直升机载光电稳瞄转塔用橡胶减震器研究

黎刚　等

摘要：文章主要通过“模拟件”模拟机载光电稳瞄转塔的理论与试验研究，分析减震器振动带来的影响，建立受力模型，引出相关参数，分析了幅值及固有频率等动态特性以及减震器在激励状态下振动试验参数、传感器布控采集点等。通过对产品进行试验，有效判定光电稳瞄转塔通过减震器减振，考核振动环境下的适应性。

关键词：直升机；光电稳瞄转塔；模拟件；橡胶减震器；固有频率；传导率 文献标识码：A

中图分类号：V226 文章编号：1009-2374（2015）19-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.011

随着现代技术的迅速发展，光电稳瞄转塔越来越广泛地用于直升机作战平台上，对目标搜索、瞄准、跟踪和定位。然而，在飞行过程中，由环境因素产生的振动对目标的瞄准产生不利影响。为了减小振动所产生的影响，通过减震器来抑制外界振动带来的干扰，提高产品质量及性能为有效方法。

使用减震器对抑制共振幅值有着显著效果。然而由于材料性能所决定，其减震作用及其所承受的外力随着振动频率、动态幅值、受力状态的不同而变化。为了更好地使用，需要对减震器进行研究。本文通过试验模拟件确定振动冲击参数，在固有频率试验研究分析，得出在不同的频段振动环境的干扰。通过对某产品所使用的减震器为研究对象，进行了动态试验，得出减震器对振动及受力的传递关系和试验结果曲线。

1 实验中光电转塔外框架模拟装置及光电传感器模拟件、减震器的安装方式

实验中所用装置主要包括模拟装置、模拟质量件、减震器，其安装方式如图1。其中，减震器安装在双侧悬挂吊装模拟件的两侧。该模拟件可对光电转塔的参考质量、中心、重心等参数近似模拟。试验中所用的四个减震器，以每侧面两个对角分布，悬挂吊装件，减震器底座与外框架连接，通过连接杆固定在光电传感器模拟件上。数据采样传感器安装在光电传感器模拟件重心及支架底部位置。

图1

本试验在电磁振动上来模拟完成。试验是考核结构性能的重要手段，为掌握振动特性，首先由理论解析振动参数开始，后转化为系统振动，振动特性主要由其重要因素决定，即固有频率、刚度、振动传递函数。

2 橡胶减震器理论关系

根据参考文献[4]原理建立力学数学关系式，并引出主要参数。系统传递率为：

式中：为激振频率；为系统固有频率；为系统阻尼比=；系统固有频率=，频率为

=。通过理论，掌握影响减震器参数，由试验室模拟外界环境对减震器激励，逐次选择改变激励方式，变化频率、变化激励幅值，分析减震器的振幅、固有频率、

载荷、传导率等。振动试验是获得参数的首要手段。

3 橡胶减震器实验室试验振动数据分析

试验设备为美国-UD-T2000电磁振动台，传感器为丹麦B&K4514传感器，电荷放大器、8通道数据采集、计算机+version 2.11，功率放大器，和振动台组成，振动试验装置如图1所示，传感器1在底部控制激励信号，传感器2在模拟件中心处，采集响应信号，质量件M=24kg，对加速度、幅值、频率等数据进行分析。确定，在5～500Hz系统的固有频率、传导率及刚度。

3.1 正选扫频试验

参照GJB 150执行，试验夹具设计，根据参考文献[1]设计制作，试验参数：5～10Hz恒定9mm，10～35Hz恒定1.7g，35～50Hz恒定0.7mm，50～50Hz恒定3.4g，倍频程0.96进行15分钟扫频试验。

数据分析：经过改变位移及改变加速度，未有在频率变化幅值突变情况下产生跳跃现象，夹具设计合理，材料选择理想。

3.2 模拟件整体装置试验

将减震器与工装夹具连接如图1安装方式所示，通过正弦1g激励，以倍频程0.66由5Hz-500Hz-5Hz往返改变频率，得曲线如图2所示，确定固有频率、共振幅值放大率及传递率等减震器的主要指标。

图2 幅频特性

结果分析：固有频率18Hz，达到最高峰，25～500Hz减震器起到整体幅值衰减作用，较理想。

根据参考文献[3]传递率，是用振动传递率来表述衡量，定义为响应幅值与输入激励幅值比值，即减震器传递率：

根据参考文献[3]《绝对传递系数关系对应图》。频率比与绝对传递系数关系，得共振放大率η≤3，这一数据主要取决于材料的阻尼率，应η≤3较为适宜，时，系统传递率η≤1处于减震区域，应取频率比在2.5～5之间。进入共振区，即：，，式得：ζ=0.2042，理想减振频率：≈12.729Hz，而实际固有频率在12Hz左右，通过以上数据减震器为理想。

通过分析得出加速度传递率及幅频特性曲线，18Hz产生放大，传感器2达到最高峰，从而分析出减震器变化规律。在正弦振动试验中变频率，确定固有频率，是有效的试验方式。同理，在振动试验中减震器的刚度直接影响着产品承载能力。

3.3 减震器变形刚度影响

减震器在使用中，变形刚度尤为重要，不能有大的位移产生，下面对刚度进行分析，根据参考文献[3]和参考文献[5]，减震器刚度直接反映于承载能力及有效幅值，确定模拟件质量m=24kg，得刚度为：≈340.13，单个减震器刚度：

=84.532。通过试验，得出在不同幅值激励状态下的刚度变化状态，激励频率在固有频率区域为变化严酷区域，即放大区域。

3.4 固有频率对减震器的变形刚度影响

在正弦振动激励下，固有频率处变化激励参数，产生图3变化曲线，刚度是评价减震器的主要参数，反映出减震器在固有频率点的位移及承载情况，对于正弦振动试验，通常以加速度的传递率作为传递特性参数，加速度传递率通过正弦扫频输入输出的比值标示，即为加速度传递率，根据参考文献[2]在正弦扫频试验中加速度a与频率f和位移x的关系式，，这里a为加速度幅值g，x为位移幅值mm，建立幅值与频率点趋势关系曲线，由图3可以看出减震器的特性，当激励幅值变大，共振频率附近不稳定性就越大，出现跳跃现象。幅值放大变化曲线，反映出具有变刚度。反映预变形及刚度，随着相对预变形的变化，会使减震器的刚度也发生变化，因此对预变形的大小直接影响到减震器的刚度特性，反映出减震器的承载状态。

图3 图4 幅频特性

4 光电转塔产品实际振动试验验证

以实际安装方式，得试验曲线如图4所示。

结果分析：依据振动环境试验规范标准试验方法进行。扫频试验得出固有频率在12Hz左右，减震器满足条件，产品参数测试合格，并且在长时间的振动，减震器性能稳定，很好地抑制在5～500Hz振动的能力，有效避开产品固有频率，通过实验室试验验证，方法有效适用，具有很好的推广价值。

5 结语

本文以光电转塔某型号实际所需的减震器研究为背景，以实际应用为目的，对橡胶减震器的减震机理、动态试验方法及特性进行研究，为减震器的使用及试验方法提供依据。主要研究分析方向如下：（1）制作减震器试验模拟装置，模拟质量件，以实际光电转塔连接方式；（2）由理论推导引出参数，对固有频率、传递函数、刚度等进行分析；（3）采用橡胶减震器元件，分析出减振状态，在原理上实现了激励、幅值减振，通过振动试验验证；（4）通过模拟件得出固有频率、最大响应频率、最大加速度、最大位移及刚度；（5）通过前期的减震器模拟试验，优选减震器在光电转塔中使用，确定试验优选减震器的有效性、正确性。

参考文献

[1] 胡志强，法庆衍，洪宝林，等.随机振动试验应用技术[M].北京：中国计量出版社，1996.

[2] 戴诗亮.随机振动实验技术[M].北京：清华大学出版社，1984.

[3] 张阿舟.实用振动工程[M].北京：航空工业出版社，1996.

[4] 张准.振动分析[M].南京：东南大学出版社，1991.

作者简介：黎刚，男，西安应用光学研究所工程师，研究方向：产品环境试验、组织产品可靠性鉴定试验。

（责任编辑：周 琼）