橡胶减摆器的环境适应性研究

裴高林, 苏正涛, 王文博, 涂春潮, 米志安, 王景鹤

（北京航空材料研究院减振降噪材料及应用技术航空科技重点实验室, 北京 100095）

橡胶减摆器的环境适应性研究

裴高林, 苏正涛, 王文博, 涂春潮, 米志安, 王景鹤

（北京航空材料研究院减振降噪材料及应用技术航空科技重点实验室, 北京 100095）

采用电液伺服试验机进行了橡胶减摆器高低温动态特性测试，研究了橡胶减摆器在不同温度环境下动态特性的变化规律，为其在高寒和热带地区的应用提供依据；同时对其湿热、霉菌和盐雾环境适应性进行了测试，为其在潮湿和海洋环境中的应用提供了依据。研究结果表明，当温度在-55～20 ℃之间时，橡胶减摆器的低温动态刚度与室温下的比值在1～1.7之间；当温度在20～70 ℃之间时，橡胶减摆器的高温动态刚度与室温下的比值在0.86～1之间；橡胶减摆器具有较好的高低温动态性能；湿热、霉菌和盐雾试验结果表明，橡胶减摆器的环境适应性优良。

橡胶减摆器；动态性能；温度；环境适应性

0 前 言

弹性元件最初被引入到直升机中是为了增加其寿命、性能以及可维护性，最初使用于旋翼轴承以及发动机机架。为解决旋翼不稳定摆振运动问题，旋翼设计中开始采用机械阻尼装置，依次发展了机械摩擦式减摆器和液压式减摆器。1970年代出现黏弹式减摆器。地面试验及运行经验表明，黏弹式减摆器在使用过程中，不超出目测可见的替换标准，可靠且无需维护，相对于液压减摆器和摩擦减摆器，黏弹式减摆器更受欢迎。目前，直升机中广泛使用黏弹式减摆器以降低成本和复杂性。

橡胶减摆器是黏弹式减摆器的一种，它采用阻尼橡胶材料作为黏弹性阻尼介质，由金属件与高阻尼橡胶复合而成的夹层结构，其优点是通过全固体橡胶材料的剪切运动耗散能量，在为桨叶摆振运动提供耗能阻尼的同时，还提供随幅值、频率变化的约束刚度，这个刚度影响旋翼系统的频率，且随飞行状态而有所变化，影响整个旋翼系统的动力学特性。通过合理地匹配桨叶摆振固有频率可有效地避开可能的共振频率，防止出现地面共振和空中共振，减轻飞机的振动。本文研究了JZZ-3橡胶减摆器的动态特性以及环境适应性，为其应用提供依据。

1 实 验

1.1 试样

JZZ-3橡胶减摆器，北京航空材料研究院产品。

1.2 高低温工作性能测试

在电液伺服疲劳试验机上进行橡胶减摆器的低温性能测试。试验方法为：试验前将橡胶减摆器在（20±2）℃下温度调节24 h以上；然后对橡胶减摆器进行动态刚度测试，分别记录试验持续1 min、5 min、10 min时的动态刚度测试结果作为橡胶减摆器20 ℃下的动态刚度；然后，将橡胶减摆器置于试验箱内，将试验箱的温度降至-40 ℃，待橡胶减摆器在-40 ℃下温度调节12 h以上后，进行动态刚度测试，分别记录试验持续1 min、5 min、10 min时的动态刚度测试结果作为橡胶减摆器-40 ℃下的动态刚度。同理，试验箱采用不高于5 ℃/min的降温速率，依次将温度降至-45 ℃、-50 ℃、-55 ℃分别测试1 min、5 min、10 min时的低温动态刚度。然后试样恢复室温，并在室温下停放48 h以上，再分别进行40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃下1 min、5 min、10 min时的高温动态刚度测试。

1.3 耐环境性

耐环境性试验主要有以下几种：（1）耐湿热试验按GJB 150.9—1986的有关规定执行，试验进行10个周期；（2）耐霉菌试验按GJB 150.10—1986的有关规定执行，试验进行28 d；（3）耐盐雾按GJB 150.11—1986的有关规定执行，试验进行96 h。

2 结果与分析

2.1 橡胶减摆器的高低温工作特性

为了研究橡胶减摆器的高低温动态特性，测试了不同温度下橡胶减摆器的动态刚度随时间的变化情况。结果见图1。

图1 橡胶减摆器的弹性刚度随温度和时间的变化

由图1可以看出，随着温度从20 ℃降至-55 ℃，橡胶减摆器的动态刚度逐渐增大,尤其是低于-45 ℃后，刚度迅速升高，且相同试验持续时间下动态刚度之间的差距明显增大；随着温度从20 ℃升高至70 ℃，橡胶减摆器的动态刚度逐渐减小，且相同试验持续时间下动态刚度之间的差距逐渐减小，当温度达到50～70 ℃之间时，动态刚度的差距更小。

图2 橡胶减摆器的动态刚度与室温(20 ℃)下的比值随温度和时间的变化

由图2可以看出，随着温度从20 ℃降至-55 ℃，橡胶减摆器的低温动态刚度与室温下的比值是逐渐增大的，但相同温度随着试验持续时间的增长，橡胶减摆器的低温动态刚度与室温下的比值逐渐减小。当温度在-50～20 ℃之间时，试验持续10 min后，橡胶减摆器的低温动态刚度与室温下的比值均在1～1.7之间，橡胶减摆器具有较好的低温性能。

随着温度从20 ℃升高至70 ℃，相同试验持续时间时，随着温度的升高，橡胶减摆器的动态刚度与室温下的比值是逐渐减小的；但相同温度下，随着试验持续时间的增长，橡胶减摆器的高温动态刚度与室温下的比值逐渐增大。当温度在20～70 ℃之间时，试验持续10 min后，橡胶减摆器的高温动态刚度与室温下的比值均在0.86～1之间，橡胶减摆器具有良好的高温工作性能。

2.2 橡胶减摆器的耐环境性

橡胶减摆器的湿热、霉菌和盐雾试验结果见表1。

表1 橡胶减摆器的湿热、霉菌、盐雾试验结果

从表1可以看出，橡胶减摆器耐湿热、耐霉菌和耐盐雾试验后，外观均未发生明显变化。可见，橡胶减摆器的耐环境性能良好。

3 结 论

橡胶减摆器的动态刚度随温度的增加呈现出逐渐降低的趋势；从橡胶减摆器高低温动态刚度与室温的比值看，橡胶减摆器具有良好的高低温动态性能，可以在高寒和热带环境中使用。

湿热、霉菌和盐雾结果表明，橡胶减摆器的耐湿热、耐霉菌和耐盐雾环境性能好，可以在潮湿和海洋腐蚀环境中使用。

[1] 徐新，彭江水. 直升机旋翼黏弹性阻尼器性能试验的实现[J]. 直升机技术，2007（3）：92-95.

[2] 周云，徐赵东，邓雪松. 黏弹性阻尼器的性能试验研究[J].振动与冲击，2001（3）：71-75.

[3] 胡国才，马琳，张学军. 直升机旋翼黏弹阻尼器定常响应分析[J]. 直升机技术，2010 (2)：9-13.

[4] 米志安，张连鸿，苏正涛，刘嘉，王景鹤. 阻尼硅橡胶加速疲劳研究[J]. 航空材料学报, 2011, 31(S1)：216-218.

[责任编辑：朱 胤]

Study on Environmental Worthiness of Rubber Lead-Lag Damper

Pei Gaolin, Su Zhengtao, Wang Wenbo, Tu Chunchao, Mi Zhian, Wang Jinghe
(Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Materials and Application Research for Vibration and Noise Reduction, Beijing Institute of Aeronautical Material, Beijing 100095, China)

In this paper, the dynamic properties of rubber lead-lag damper were tested, the properties under different time and temperature were carried out, and the rule of dynamic properties of rubber lead-lag damper was disclosed to give evidence for the helicopter use and design. The test of antidamp heat, anti-fungus, anti-salt fog was also done to the rubber lead-lag damper. The results indicated the ratio of dynamic stiffness to room-temperature stiffness of rubber lead-lag damper was between 0.86 and 1.7, the rubber lead-lag damper had good dynamic properties between -55℃ and 70℃. The result of anti-damp heat, anti-fungus, anti-salt fog test indicated that rubber lead-lag damper had good environmental worthiness.

Rubber Lead-Lag Damper; Dynamic Properties; Temperature; Environmental Worthiness

TQ336.4+2

B

1671-8232(2014)08-0041-03

2014-06-05