circuito de control incluye un novedoso subsistema para detectar indirectamente la velocidad del motor, evitando, de este modo, el requisito de recertificación de un tacómetro de motor por las autoridades reguladoras, de emplearse la detección directa de velocidad. El subsistema incluye un acelerómetro acoplado al motor. Este sensor está dominado por el motor asociado y la lógica del tacómetro no se ve distraída por otro motor que opere a una frecuencia casi idéntica.

La figura 1 es una vista isométrica en corte de un fuselaje de aeroplano que utilizaba los absorbedores pasivos de vibración de la técnica anterior fijados a las bancadas del motor;

la figura 2 es una vista isométrica de una estructura de bancada de motor con un sistema de absorbedor de vibración de acuerdo con la presente invención;

la figura 3 es una vista isométrica despiezada de uno de los absorbedores de vibración de la figura 2;

la figura 4 es una vista en sección recta longitudinal de un absorbedor de vibración ensamblado; y

la figura 5 es un diagrama de bloques esquemático de un circuito de control para regular dinámicamente uno de los absorbedores de vibración;

la figura 6 es un diagrama esquemático de una implantación de una parte del circuito de control en la figura 6; y

la figura 7 es un diagrama funcional de bloques del circuito para obtener la velocidad del motor a partir de un acelerómetro fijado a la bancada del motor.

Haciendo referencia inicial a la figura 2, una estructura 20 de bancada de motor es similar a las bancadas previas de motor de aeronave. Específicamente, la estructura 20 de bancada está formada por un yugo 25 de soporte fijado al borde externo de una estructura rígida 24 que sobresale del fuselaje de aeronave. En las aeronaves de la serie Douglas Aircraft Company DC-9, el yugo 25 de soporte es un forjado sencillo que está unido a la estructura rígida 24 que sobresale del fuselaje mediante un par de pernos (no visibles) con extremos que se extienden hacia fuera desde el yugo de soporte. Los extremos del yugo 25 de soporte tienen copas 23 anulares que alojan montajes resilientes a través de los cuales pasan pernos para fijar el motor. En otros tipos de aeronave, el yugo de soporte de motor está construido de forma diferente. Un absorbedor 26, 27, 28 ó 29 de vibración diferente está conectado a los extremos expuestos de barras 22 de acoplamiento de yugos, estando los absorbedores 26 y 27 de vibración sobre el lado delantero del yugo 25 de soporte, y estando los absorbedores 28 y 29 de vibración sobre el lado trasero.

Las figuras 3 y 4 muestran los detalles de uno de los absorbedores 26 de vibración. Este absorbedor 26 ejemplar de vibración incluye un alojamiento 31 externo circular a modo de copa con un extremo cerrado que tiene un resalte 33 de montaje para acoplar los extremos de barras 22 de acoplamiento de la estructura 20 de bancada del motor. El absorbedor 26 de vibración contrarresta las vibraciones que se producen a lo largo de dos ejes ortogonales que yacen en un plano que es perpendicular al eje 35 longitudinal del absorbedor de vibración.

Una masa 32 de prueba tubular y cilíndrica está situada dentro de la cavidad 34 del alojamiento 31 exterior y está espaciada respecto del extremo cerrado del alojamiento mediante un primer conjunto 36 de flexión. El primer conjunto 36 de flexión comprende dos anillos 37 y 38 circulares que son paralelos entre sí con una pluralidad de varillas 40 que se extienden entre ellos. Esta construcción permite que las varillas 40 flexen y actúen como un resorte. Una palanca 42 de anillo entra en contacto con el lado de la masa 32 de prueba que está alejado del primer conjunto 36 de flexión. Un cojinete 44 de empuje con rampa engancha la parte central del lado opuesto de la palanca 42 de anillo y comprende dos anillos-guía 46 y 47.

Un conjunto 50 de motor eléctrico tiene una sección 48 tubular que rodea el cojinete 44 de empuje y entra en contacto con la región circunferencial externa de la palanca 42 de anillo. El conjunto 50 de motor eléctrico tiene un motor 52 eléctrico bidireccional de velocidad gradual, tal como el modelo 421817-01-HT1 fabricado por LIN Engineering de Santa Clara, California, Estados Unidos, en el cual el sentido de giro está determinado por señales eléctricas aplicadas. Alternativamente, se puede usar un motor eléctrico de c.c. El motor eléctrico tiene un árbol 54 de salida conectado a una caja de engranajes 53 de control de armónicos de 100:1, la cual controla el anillo-guía 47 superior del cojinete 44 de empuje con rampa. El anillo-guía 46 inferior del cojinete de empuje está acanalado en el diámetro externo y se engancha con una sección 48 tubular del conjunto 50 de motor eléctrico impidiendo, de este modo, que el anillo-guía inferior rote mientras permite un movimiento longitudinal dentro del alojamiento 48.

Un segundo conjunto 55 de flexión descansa sobre un reborde 56, el cual sobresale hacia fuera desde la sección 48 tubular del conjunto 50 de motor eléctrico pero está espaciado respecto de la superficie interior del alojamiento 31. El segundo conjunto 55 de flexión es idéntico al primer conjunto 36 de flexión y está formado por dos anillos 57 y 58 circulares, que son paralelos entre sí, con una pluralidad de varillas 59 que se extienden entre ellos. Las varillas 59 también son flexibles y actúan como resortes. Una tuerca 51 de anillo con hilos de rosca externos está roscada en el extremo abierto del alojamiento 31 y entra en contacto con el anillo 58 del segundo conjunto 55 de flexión. La tuerca 51 de anillo precarga los conjuntos 36 y 55 de flexión primero y segundo a compresión.

La masa combinada de la masa 32 de prueba y del conjunto 50 de motor eléctrico está soportada libremente dentro del alojamiento 31 mediante dos conjuntos 36 de 55 de flexión primero y segundo. Los conjuntos 36 y 55 de flexión primero y segundo actúan como resortes que permiten que esta masa combinada oscile en dos ejes ortogonales X e Y en un plano que es perpendicular al eje longitudinal 35 del absorbedor 26 de vibración. La combinación de resorte y de masa de prueba tiene una frecuencia de resonancia de oscilación que es función de su masa combinada y de la rigidez de los resortes formados por los conjuntos 36 y 55 de flexión primero y segundo. Cuando esta frecuencia de resonancia coincide con la frecuencia de la vibración en la estructura 20 de bancada de motor, la energía de vibración se absorbe óptimamente mediante la oscilación de la masa de prueba.

Modificando la compresión de las varillas 40 y 59 en los montajes de flexión, se puede cambiar la rigidez del resorte para variar la frecuencia de resonancia y mantener la regulación óptima del absorbedor 26 de vibración. La activación del conjunto 50 de motor eléctrico produce la rotación del árbol 54 de salida de motor eléctrico lo que hace que el anillo-guía 47 del cojinete 44 de empuje gire respecto del anillo-guía 46 inferior. En función del sentido de este giro, se aplica mayor o menor fuerza a la palanca 42 de anillo en una dirección a lo largo de del eje 35 longitudinal del absorbedor 26 de vibración. Este cambio en la fuerza hace que la palanca 42 de anillo flexe entre la masa 32 de prueba y la sección 48 tubular del conjunto 50 de motor eléctrico lo que modifica la distancia entre aquellos 32 y 48. Esta modificación del espaciado cambia la compresión de varillas 40 y 59 de los conjuntos 36 y 55 de flexión primero y segundo, respectivamente, y, de esta forma, la rigidez del resorte del absorbedor 26 de vibración.

El conjunto 50 de motor eléctrico está accionado por un controlador 60 para variar la rigidez de resorte de cada absorbedor 26-29 de vibración, en respuesta a cambios en las vibraciones estructurales, cuando son detectadas por acelerómetros. Haciendo referencia de nuevo a la figura 2, las vibraciones estructurales son detectadas por dos acelerómetros 61 y 62 de bastidor de avión fijados a la estructura rígida 24 que sobresale del fuselaje. Los acelerómetros 61 y 62 del bastidor de avión están orientados para detectar vibraciones a lo largo de ejes ortogonales que son paralelos a los ejes a lo largo de los cuales puede oscilar la masa 32 de prueba en cada absorbedor 26-29. El acelerómetro 61 primero de bastidor de avión detecta la aceleración vertical y se usa para controlar los dos absorbedores 26 y 27 delanteros de vibraciones sobre la estructura 20 de bancada de motor, y el acelerómetro 62 segundo de bastidor de avión detecta la aceleración horizontal y se usa para controlar los dos absorbedores 28 y 29 de vibración montados a popa.

Como se muestra en la figura 4, cada absorbedor 26-29 de vibración tiene un acelerómetro 63 fijado al conjunto 50 de motor eléctrico para proporcionar una señal que indique la vibración de la masa de prueba a lo largo de un eje perpendicular al eje 35 longitudinal. Este acelerómetro 63 de masa de prueba para un absorbedor 26, 27, 28 ó 29 de vibración dado, está orientado para detectar movimiento a lo largo de un eje que es paralelo al eje de detección de los acelerómetros 61 ó 62 de bastidor de avión acoplados al absorbedor de vibración dado. Por ejemplo, el acelerómetro 63 de masa de prueba para el absorbedor 26 de vibración y el acelerómetro 61 asociado de bastidor de avión, ambos detectan vibraciones verticales.

Haciendo referencia a la figura 2, otro acelerómetro 64 está fijado al soporte de bancada de motor dentro de la copa 23 anular superior del jugo 25 de soporte, y, de esta forma, está acoplado rígidamente al anillo-guía del motor para detectar la velocidad del motor. Un motor de reacción usado habitualmente tiene dos conjuntos rotores, indicados con N1 y N2, que rotan a velocidades diferentes. Las velocidades de los conjuntos de rotor N1 y N2 se obtienen a partir de una señal producida por el acelerómetro 64 de velocidad, tal y como se describirá.

Cada uno de los cuatro absorbedores 26-29 de vibración puede tener un controlador 60 diferente, mostrado en la figura 5, al cual está conectado el adecuado acelerómetro 61 ó 62 de bastidor de avión. Alternativamente, un sencillo procesador de señal digital puede ejecutar una aplicación informática para procesar las señales de acelerómetro de la misma forma que el controlador 60 controla uno o los cuatro absorbedores 26-29 de vibración asociados con un motor. En la implantación múltiple de controlador, el acelerómetro 61 de bastidor de avión, el cual detecta la aceleración vertical está conectado al controlador 60 para los dos absorbedores 26 y 27 de vibración delanteros sobre la estructura 20 de bancada de motor, y el otro acelerómetro 62 de bastidor de avión, el cual detecta la aceleración horizontal, está conectado a los controladores 60 para los dos absorbedores 28 y 29 de vibración montados a popa.

Para facilitar la descripción, se describirá el controlador 60 para el absorbedor 26 de vibración delantero superior, sobreentendiéndose que la misma funcionalidad se aplica a los controladores para el resto de absorbedores 27, 28 y 29 de vibración, los cuales reciben señales procedentes del otro acelerómetro de bastidor de aire y/o de la otra señal de velocidad del conjunto de rotor.

Los detalles de los bloques en el diagrama de circuito de la figura 5 se muestran en la figura 6. La señal A1 procedente del acelerómetro 61 de bastidor de avión asociado está conectada al circuito 65 preamplificador y de filtro, y la señal A2 procedente de un acelerómetro 63 de masa de prueba para el correspondiente absorbedor 26 de vibración está conectada a otro circuito 66 preamplificador y de filtro. Ambos circuitos 65 y 66, preamplificador y de filtro, tratan las señales A1 y A2 de acelerómetro de la misma manera. Es decir, las dos señales A1 y A2 de acelerómetros se aplican a etapas 100 y 101 diferentes de acondicionamiento de señales, siendo alimentadas las señales resultantes a un filtro 102 ó 104 de tres etapas diferentes en cascada, respectivamente, las cuales filtran de forma agresiva las señales de acelerómetro para eliminar los componentes extraños de frecuencia, en las señales filtradas resultantes FA1 y FA2.

Un requisito de dicho filtrado agresivo es que los filtros tienen que concordar estrechamente unos con otros y tienen que ser ajustados para rastrear la frecuencia de rotación del conjunto de rotor de motor. Las etapas 104-107 de filtrado son reguladas eléctricamente hasta la velocidad de uno de los conjuntos de rotor N1 o N2. Las etapas de estos filtros 102 y 104 son tipos de pasabanda con una frecuencia central regulada a la velocidad de uno de los conjuntos de rotor seleccionado de entre los conjuntos de rotor de motor. Para una realización analógica, las etapas de filtrado se implantan preferiblemente usando una red conmutada de filtro de condensadores, tal como un circuito integrado LTC1060 fabricado por Linear Technology Corporation, en la cual la frecuencia central de pasabanda se establece mediante la frecuencia de una señal CLOCK, la cual se corresponde con la velocidad del conjunto de rotor de motor (N1EST o N2EST). Los controladores para los absorbedores 26 y 28 superiores de vibración reciben una señal N1EST que indica la velocidad del conjunto de rotor N1 mientras los controladores para los absorbedores 27 y 29 inferiores de vibración, reciben una señal N2EST que indica la velocidad del conjunto de rotor N2.

Las dos señales N1EST y N2EST de velocidad de conjunto de rotor se obtienen mediante un circuito 67 común de tacómetro para los cuatro absorbedores 26 de vibración acoplados a la misma estructura 20 de bancada de motor. El circuito 67 de tacómetro recibe la señal S de salida desde el acelerómetro 64 de velocidad a una entrada mostrada en la figura 7. Esta señal S se aplica a un filtro 200 analógico de pasabanda para atenuar los componentes de frecuencia fuera de la banda de los 80 Hz hasta 200 Hz que no se originan desde uno de los conjuntos de rotor N1 o N2. En una implantación digital, la señal filtrada se digitaliza mediante un convertidor (ADC) 202 analógico a digital de veinte bits que funciona a 4 Hz.

La señal digitalizada se alimenta a una lógica 204 de acondicionamiento de señal de sensor de motor que tiene ramas individuales para separar las frecuencias que representan la velocidad de cada conjunto de rotor N1 o N2 de motor. Estas ramas tienen cadenas idénticas de filtrado, pero están reguladas de forma diferente para seleccionar la frecuencia de los correspondientes conjuntos de rotor de motor, por ejemplo las ramas superior e inferior en la figura 6 están configuradas para las velocidades de conjunto de rotor N1 y N2, respectivamente. Cada rama tiene dos filtros 206 digitales de pasabanda de dos polos con un centro de la banda que está configurado mediante una señal N1EST o N2EST de regulación obtenida subsiguientemente en el circuito 67 de tacómetro como se describirá. La señal de acelerómetro se procesa a continuación, mediante un filtro 208 de muesca de dos polos con una muesca que se regula mediante la señal N2EST o N1EST para el otro conjunto de rotor de este motor, retirando de este modo la otra frecuencia de conjunto de rotor de la señal en la rama para el conjunto de rotor dado. La señal resultante se envía a través de un filtro 210 primero de pasabaja de dos polos con una ganancia pico a una frecuencia establecida por la señal N1EST o N2EST de regulación para el conjunto de rotor dado. La salida del filtro 210 primero de pasabaja es una señal designada ENGN1 o ENGN2 la cual es una sinusoide que tiene una frecuencia de la velocidad del correspondiente conjunto de rotor N1 o N2 de motor, respectivamente. Las señales de salida desde el filtro 208 de muesca y del filtro 210 primero de pasabaja son multiplicadas entre sí en componente 212 en cada rama y se determina el signo del producto. Estas operaciones producen una señal de salida designada PTN1 o PTN2, la cual es un tren de impulsos con un ciclo de servicio variable que tiene una frecuencia dos veces la velocidad del conjunto de rotor asociado.

Las correspondientes señales del conjunto de rotor son alimentadas desde la lógica 204 de acondicionamiento de la señal de sensor de motor para un procesado adicional mediante un canal 214 de N1 o un canal 216 de N2. Los dos canales 214 y 216 son idénticos en composición con los componentes del canal 214 de N1 mostrándose funcionalmente en la figura 7, cuyo canal se describirá al detalle. La señal PTN1 se aplica a un filtro 218 segundo de pasabaja de ganancia unitaria que tiene una frecuencia de corte de aproximadamente 0,1 Hz, el cual produce una salida media que es indicadora del ciclo de servicio de la señal de entrada y, de este modo, la regulación de los filtros en la lógica 204 de acondicionamiento de señal del sensor de motor. Cuando el filtro 210 primero de pasabaja se regula adecuadamente, la diferencia de fase entre señales en su entrada y salida es de noventa grados. De este modo, el ciclo de servicio de señal PTN1 es cincuenta por ciento y la salida del filtro 218 segundo de pasabaja es cincuenta por ciento del valor pico de la señal PTN1. La salida del filtro 218 segundo de pasabaja se aplica a un comparador que produce una salida binaria que denota si la señal filtrada PTN1 está dentro de un intervalo dado de valores que indican una regulación aceptable de los filtros. Un alto nivel de lógica binaria indica una regulación inadecuada. La salida del comparador 220 se invierte mediante un indicador 222 de regulación para producir una señal designada LOCKN1, en la cual un alto nivel de lógica binaria indica una regulación de filtrado adecuada.

La salida de comparador 220 opera un conmutador 233 el cual controla la entrada hasta un integrador 234. Cuando el filtro 210 adaptable no está correctamente regulado, el conmutador 233 alimenta la señal PTN1 hasta el integrador 234 y el resultado se aplica a una entrada de un limitador 236 de intervalo. Este último componente 236 impide que la salida del integrador supere los valores mínimo y máximo predefinidos, en cuyo caso la salida del integrador se fija al correspondiente valor máximo o mínimo. La señal limitada resultante se usa como la señal N1EST de regulación de filtro y se conecta a las entradas de regulación de los filtros en la lógica 204 de acondicionamiento de señal de sensor de motor. Esta conexión completa un circuito de bucle de bloqueo de frecuencia que mantiene los filtros 206-210 regulados hasta la velocidad de los conjuntos de rotor de motor.

Haciendo referencia todavía a la figura 7, la señal LOCKN1 del indicador 222 de regulación se aplica a un circuito 224 de estimación de amplitud en el cual el bloque 226 calcula el valor absoluto del producto de las señales LOCKN1 y ENGN1. El resultado se aplica a un filtro 228 tercero de pasabaja con un corte en aproximadamente 10 Hz. La señal filtrada procedente del filtro 228 tercero de pasabaja se alimenta a un comparador 230 para determinar si la amplitud de señal procedente del acelerómetro 64 es demasiado pequeña para proporcionar regulación fiable de los filtros en el controlador. El comparador 230 tiene una señal de salida binaria designada AMPN1 la cual indica una amplitud aceptable. La señal de amplitud AMPN1 se aplica a una entrada de puerta 232 AND que tiene otra entrada a la cual se aplica la señal LOCKN1. La puerta 232 AND produce una señal VALIDN1 de salida, la cual tiene un alto nivel de lógica cuando la indicación de velocidad para el conjunto de rotor N1 de motor que se produce por el circuito de tacómetro 67 es válido.

Las señales producidas por el circuito 67 de tacómetro se aplican a los controladores 60 para absorbedores 26-29 de vibración. Específicamente, la señal N1EST de velocidad de conjunto de rotor de motor y la señal VALIDN1 se aplican al controlador 60 ejemplar para absorbedor 26 de vibración mostrado en la figura 5. La figura 6 muestra una implantación analógica de un controlador como este, aunque una implantación de aplicación informática sobre un procesador digital también es posible. La señal N1EST de velocidad de conjunto de rotor de motor se usa para regular las etapas en cascada de los filtros 102 y 103 de señal de masa y de acelerómetro de bastidor de avión.

Haciendo referencia a la figura 6, las señales FA1 y FA2 filtradas de acelerómetro producidas por los circuitos 65 y 66 preamplificador y filtro, se aplican al circuito 68 de medida de fase. Estas señales pasan a través de una etapa 150 ó 152 separada de comparador de precisión, comprendiendo cada una de ellas un par de comparadores conectados en serie para asegurar que la salida del filtro se convierte en una señal de onda cuadrada la cual no tiene componentes sinusoidales limitadas en amplitud. Las señales resultantes de onda cuadrada se aplican a entradas de una puerta 154 exclusiva OR (XOR) con disparadores Schmitt en las entradas, tales como un circuito integrado modelo 4583. La puerta 154 XOR proporciona una señal pulsada, designada PHASE, que tiene un ciclo de servicio variable, el cual es una función de la diferencia de fase entre las dos señales procesadas de acelerómetro. A una diferencia de fase de noventa grados, el ciclo de servicio es del cincuenta por ciento. La frecuencia de la señal PHASE en la salida de la puerta 154 XOR es dos veces la frecuencia de vibración. La señal PHASE está amplificada por una etapa 156 del amplificador de no inversión con ganancia ajustable. El condensador 155 dentro de la etapa 156 del amplificador integra la señal pulsada PHASE en una señal con un nivel medio de tensión que se corresponde con el ciclo de servicio de los impulsos. Esta señal oscila entre su nivel medio y el tamaño de los rizos que dependen de la constante de tiempo RC de la red del condensador. De esta forma el nivel de tensión en la salida de la etapa 156 de amplificador puede variar ligeramente incluso cuando el absorbedor 26 de vibración está correctamente regulado.

Cuando la frecuencia de resonancia del absorbedor 26 de vibración concuerda con la frecuencia de vibración en el bastidor de avión a lo largo del eje de acelerómetro 61, las dos señales FA1 y FA2 filtradas de acelerómetro estarán en cuadratura, es decir, con un desfase de noventa grados. En este instante, el circuito 68 de medida de fase produce un nivel de tensión de salida designado V_{90} indicador de la relación de cuadratura; por ejemplo, el nivel nominal de V_{90} puede ser la mitad de la tensión de alimentación del circuito 68 de medida de fase. Como de destacó en lo que antecede, la tensión real fluctúa debido a que se corresponde con la integral de una señal de tren de impulsos.

La desviación de fase de las dos señales FA1 y FA2 filtradas de acelerómetro desde la cuadratura modifica la tensión de salida desde el circuito 68 de medida de fase, por lo cual la magnitud de la diferencia entre la tensión de salida y el nivel V_{90} de tensión en cuadratura indica la magnitud de la diferencia de fase respecto de la cuadratura, y la dirección de la diferencia de tensión indica el sentido del cambio de fase entre las señales de acelerómetro A1 y A2.

La salida del circuito 68 de medida de fase se aplica a la lógica 70 de control que tiene una entrada conectada a un par de disparadores 160 y 162 Schmitt, cuya operación combinada define un intervalo de tensión centrado alrededor del nivel V_{90} de tensión de cuadratura. Por ejemplo, un disparador 160 Schmitt puede proporcionar una histéresis positiva configurada en un voltio por encima del nivel de tensión de cuadratura V_{90}, mientras el otro disparador 162 Schmitt está configurado a una histéresis negativa en un voltio por debajo de la tensión de cuadratura V_{90}. Las redes 164 y 166 de resistencias definen este intervalo de tensión.

Las señales de salida desde los dos disparadores 160 y 162 Schmitt se aplican a entradas o puerta 159 OR. Cuando la tensión de salida del circuito de medida de fase está fuera del intervalo de dos voltios centrado en el nivel V_{90} de tensión de cuadratura, la puerta 159 OR hace que la puerta 169 de salida de la lógica 70 de control produzca una señal DISABLE baja o, en caso contrario, se produce una señal DISABLE alta. Como se describirá, una señal DISABLE alta inhibe la operación del conjunto 50 de motor eléctrico y, de esta forma, la modificación de la rigidez de resorte para el absorbedor de vibración. Por lo tanto, si se produce una diferencia de fase significativa entre las señales procedentes de los acelerómetros 61 y 63, la señal PHASE de salida de media de fase será sacada fuera el intervalo de banda de muerte de la puerta 159 OR que resulta de la activación del conjunto 50 de motor eléctrico. La sección 158 de circuito impide que el rizado normal en la señal de salida de medida de fase alrededor del nivel V_{90} de tensión de cuadratura, modifica la regulación del absorbedor 26 de vibración.

La salida de uno de los disparadores 160 Schmitt en la sección 158 de circuito se usa como una señal DIRECTION lo que indica la dirección en la que debe moverse el conjunto 50 de motor eléctrico para ajustar la frecuencia de resonancia de absorbedor de vibración.

La lógica 70 de control también produce una señal DISABLE alta en respuesta a una señal procedente de un monitor 74 de amplitud, el cual recibe la señal FA1 producida por el circuito 65 de preamplificador y de filtro del acelerómetro de bastidor de avión. La señal FA1 pasa a través de una etapa 170 de amortiguador y de una etapa 172 de amplificador, la cual aplica una ganancia positiva a niveles positivos de señal y ganancia cero a niveles negativos de señal. El condensador 173 integra la señal resultante en la salida de la etapa 172 de amplificador. La señal integrada se alimenta a una etapa 174 de comparador que produce una señal AMPLITUDE ABORT la cual se aplica a una puerta 169 OR con el fin de producir la señal DISABLE.

Por lo tanto, si la amplitud de la señal A1 de acelerómetro de bastidor de avión se hace demasiado pequeña para proporcionar regulación fiable del absorbedor 26 de vibración, la señal AMPLITUDE ABORT procedente del monitor 74 de amplitud hace que la lógica 70 de control produzca una señal DISABLE alta. Esta acción inhibe la modificación de la regulación del aislante de vibración ante dichas condiciones.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 5, las señales DISABLE y DIRECTION están acopladas a un controlador 76 de motor eléctrico escalonado convencional. El controlador 76 de motor eléctrico responde a estas señales generando señales de potencia para operar el motor 52 eléctrico escalonado en el conjunto 50 para modificar la frecuencia de resonancia del absorbedor 26 de vibración.

Cuando el absorbedor 26 de vibración está correctamente regulado a la frecuencia de la vibración del bastidor de avión, las señales A1 y A2 procedentes de los acelerómetros 61 y 63 están en cuadratura. Este estado de señal hace que el controlador 60 produzca una señal DISABLE alta la cual inhibe a que el controlador 76 de motor eléctrico opere el conjunto 50 de motor eléctrico. Cuando el absorbedor 26 de vibración no está correctamente regulado, las señales A1 y A2 procedentes de los acelerómetros 61 y 63 de bastidor de avión y de masa de prueba estarán fuera de cuadratura. Esta condición se traduce en que la señal de salida de circuito de medida de fase está fuera del intervalo de banda de muerte establecido por los disparadores 160 y 162 Schmitt en la lógica 70 de control. Por consiguiente, la lógica 70 de control produce una señal DISABLE baja, la cual permite que el controlador 76 de motor eléctrico produzca una señal de accionamiento para el motor escalonado dentro del conjunto 50 de motor eléctrico. La señal de accionamiento hace que el motor escalonado se mueva en la dirección especificada por la señal DIRECTION procedente de la lógica 70 de control.

El conjunto 50 de motor eléctrico gira el árbol 54 de salida el cual acciona el cojinete 44 de empuje para modificar el espaciado entre la masa 32 de prueba y la sección 48 tubular de conjunto 50 de motor eléctrico en la figura 4. Este movimiento varía la compresión de las varillas 40 y 59 de flexión, por lo cual cambia la rigidez del resorte en el absorbedor 26 de vibración. Este cambio en la rigidez de resorte modifica la frecuencia de resonancia de absorbedor 26 de vibración hasta que coincide con la frecuencia de vibración vertical en la estructura rígida 24 que sobresale del fuselaje del bastidor de avión debido al conjunto de rotor N1, cuando se produce esta coincidencia, las señales procedentes de los dos acelerómetros 61 y 63, una vez de nuevo, estarán en cuadratura haciendo que el controlador 60 produzca una señal DISABLE alta terminando, por lo tanto, la operación del conjunto 50 de motor eléctrico. Una regulación similar de los otros absorbedores 27-29 de vibración se produce para ajustar cambios en la vibración.

De esta forma, el controlador 60 opera el conjunto 50 de motor eléctrico para ajustar dinámicamente la frecuencia de resonancia del absorbedor 26 de vibración para rastrear variaciones en la frecuencia de vibración debidas a cambios en la velocidad de motor de la aeronave. Además, el sistema compensa la variación en la frecuencia de resonancia, los que se traduce en cambios en temperatura o envejecimiento de material. Por medio de esta regulación de adaptación, el sistema masa-resorte de absorbedor 26 de vibración proporciona un factor de resonancia de alta calidad en la frecuencia precisa de molestia.

Aunque se ha descrito el circuito 67 de control en términos de elementos de circuito discretos, tales como filtros, integradores y comparadores, un artesano experto reconocerá que la función de tratamiento de señal que es realizada por dichos elementos de circuito, podría ser realizada mediante aplicación informática ejecutada en un procesador digital de señal.

Claims (10)

1. Un absorbedor de vibración para un vehículo el cual tiene un motor fijado a un bastidor mediante una estructura (20) de bancada, comprendiendo el absorbedor de vibración:

- un miembro (31) de montaje para fijarse al vehículo;

- una masa (32); y

- un resorte (36, 55) que conecta el miembro (31) de montaje y la masa (32), y que tiene una rigidez que define una frecuencia de resonancia a la cual vibra la masa,

caracterizado porque el absorbedor de vibración comprende

- un mecanismo (42, 44) que ajusta la rigidez del resorte (36, 55) para modificar la frecuencia de resonancia;

- un primer sensor (61, 62) que produce una primera señal (A1) que indica vibración del bastidor;

- un segundo sensor (63) que produce una segunda señal (A2) que indica la vibración de la masa (32);

- un tercer sensor (64) acoplado de forma operativa a la estructura (20) de bancada para detectar vibración del motor y producir una tercera señal indicadora de vibración del motor; y

- un circuito (67) de tacómetro conectado al tercer sensor (64) y que produce, como respuesta a la tercera señal, una señal (S) de velocidad que representa la velocidad del motor; y

- un controlador (60) conectado a los sensores (61-63) primero, segundo y tercero y que responde a la primera señal (A1), a la segunda señal (A2) y a la tercera señal (S) de velocidad al operar el mecanismo (42, 44) para ajustar la frecuencia de resonancia, de tal forma que el resorte (36, 55) y la masa (32) entran en resonancia para absorber la vibración del bastidor.

2. El absorbedor de vibración según la reivindicación 1, en el cual el primer sensor (61, 62) está acoplado al bastidor.

3. El absorbedor de vibración según la reivindicación 1, en el cual el controlador (60) tiene un filtro regulable el cual trata la primera señal (A1) y la segunda señal (A2), y el cual se regula como respuesta a la señal (S) de velocidad.

4. Un sistema de absorción de vibración que comprende absorbedores de vibración primero y segundo, cada uno de los cuales según la reivindicación 1, para una aeronave la cual tiene un fuselaje al cual está fijado el motor mediante la estructura de bancada, en el cual:

el primer sensor (61, 62) indica vibración del fuselaje a lo largo de un primer eje;

el segundo sensor (63) indica vibración del fuselaje a lo largo de un segundo eje;

el miembro (31) de montaje está fijado a la estructura (20) de bancada;

el controlador comprende un primer controlador conectado al primer sensor (61, 62) y que tiene un primer filtro adaptable que trata la primera señal (A1), en el cual el primer filtro adaptable se regula como respuesta a la señal de velocidad, respondiendo el primer controlador a la primera señal al operar el mecanismo (42, 44) del primer absorbedor de vibración, y un segundo controlador conectado al segundo sensor (63) y que tiene un segundo filtro adaptable que trata la segunda señal (A2), en el cual el segundo filtro adaptable está regulado como respuesta a la señal (S) de velocidad, respondiendo el segundo controlador a la segunda señal (A2) al operar el mecanismo (42, 44) del segundo absorbedor de vibración.

5. El sistema de absorbedor de vibración según la reivindicación 4, en el cual el primer eje es ortogonal al segundo eje.

6. Un sistema de absorción de vibración que comprende absorbedores de vibración primero, segundo, tercero y cuarto cada uno de los cuales según la reivindicación 1, para una aeronave que tiene un fuselaje al cual está fijado el motor mediante la estructura de bancada, teniendo el motor un primer componente (N1) que se mueve a una primera velocidad y un segundo componente (N2) que se mueve a una segunda velocidad, en el cual:

el primer sensor (61, 62) indica vibración del fuselaje a lo largo de un primer eje;

el segundo sensor (63) indica vibración del fuselaje a lo largo de un segundo eje;

el circuito (67) de tacómetro está conectado al tercer sensor (64) y produce, en respuesta a la tercera señal (S), una primera señal de velocidad que indica la velocidad primera, y una segunda señal de velocidad que indica la velocidad segunda,

el controlador (60) comprende un primer controlador que responde a la primera señal (A1) y la primera señal de velocidad produciendo una primera señal de control para ajustar la frecuencia de resonancia del primer absorbedor de vibración a las vibraciones procedentes del primer componente (N1) a lo largo del primer eje;

un segundo controlador que responde a la primera señal (A1) y a la segunda señal de velocidad produciendo una segunda señal de control para ajustar la frecuencia de resonancia del absorbedor de vibración segundo a las vibraciones procedentes del segundo componente (N2) a lo largo de del primer eje;

un tercer controlador que responde a la segunda señal (A2) y a la primera señal de velocidad produciendo una tercera señal de control para ajustar la frecuencia de resonancia del tercer absorbedor de vibración a vibraciones procedentes del primer componente (N1) a lo largo de del segundo eje;

un cuarto controlador que responde a la segunda señal (A2) y a la segunda señal de velocidad produciendo una cuarta señal de control para ajustar la frecuencia de resonancia del cuarto absorbedor de vibración a vibraciones procedentes del segundo componente (N2) a lo largo del segundo eje.

7. El sistema de absorción de vibración según la reivindicación 6, en el cual cada uno de los absorbedores de vibración primero, segundo, tercero y cuarto tiene un filtro que trata una de las señales primera y segunda, y el cual está regulado mediante las señales de control primera, segunda, tercera y cuarta, respectivamente.

8. El sistema de absorción de vibración según la reivindicación 6, en el cual cada uno de los absorbedores de vibración primero, segundo, tercero y cuarto comprende un miembro (31) de montaje fijado a la estructura (20) de bancada, una masa (32) acoplada al miembro (31) de montaje mediante un resorte (36, 55) el cual tiene una rigidez que define la frecuencia de resonancia, y un mecanismo (42, 44) el cual responde a una de entre las señales de control primera, segunda, tercera y cuarta, mediante el ajuste de la rigidez del resorte para modificar la frecuencia de resonancia.

9. El sistema de absorción de vibración según la reivindicación 6, en el cual el circuito de tacómetro comprende:

un primer filtro de pasabanda en el cual una banda de frecuencia está regulada como respuesta a la primera señal de velocidad, y que tiene una entrada a la cual se aplica la tercera señal y que tiene una primera salida;

un primer filtro con eliminación de banda regulable que tiene una entrada conectada a la primera salida y que tiene una segunda salida, estando regulado el filtro con eliminación de banda regulable como respuesta a la segunda señal de velocidad; y

un primer filtro de pasabaja con una entrada conectada a la segunda salida y con una salida en la cual se produce la primera señal de velocidad, y que tiene una frecuencia de corte que se varía como respuesta a la primera señal de velocidad.

10. El sistema de absorción de vibración según la reivindicación 9, en el cual el circuito de tacómetro comprende además:

un segundo filtro de pasabanda en el cual una banda de frecuencia está regulada como respuesta a la segunda señal de velocidad y que tiene una entrada a la cual se aplica la tercera señal y que tiene una cuarta salida;

un segundo filtro con eliminación de banda regulable que tiene una entrada conectada a la cuarta salida y que tiene una quinta salida, estando regulado el filtro con eliminación de banda regulable como respuesta a la primera señal de velocidad; y

un segundo filtro de pasabaja con una entrada conectada a la quinta salida y con una sexta salida en la cual se produce la segunda señal de velocidad, y que tiene una frecuencia de corte que se varía como respuesta a la segunda señal de velocidad.