RU2597042C1 - Method for vibration isolation of helicopter pilot and seat suspension for realising said method - Google Patents
Method for vibration isolation of helicopter pilot and seat suspension for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2597042C1 RU2597042C1 RU2015120122/11A RU2015120122A RU2597042C1 RU 2597042 C1 RU2597042 C1 RU 2597042C1 RU 2015120122/11 A RU2015120122/11 A RU 2015120122/11A RU 2015120122 A RU2015120122 A RU 2015120122A RU 2597042 C1 RU2597042 C1 RU 2597042C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elastic element
- suspension
- vibration isolation
- frequency
- stiffness
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам виброизоляции и может быть использовано при оборудовании рабочих мест пилотов, других членов экипажей, а также пассажиров вертолетов различного назначения.The invention relates to methods of vibration isolation and can be used in equipping workplaces for pilots, other crew members, as well as passengers of helicopters for various purposes.
Известно, что в полете фюзеляж вертолета вибрирует в широком диапазоне низких частот, 1÷100 Гц, особенно интенсивно в диапазоне инфранизких частот, 1÷10 Гц, наиболее вредных для безопасной и эффективной работы экипажа, а также комфорта пассажиров. Дозы вредного воздействия на человека вибраций в диапазоне инфранизких частот становятся критичными с увеличением продолжительности полета. Также известно, что виброизоляция в диапазоне инфранизких частот является наиболее труднорешаемой технической задачей для данного вида летательных аппаратов.It is known that in flight the helicopter fuselage vibrates in a wide range of low frequencies, 1 ÷ 100 Hz, especially intensively in the range of infra-low frequencies, 1 ÷ 10 Hz, the most harmful for the safe and efficient operation of the crew, as well as passenger comfort. Doses of harmful effects of vibration to a person in the range of infra-low frequencies become critical with increasing flight duration. It is also known that vibration isolation in the range of infra-low frequencies is the most difficult technical task for this type of aircraft.
Известны способы (P. Konstanzer et al., Recent advances in Euro copter's passive and active vibration control: Proceedings of the 64th Annual Forum of the American Helicopter Society, Montreal, Canada, 2008, pp. 75-93) виброизоляции пилотов вертолетов, заключающиеся во введении упругих элементов в виброизолирующую систему сидений пилотов. Однако данные способы обеспечивают определенный эффект в диапазоне частот 20÷40 Гц и выше и, соответственно, неэффективны в диапазоне инфранизких частот.Known methods (P. Konstanzer et al., Recent advances in Euro copter's passive and active vibration control: Proceedings of the 64 th Annual Forum of the American Helicopter Society, Montreal, Canada, 2008, pp. 75-93) helicopter pilots, consisting in the introduction of elastic elements in the vibration-isolating system of the pilot seats. However, these methods provide a certain effect in the frequency range of 20 ÷ 40 Hz and above and, accordingly, are ineffective in the range of infra-low frequencies.
Известен также способ (Р.Г. Камило, М.Т. Джонатан. Устройство для уменьшения вибрации кресла пилота вертолета. / Патент РФ 2504487, опубл. 20.01.2014, бюл. №2) виброизоляции пилотов вертолетов, наиболее близкий к заявляемому способу по технической результату, заключающийся во введении в виброизолирующую систему сиденья пилота подвески, снабженной упругим элементом и направляющим механизмом, структурные элементы которого образуют кинематическую цепь подвижных соединений для обеспечения вибрационного движения системы в заданном направлении и снижения интенсивности действия импульсных нагрузок, в формировании и активации сигнала управления параметрами упругого элемента. Способ дает определенный эффект, начиная с 7÷8 Гц и выше, причем качественную виброизоляцию - начиная с 12÷16 Гц. Следовательно, данный способ неэффективен в большей части диапазона частот, наиболее вредных и опасных для здоровья и функциональной деятельности пилотов вертолета, а также комфорта пассажиров. Основные причины неэффективности: (а) высокая жесткость упругого элемента в вертикальном (основном) направлении вибрационного движения системы; (б) ограничения амплитуд относительных перемещений и, соответственно, размеров рабочего пространства системы для обеспечения ее безопасной работы; (в) низкая механическая добротность системы вследствие структурной избыточности кинематической цепи.There is also known a method (RG Camilo, MT Jonathan. A device for reducing vibration of a helicopter pilot's seat. / RF Patent 2504487, publ. 01.20.2014, bull. No. 2) vibration isolation of helicopter pilots, the closest to the claimed method for the technical result, which consists in introducing into the vibration-insulating system the pilot's seat of the suspension, equipped with an elastic element and a guiding mechanism, the structural elements of which form a kinematic chain of movable joints to ensure vibrational movement of the system in a given direction and reduce the intensity of the action of pulsed loads, in the formation and activation of the control signal for the parameters of the elastic element. The method gives a certain effect, starting from 7 ÷ 8 Hz and above, and high-quality vibration isolation - from 12 ÷ 16 Hz. Therefore, this method is ineffective in most of the frequency range, the most harmful and dangerous to the health and functional activity of helicopter pilots, as well as passenger comfort. The main causes of inefficiency: (a) high rigidity of the elastic element in the vertical (main) direction of the vibrational movement of the system; (b) limiting the amplitudes of relative displacements and, accordingly, the dimensions of the working space of the system to ensure its safe operation; (c) low mechanical quality factor of the system due to the structural redundancy of the kinematic chain.
Известна подвеска сиденья (О. Krejcir, Pneumaticka Vibroizolace, Doctorska disertacna prace. Liberec, Czech Republic, 1986), содержащая направляющий механизм, упругий элемент в виде бесштоковой пневматической пружины и устройство управления параметрами упругого элемента. Недостатки подвески: а) участок относительных перемещений, на протяжении которого подвеска может быть эффективной при вибрациях в диапазоне инфранизких частот, существенно меньше рабочего хода подвески; б) эффект нестабильный и зависит от конструктивных особенностей подвески; в) увеличение протяженности данного участка приводит к существенному росту габаритов подвески, несовместимому с требованиями к компактности и безопасности работы виброизолирующей системы пилота.Known seat suspension (O. Krejcir, Pneumaticka Vibroizolace, Doctorska disertacna prace. Liberec, Czech Republic, 1986), containing a guide mechanism, an elastic element in the form of a rodless pneumatic spring and a device for controlling the parameters of the elastic element. Drawbacks of the suspension: a) the section of relative displacements during which the suspension can be effective in case of vibrations in the range of infra-low frequencies is significantly less than the suspension travel; b) the effect is unstable and depends on the design features of the suspension; c) an increase in the length of this section leads to a significant increase in the dimensions of the suspension, incompatible with the requirements for compactness and safety of the vibration-isolating system of the pilot.
Наиболее близкой к заявляемой является подвеска (Р.Г. Камило, М.Т. Джонатан. Устройство для уменьшения вибрации кресла пилота вертолета. / Патент РФ 2504487, опубл. 20.01.2014, бюл. №2) для реализации известного способа, установленная под сиденьем пилота и содержащая направляющий механизм, упругий элемент в виде бесштоковой пневматической пружины и устройство управления параметрами упругого элемента. Данная подвеска неэффективна в большей части диапазона инфранизких частот, наиболее вредных и опасных для работы пилотов, а также комфорта пассажиров вертолетов. Основные причины неэффективности: а) высокая жесткость упругого элемента в вертикальном (основном) направлении вибрационного движения системы; б) низкая механическая добротность подвески вследствие структурной избыточности ее кинематической цепи.Closest to the claimed is the suspension (RG Camilo, MT Jonathan. Device for reducing vibration of the helicopter pilot's seat. / RF Patent 2504487, publ. 01.20.2014, bull. No. 2) for implementing the known method, installed under the pilot's seat and containing a steering mechanism, an elastic element in the form of a rodless pneumatic spring and a device for controlling the parameters of the elastic element. This suspension is ineffective in most of the range of infra-low frequencies, the most harmful and dangerous for pilots, as well as the comfort of helicopter passengers. The main causes of inefficiency: a) high rigidity of the elastic element in the vertical (main) direction of the vibrational movement of the system; b) low mechanical quality factor of the suspension due to the structural redundancy of its kinematic chain.
Задача изобретения (технический результат): повышение качества и расширение диапазона частот виброизоляции при заданных ограничениях амплитуд относительных перемещений виброизолирующей системы.The objective of the invention (technical result): improving the quality and expanding the frequency range of vibration isolation with given restrictions on the amplitudes of the relative movements of the vibration isolating system.
Поставленную задачу решают с помощью способа, согласно которому в виброизолирующую систему сиденья пилота вводят подвеску, снабженную упругим элементом и направляющим механизмом, структурные элементы которого образуют кинематическую цепь подвижных соединений для обеспечения вибрационного движения системы в заданном направлении, формируют и активируют сигнал управления параметрами упругого элемента, вводят также дополнительный упругий элемент с регулируемой жесткостью, который присоединяют к системе без увеличения ее рабочего пространства в заданном направлении, параллельно действию упругого элемента, далее минимизируют суммарную жесткостью обоих упругих элементов на заданном интервале амплитуд относительных перемещений системы, определяемом условиями ее безопасной работы, затем повышают механическую добротность кинематической цепи путем формирования и активации дополнительного сигнала управления на частоте, меньшей основной частоты вибрационного движения системы. Кроме того, дополнительный упругий элемент собирают в виде модулей из взаимозаменяемых пружин знакопеременной жесткости и присоединяют к подвеске, по меньшей мере, не увеличивая структурной избыточности цепи, например, путем силового замыкания.The problem is solved using the method according to which a suspension is introduced into the vibration-isolating system of the pilot's seat, equipped with an elastic element and a guiding mechanism, the structural elements of which form a kinematic chain of movable joints to provide vibrational movement of the system in a given direction, form and activate a control signal for the parameters of the elastic element, an additional elastic element with adjustable stiffness is also introduced, which is attached to the system without increasing its working pressure space in a given direction parallel to the action of the elastic element, then minimize the total stiffness of both elastic elements in a given range of amplitudes of relative displacements of the system, determined by the conditions of its safe operation, then increase the mechanical quality factor of the kinematic chain by generating and activating an additional control signal at a frequency lower than the main frequency vibrational motion of the system. In addition, an additional elastic element is assembled in the form of modules from interchangeable springs of alternating stiffness and attached to the suspension, at least without increasing the structural redundancy of the chain, for example, by force closure.
Технический результат достигается также тем, что известная подвеска сиденья пилота, содержащая направляющий механизм, упругий элемент и устройство управления параметрами упругого элемента, снабжена дополнительным упругим элементом с регулируемой знакопеременной жесткостью, установленным параллельно действию упругого элемента, без увеличения рабочего пространства подвески, а устройство управления содержит, по меньшей мере, два канала управления, один из которых имеет возможность активации на частоте, меньшей основной частоты вибрационного движения системы.The technical result is also achieved by the fact that the known suspension of the pilot seat, comprising a steering mechanism, an elastic element and a device for controlling the parameters of the elastic element, is provided with an additional elastic element with adjustable alternating stiffness set parallel to the action of the elastic element without increasing the working space of the suspension, and the control device contains at least two control channels, one of which has the ability to activate at a frequency lower than the main vibration frequency ion motion system.
Сущность изобретения поясняется с помощью примеров осуществления способа, для чего представлены следующие иллюстрации:The invention is illustrated using examples of the method, for which the following illustrations are presented:
Фиг. 1. Общая структурная схема виброизолирующей системы.FIG. 1. The general structural diagram of the vibration isolating system.
Фиг. 2. Общий вид направляющего механизма подвески с дополнительным упругим элементом (вариант для летных испытаний).FIG. 2. General view of the suspension guide mechanism with an additional elastic element (option for flight tests).
Фиг. 3. Упругая и прочностная характеристики дополнительного упругого элемента с регулируемой знакопеременной жесткостью.FIG. 3. Elastic and strength characteristics of an additional elastic element with adjustable alternating stiffness.
Фиг. 4. Эффект снижения механической добротности кинематической цепи при вибрационном движении системы на инфранизких частотах.FIG. 4. The effect of reducing the mechanical quality factor of the kinematic chain during the vibrational movement of the system at infralow frequencies.
Фиг. 5. Дополнительная активация системы на частоте, меньшей основной частоты вибрационного движения системы.FIG. 5. Additional activation of the system at a frequency lower than the main frequency of the vibrational movement of the system.
Фиг. 6. Характеристика подвески до и после введения дополнительной активации системы (результаты стендовых статических испытаний).FIG. 6. Suspension characteristics before and after the introduction of additional activation of the system (results of static bench tests).
Фиг. 7. Поэтапное повышение качества и расширения диапазона частот виброизоляции (результаты стендовых динамических испытаний).FIG. 7. Step-by-step improvement of the quality and expansion of the vibration isolation frequency range (results of dynamic bench tests).
Фиг. 8. Снижение импульсных нагрузок на систему с воздушного демпфирования и упругого элемента.FIG. 8. Reducing impulse loads on the system with air damping and an elastic element.
Фиг. 9. Снижение импульсных нагрузок на систему с помощью с воздушного демпфирования и обоих упругих элементов.FIG. 9. Reducing the impulse loads on the system with air damping and both elastic elements.
Фиг. 10. Общий вид виброизолирующего сиденья для пилота (вариант для летных испытаний на вертолете Ми-8).FIG. 10. General view of the vibration-isolating seat for the pilot (option for flight tests on a Mi-8 helicopter).
Фиг. 11. Схема объектов и средств для сравнительных летных испытаний.FIG. 11. Scheme of facilities and means for comparative flight tests.
Фиг. 12. Качество виброизоляции системы согласно способу в диапазоне инфранизких частот на одном из переходных режимов полета со скоростью 70 км/ч (результаты летных испытаний).FIG. 12. The quality of the vibration isolation of the system according to the method in the range of infralow frequencies at one of the transitional flight modes at a speed of 70 km / h (flight test results).
Фиг. 13. Качество виброизоляции системы согласно способу в диапазоне инфранизких частот в установившемся режиме полета с крейсерской скоростью 200±3 км/ч (результаты летных испытаний).FIG. 13. The quality of the vibration isolation of the system according to the method in the range of infralow frequencies in the steady flight mode with a cruising speed of 200 ± 3 km / h (flight test results).
Подвеска сиденья для реализации способа (см. фиг. 1) содержит направляющий механизм, включающий основание 1, две пары рычагов 2 и 3, размещенных в параллельных плоскостях, симметрично продольной оси подвески, и образующих между собой и выходным структурным элементом 4 кинематическую цепь подвижных соединений с помощью подшипников 5 и 6, при этом элемент 4 снабжен площадкой для крепления посадочного места 7 сиденья с возможностью его перемещения и фиксации с помощью механизма 8 в процессе настройки, а также упругий элемент, выполненный, например, в виде безштоковой пневматической пружины 9. Наряду с этим подвеска снабжена дополнительным упругим элементом, выполненным, например, в виде двух съемных модулей, компактно размещенных в параллельных плоскостях на внешних поверхностях основания 1, при этом каждый модуль содержит пружины 10, центральную втулку 11 и корпус 12, а также устройство предварительной настройки пружины 10 (не показано), причем пружины 10 изготовлены в виде взаимозаменяемых наборов пластинок из пружинной стали, одни концы которых размещены в пазах, выполненных с определенным угловым шагом на центральной втулке 11, установленной в подшипниковой опоре 5 на основании 1, а другие концы - в пазах, выполненных с таким же угловым шагом на корпусе 12, с возможностью закритического упругого деформирования при сборке и настройке, причем втулки 11 снабжены, например, шлицами 13 для силового замыкания с рычагами 3, а корпусы 12 жестко связаны с основанием 1. Кроме того, подвеска снабжена устройством управления параметрами упругого элемента, содержащим блок 14 отбора воздуха из пневматической сети вертолета, блок 15 подготовки воздуха и, по меньшей мере, два канала управления, один из которых (условно, канал управления №1) содержит воздушный распределитель 16 с электромагнитным исполнительным механизмом, а другой (условно, канал управления №2) - воздушный распределитель 17 с электромагнитным исполнительным механизмом, при этом устройство снабжено датчиком 18 угловых перемещений рычагов 2 относительно основания 1, датчиком 19 воздушного давления на входе в пружину 9 и контроллером 20, состоящим из программируемого микропроцессора, снабженного источником питания и работающего по заданному набору алгоритмов.The seat suspension for implementing the method (see Fig. 1) contains a guiding mechanism including a
Разработано несколько вариантов подвески. Изготовлена малая серия подвесок для их стендовых статических и динамических (вибрационных) испытаний; один из вариантов (см. фиг. 2) - для сравнительных летных испытаний в составе сидений для пилотов вертолетов Ми-8 различных модификаций, а также сидений для операторов, контролирующих процесс наземных работ, ведущихся с помощью вертолетов типа Ми-26. Разработана и апробирована методика онлайн проектирования конструкции и оптимизации параметров дополнительного упругого элемента в виде модуля с пружиной 10, знакопеременная жесткость ±k2(φ) которой регулируется в заданных пределах. Модуль рассчитан для применения в системах с определенной статической нагрузкой. Вариант модуля на фиг. 2 рассчитан на нагрузку до 0,75 кН и имеет габариты: высоту 120 мм, ширину 155 мм, глубину 25 мм (без учета длины шлицев и толщины крышки защитного кожуха). Комплект из двух модулей занимает менее 5÷7% общего объема подвески.Several suspension options have been developed. A small series of pendants was made for their bench static and dynamic (vibration) tests; one of the options (see Fig. 2) is for comparative flight tests consisting of seats for pilots of Mi-8 helicopters of various modifications, as well as seats for operators controlling the process of ground work conducted using Mi-26 helicopters. A methodology for online design design and optimization of the parameters of an additional elastic element in the form of a module with a
Пример упругой характеристики (крутящий момент Т) пружин 10, полученной по результатам проектирования, показан на фиг. 3. Здесь, на участках П1О1 и О2П2 - жесткость пружины 10 переменная «положительная», на участке O1O2 - переменная «отрицательная», в точках O1 и O2 - нулевая. При этом в процессе проектирования и оптимизации конструкции ведется контроль прочности пружин 10 (см. безразмерные изгибных напряжений
Способ осуществляют с помощью подвески сиденья следующим образом. Каждый модуль с пружинами 10 собирают, предварительно настраивают и присоединяют попарно к подвеске так, чтобы их суммарная жесткость ±2k2(φ) обеспечивала выполнение одного из следующих условий:The method is carried out using a seat suspension as follows. Each module with
где k1(z) - жесткость упругого элемента 9; Ф - передаточная функция, определяемая параметрами геометрических характеристик (рабочей длины пар рычагов 2 и 3) и требованиями компактности подвески; φ - параметрическая степень свободы (в данном случае угол возвратно-вращательного движения втулки 11 в процессе упругого деформирования пружины 10).where k 1 (z) is the stiffness of the
Пружины 10 устанавливают параллельно действию упругого элемента 9, причем так, чтобы не увеличить величину амплитуд относительных перемещений виброизолирующей системы, определяемых условиями ее безопасной работы, и, соответственно, размер рабочего пространства системы в вертикальном (основном) направлении z ее вибрационного движения.The
Чтобы выполнить условия (1а) и (1б), минимизируют суммарную жесткость обоих упругих элементов в пределах участка 1 (см. упругую характеристику пружин 10 на фиг. 3) на протяжении всего рабочего хода z0 подвески, величина которого определяется условиями безопасной работой виброизолирующей системы пилота (см. ниже). В результате, жесткость подвески снижают до величины, необходимой для получения определенного качества виброизоляции в диапазоне инфранизких частот. Например, как показывают стендовые испытания, жесткость подвески может быть снижена в направлении z с k1≤4200÷5500 Н/м (при использовании бесштоковой пневматической пружины в качестве упругого элемента 9) до k≤420÷450 Н/м с помощью дополнительного упругого элемента с пружинами 10.In order to fulfill conditions (1a) and (1b), the total stiffness of both elastic elements within
Для повышения качества виброизоляции пилотов в полосе инфрачастот 1÷4 Гц и менее регулирование и минимизация жесткости только в пределах участка 1 (см. фиг. 3) могут оказаться недостаточными. При вибрационном движении на таких частотах может потребоваться более «мягкая» подвеска. Тогда необходимо перейти с участка 1 упругой характеристики пружин 10 для движения относительно некоторой исходной позиции N1 на сегмент 2 и обеспечить движение относительно некоторой новой исходной позиции N2. Переход с базового участка 1 упругой характеристики на расширенный участок 1+2 регулирования «отрицательной» жесткости дополнительного упругого элемента осуществляют путем, например, изменения начального углового положения втулки 11 относительно рычагов 3 (см. фиг. 1), выбирая соответствующую последовательность шлицев 13 в процессе сборки и настройки подвески. Однако для обеспечения работы системы на сегменте 2 необходимо повысить механическую добротность подвески. Низкая механическая добротность из-за трения в подвижных соединениях направляющего механизма приводит, как иллюстрируется на фиг. 4, к частичному запиранию и, как следствие, к уменьшению амплитуды относительных перемещений, например, до величины 2z1. В этом случае повышают механическую добротность путем дополнительной активации упругого элемента 9. Покажем один из практических примеров. Для преодоления сопротивления, особенно при входном вибросигнале с малыми амплитудами, активируют колебания подвески на частоте, меньшей основной частоты вибрационного движения системы. На фиг. 5 показано, что в системе, вибрирующей с основной частотой f0=(0,5÷0,6) Гц, возбуждают дополнительные колебания с частотой f≈0,4±0,02 Гц и амплитудой порядка 4,5 мм. Из фиг. 6 следует, что безразмерная сила
Фигура 7 иллюстрирует поэтапное повышение качества виброизоляции (по показателю «коэффициент передачи») и расширения диапазона инфранизких частот за счет совместного действия дополнительного упругого элемента и дополнительной активации. В ходе сравнительных стендовых испытаний, при заданном уровне внешнего вибрационного воздействия (см. график «входной вибросигнал»), установлено, что система-прототип, содержащая упругий элемент 9 и стандартный гидравлический демпфер, обеспечивает виброизоляцию, начиная с 7÷8 Гц. То есть система-прототип неэффективна в большей части диапазона инфрачастот, более того она усиливает входной вибросигнал в полосе частот 3÷7 Гц (см. график 1). Вместе с тем, система согласно способу обеспечивает виброизоляцию в диапазоне частот, начиная с 1,5÷2 Гц, благодаря совместной работе упругого элемента 9 и пружин 10 дополнительного упругого элемента (см. график 2). А введение дополнительной активации системы на частоте, меньшей основной частоты вибрационного движения, позволяет расширить диапазон частот качественной виброизоляции. График на фиг.3 показывает, что виброизоляцию возможно осуществить, начиная с 0,1 Гц, при этом эффективность системы может возрасти до 30 раз и более в сравнении с системой-прототипом, причем во всем диапазоне инфранизких частот, 1÷10 Гц, наиболее вредных и опасных для работы пилотов, а также комфорта пассажиров.Figure 7 illustrates a phased increase in the quality of vibration isolation (in terms of "transmission coefficient") and the expansion of the range of infra-low frequencies due to the combined action of an additional elastic element and additional activation. During comparative bench tests, for a given level of external vibrational impact (see the graph “input vibration signal”), it was found that the prototype system containing an
Присоединение дополнительного упругого элемента к подвеске выполняют путем силового замыкания с помощью шлицевого соединения 13. Это позволяет, по меньшей мере, не увеличить структурную избыточность (статическую неопределимость) кинематической цепи направляющего механизма подвески. Это, в свою очередь, способствует дополнительному повышению механической добротности системы и, соответственно, качества виброизоляции в расширенном диапазоне инфранизких частот при малых амплитудах вибраций. Для прогнозирования такой возможности, авторы разработали и апробировали формулу количественной оценки рациональных значений структурной избыточности, удобную для практических инженерных расчетов (все структурные характеристики - целые числа):Attaching an additional elastic element to the suspension is performed by force closure using a
где m - число степеней свободы системы; nKC - общее число кинематических цепей; Hi - число степеней свободы одного подвижного соединения с i-й подвижностью; S - общее число степеней свободы во всех соединениях; qRC - величина структурной избыточности.where m is the number of degrees of freedom of the system; n KC is the total number of kinematic chains; H i - the number of degrees of freedom of one mobile connection with i-th mobility; S is the total number of degrees of freedom in all compounds; q RC is the value of structural redundancy.
Используя формулу (2), возможно показать, что в системе-прототипе, например, с одной степенью свободы, m=1, кинематическая цепь имеет структурную избыточность qRC=21, т.е. 21 раз статически неопределимая. Вместе с тем, в системе согласно способу, также с одной степенью свободы, m=1, цепь имеет структурную избыточность на порядок ниже: qRC=3, даже после присоединения дополнительного упругого элемента (в виде комплекта из двух модулей с пружинами 10) к подвеске путем силового замыкания. При этом для сборки цепи могут быть использованы четыре подвижных соединения 5, ΣH1=4, с одной степенью свободы каждый (радиальные подшипники) и четыре подвижных соединения 6, ΣH3=12, с тремя степенями свободы каждый (сферические подшипники). Такое силовое замыкание, по меньшей мере, не увеличивает структурной избыточности цепи. С помощью формулы (2), путем перебора типов подшипников для соединений 5 и 6, получают статически определимую кинематическую цепь, т.е. qRC=0.Using formula (2), it is possible to show that in the prototype system, for example, with one degree of freedom, m = 1, the kinematic chain has structural redundancy q RC = 21, i.e. 21 times statically indefinable. However, in the system according to the method, also with one degree of freedom, m = 1, the chain has structural redundancy an order of magnitude lower: q RC = 3, even after attaching an additional elastic element (in the form of a set of two modules with springs 10) to suspension by power short circuit. In this case, four
Рассмотрим особенности активного управления параметрами упругого элемента 9. На фиг. 7 видно, что система согласно способу стала, в отличие от системы-прототипа, безрезонансной во всем исследуемом диапазоне частот. Причем это достигается без внешнего механизма демпфирования (без гидравлического демпфера), который является необходимым структурным элементом системы-прототипа. То есть внешний демпфер «мягкой» системе не требуется. В установившемся движении не требуется также активное управление «мягкой» системой. При этом оба канала управления закрыты, если траектория движения системы находится в окрестностях точки N1 или N2 (см. фиг. 3). Активное управление (например, непрерывно работает канал №1 с распределителем 16) применяют для того, чтобы препятствовать дрейфу исходной позиции в сторону точки O2. Из решения уравнения неразрывности получен безразмерный критерий (соотношение площади проходного сечения распределителя 16 и рабочей камеры упругого элемента 9, выполненного в виде безштоковой пневматической пружины):Consider the features of active control of the parameters of the
При проектировании реальной системы значения критерия (3) уточняют путем оптимизации соотношения между рабочими параметрами распределителей, применяемых на практике, и интенсивностью входного воздействия на систему при определенных значениях относительных скоростей (отклика системы) и времени переходных процессов.When designing a real system, the values of criterion (3) are clarified by optimizing the relationship between the operating parameters of the valves used in practice and the intensity of the input impact on the system at certain values of the relative speeds (system response) and transient times.
Некоторое демпфирование «мягкой» безрезонансной системе требуется только при скачкообразном изменении статической нагрузки, например: (а) при внезапном покидании пилотом своего сиденья и/или размещении на нем другого пилота, вес которого резко отличается от веса предыдущего пилота; (б) в аварийных ситуациях (аварийная посадка и т.п. нештатные летные ситуации). Эффективное решение такой частной задачи возможно, например, с помощью переменной структуры воздушного демпфирования системы. На фиг. 8 для варианта, в котором упругий элемент 9 выполнен в виде безштоковой пневматической пружины, показано, что при некоторых значениях скоростей относительного движения системы амплитуда относительных перемещений нарастает. Это может привести к выходу системы на ограничитель хода и импульсному воздействию на нее. При этом работа упругого элемента 9 только при управлении по каналу №1 (через распределитель 16) не в состоянии предотвратить выход системы на ограничитель хода. Вместе с тем управление по каналу №2 (через распределитель 17) позволяет позиционировать систему, содержащую оба упругих элемента, практически мгновенно (см. фиг. 9). В примерах на фиг. 8 и фиг. 9 стендовые испытания выполнены при внешнем вибрационном воздействии с амплитудой перемещения до 100 мм, что в несколько раз превышает величину хода подвески. При этом соотношение между величиной площади проходного сечения распределителя 17 и рабочей камеры пневматической пружины (безразмерный критерий эффективного воздушного демпфирования) составляло:Some damping of the “soft” resonance-free system is required only when the static load changes abruptly, for example: (a) when the pilot suddenly leaves his seat and / or places another pilot on it, the weight of which differs sharply from the weight of the previous pilot; (b) in emergency situations (emergency landing, etc. emergency flight situations). An effective solution to this particular problem is possible, for example, by using the variable structure of the air damping system. In FIG. 8 for a variant in which the
На фиг. 12 и фиг. 13 показаны результаты инструментального исследования эффективности виброизолирующей системы в полете. Использован виброприбор с двумя акселерометрами, один из которых закреплялся на полу кабины, а второй, попеременно, устанавливался на технологические пластины, размещенные на эластичных подушках сидений первого и второго пилотов. Испытания выполнены на вертолетах, вышедших из планового капитального ремонта. Пример компоновки варианта системы согласно способу для оборудования рабочего места второго пилота вертолета Ми-8 показан на фиг. 10. Основные задачи летных испытаний: (а) сравнение качества системы-аналога (рабочее место первого пилота) и системы согласно способу (рабочее место второго пилота); (б) анализ качества обеих систем на соответствие нормам согласно международному стандарту ISO 2631. Схема размещения оборудования представлена на фиг. 11. Здесь показано, что наибольший габарит подвески для реализации способа не превышает 250 мм. Ход подвески в вертикальном направлении не превышал 50 мм. Это важно потому, что, как было установлено в ходе стендовых испытаний и подтверждено результатами летных испытаний, ход не может превышать 50±5 мм, т.к. в противном случае снижается безопасность работы пилота, а управление вертолетом ухудшается. В частности, по докладам пилотов-испытателей, они «теряют горизонт» на определенных режимах полета, если амплитуда относительных перемещений системы превышает 25 мм. Очевидно, что при таких ограничениях на величину относительных перемещений система-аналог или система-прототип не могут быть эффективными, особенно в диапазоне инфранизких частот. Поэтому на переходном режиме полета виброизолирующая система первого пилота усиливает входной вибросигнал на частотах 1, 4 и 10 Гц. При этом виброизолирующая система второго пилота показывает высокую эффективность в данном диапазоне частот. В установившемся режиме виброизолирующая система первого пилота неэффективна в диапазоне частот 1, 8 и 10 Гц и, следовательно, не соответствует требованием стандарта ISO 2631. При этом виброизолирующая система второго пилота показывает высокую эффективность в исследуемом диапазоне частот. Виброизолирующая система второго пилота снижает входной вибросигнал, по меньшей мере, в 3÷30 раз эффективнее системы первого пилота и обеспечивает качество, соответствующее нормам вибрационной безопасности и функционального комфорта членов экипажей и пассажиров вертолетов, в том числе в диапазоне наиболее вредных и опасных инфранизких частот.In FIG. 12 and FIG. 13 shows the results of an instrumental study of the effectiveness of a vibration isolating system in flight. A vibrodevice with two accelerometers was used, one of which was fixed on the cockpit floor, and the second, alternately, was mounted on technological plates placed on the elastic cushions of the seats of the first and second pilots. The tests were carried out on helicopters that left the scheduled overhaul. An example of the layout of a variant of the system according to the method for equipping the workplace of the second pilot of the Mi-8 helicopter is shown in FIG. 10. The main tasks of flight tests: (a) comparison of the quality of the analog system (the workplace of the first pilot) and the system according to the method (workplace of the second pilot); (b) analysis of the quality of both systems for compliance with standards in accordance with the international standard ISO 2631. The layout of the equipment is presented in FIG. 11. It is shown here that the largest suspension dimension for implementing the method does not exceed 250 mm. The suspension travel in the vertical direction did not exceed 50 mm. This is important because, as was established during bench tests and confirmed by the results of flight tests, the stroke cannot exceed 50 ± 5 mm, because otherwise, the safety of the pilot is reduced, and helicopter control is impaired. In particular, according to the reports of test pilots, they “lose their horizon” in certain flight modes if the amplitude of the relative displacements of the system exceeds 25 mm. Obviously, under such restrictions on the relative displacements, the analog system or the prototype system cannot be effective, especially in the range of infra-low frequencies. Therefore, in the transition mode of flight, the vibration isolation system of the first pilot amplifies the input vibration signal at frequencies of 1, 4, and 10 Hz. At the same time, the vibration isolation system of the second pilot shows high efficiency in this frequency range. In the steady state, the vibration isolation system of the first pilot is ineffective in the frequency range of 1, 8, and 10 Hz and, therefore, does not meet the requirements of the ISO 2631 standard. Moreover, the vibration isolation system of the second pilot shows high efficiency in the studied frequency range. The vibration isolation system of the second pilot reduces the input vibration signal at least 3 ÷ 30 times more efficiently than the system of the first pilot and ensures the quality that meets the standards of vibration safety and functional comfort of crew members and passengers of helicopters, including in the range of the most harmful and dangerous infra-low frequencies.
Таким образом, заявляемый способ с помощью подвески позволяет решать задачу повышения качества и расширения диапазона частот виброизоляции пилотов, а также пассажиров вертолетов при заданных ограничениях амплитуд относительных перемещений системы. Заявляемый способ и подвеска для его реализации могут быть эффективными при совершенствовании существующих систем и при создании перспективных разработок.Thus, the inventive method with the help of the suspension allows you to solve the problem of improving the quality and expanding the frequency range of vibration isolation of pilots, as well as passengers of helicopters with given restrictions on the amplitudes of the relative movements of the system. The inventive method and suspension for its implementation can be effective in improving existing systems and in creating promising developments.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015120122/11A RU2597042C1 (en) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Method for vibration isolation of helicopter pilot and seat suspension for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015120122/11A RU2597042C1 (en) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Method for vibration isolation of helicopter pilot and seat suspension for realising said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2597042C1 true RU2597042C1 (en) | 2016-09-10 |
Family
ID=56892849
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015120122/11A RU2597042C1 (en) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Method for vibration isolation of helicopter pilot and seat suspension for realising said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2597042C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654890C1 (en) * | 2017-04-12 | 2018-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) | Method of protected object dynamic oscillations damping and device for its implementation |
RU2662619C2 (en) * | 2016-09-29 | 2018-07-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО "ИрГУПС") | Method and device for simultaneous dynamic damping of vibrations of protected object with two degrees of freedom |
RU2696150C1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-07-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Self-tuned shock absorber |
RU2700942C1 (en) * | 2017-01-20 | 2019-09-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Method and device for simultaneous dynamic damping of oscillations of a protection object by two degrees of freedom |
RU2716368C1 (en) * | 2018-09-28 | 2020-03-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Method of adjusting vibrations amplitude distribution of vibrating process bench working element and device for implementation thereof |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3420475A (en) * | 1966-09-06 | 1969-01-07 | Philco Ford Corp | Pilot's chair for combat aircraft |
RU2270108C1 (en) * | 2004-12-02 | 2006-02-20 | Олег Савельевич Кочетов | Seat of operator of self-propelled agricultural machine |
US20110024601A1 (en) * | 2006-08-10 | 2011-02-03 | Jim Milton Shoemaker | Suspension System Having Active Compensation for Vibration |
RU2438888C1 (en) * | 2010-04-14 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Method of vibration isolation of transport facility and self-propelled process vehicle operator and operator seat contact suspension to this end |
EP2502782A1 (en) * | 2009-11-20 | 2012-09-26 | La Nacion, Ministerio De Defensa, Fuerza Aerea Colombiana | Device for reducing vibrations in a helicopter pilot's seat |
-
2015
- 2015-05-27 RU RU2015120122/11A patent/RU2597042C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3420475A (en) * | 1966-09-06 | 1969-01-07 | Philco Ford Corp | Pilot's chair for combat aircraft |
RU2270108C1 (en) * | 2004-12-02 | 2006-02-20 | Олег Савельевич Кочетов | Seat of operator of self-propelled agricultural machine |
US20110024601A1 (en) * | 2006-08-10 | 2011-02-03 | Jim Milton Shoemaker | Suspension System Having Active Compensation for Vibration |
EP2502782A1 (en) * | 2009-11-20 | 2012-09-26 | La Nacion, Ministerio De Defensa, Fuerza Aerea Colombiana | Device for reducing vibrations in a helicopter pilot's seat |
RU2438888C1 (en) * | 2010-04-14 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Method of vibration isolation of transport facility and self-propelled process vehicle operator and operator seat contact suspension to this end |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2662619C2 (en) * | 2016-09-29 | 2018-07-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО "ИрГУПС") | Method and device for simultaneous dynamic damping of vibrations of protected object with two degrees of freedom |
RU2700942C1 (en) * | 2017-01-20 | 2019-09-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Method and device for simultaneous dynamic damping of oscillations of a protection object by two degrees of freedom |
RU2654890C1 (en) * | 2017-04-12 | 2018-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) | Method of protected object dynamic oscillations damping and device for its implementation |
RU2696150C1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-07-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Self-tuned shock absorber |
RU2716368C1 (en) * | 2018-09-28 | 2020-03-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Method of adjusting vibrations amplitude distribution of vibrating process bench working element and device for implementation thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2597042C1 (en) | Method for vibration isolation of helicopter pilot and seat suspension for realising said method | |
EP1755095B1 (en) | Method and apparatus for damping vibrations in a motion simulation platform | |
KR101653308B1 (en) | An anti-crash seat and an aircraft | |
EP2182239B1 (en) | Piezoelectric liquid inertia vibration eliminator | |
Wu et al. | A semi-active control policy to reduce the occurrence and severity of end-stop impacts in a suspension seat with an electrorheological fluid damper | |
US6695106B2 (en) | Method and apparatus for improved vibration isolation | |
US6644590B2 (en) | Active system and method for vibration and noise reduction | |
EP2519440B1 (en) | Variabale stiffness liquid inertia vibration eliminator | |
Lee et al. | Alternative vibration protecting systems for men-operators of transport machines: modern level and prospects | |
CN106715949A (en) | An impact machine | |
EP2610172A1 (en) | System and method of tuning a liquid inertia vibration eliminator | |
RU2438888C1 (en) | Method of vibration isolation of transport facility and self-propelled process vehicle operator and operator seat contact suspension to this end | |
US20110308905A1 (en) | Device for damping the vibration of a structure | |
Fereidooni et al. | Investigation of a parallel active vibration isolation mount for mitigating N/rev helicopter vibrations | |
RU2214335C2 (en) | Method of and device for adjusting rigidity of vibration isolating device of compact seat for human operator of transport and processing machine | |
US11203417B2 (en) | Rotorcraft fitted with an antivibration system, and a method of adjusting such an antivibration system | |
Szefi et al. | Design and analysis of high-frequency periodically layered isolators for helicopter gearbox isolation | |
DE102017128067B4 (en) | Compact anti-vibration support for people | |
Ladkany | Design and characterization of a shock and vibration mitigation seat system | |
Miura et al. | Experimental demonstration of a vibration absorber using braid-sheathed fluidic flexible matrix composite tubes | |
Hadj-Moussa et al. | Development of a multi-axis active seat mount to mitigate vibration transmission to helicopter aircrew | |
RU2753061C2 (en) | Vibration isolation method and vibration-isolating mechanism for the implementation of the method | |
Fouad | An experimental methodology for characterizing high speed craft seat suspension components | |
Skorupka et al. | Investigations on Landing Gear Shock Absorber Active Force Control | |
Lanari | Benchtop and rotating tests of a fluidic flexible matrix composite lag damper for stiff-inplane hingeless rotor blades |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180528 |