直升机传动系统扭转振动的分析

王小三

摘 要：在直升机的整体系统中，传动系统是其最重要的组成部分之一，而想要了解其扭转振动的相关特性，便需要对其进行必要的计算与分析。该文以直升机传动系统的基本结构为研究基础，运用模块划分的方式对直升机传统系统的扭转振动进行分析，并得出相关结论。

关键词：直升机 传动系统 扭转震动

中图分类号：V233.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（a）-0223-01

直升机中传动系统所起到的主要作用是动力传输，将发动机所发出的动力向桨叶与尾桨等装置中传送，在直升机的整体系统中，是必不可少的。而在进行直升机研制工作的过程中，计算与分析其传统系统的扭转震动是非常重要的，获取其相关特性能够保证研制工作的有效进行。

1 直升机传动系统的基本结构

直升机的传动系统从性质上将属于空间传动，整个系统中起主要作用的动力设备是两台发动机，两台发动机分别装置在主减速器的两侧，且偏向后方，呈轴线平行分布。在主减速器的前方，装置一个风扇，直升机的尾部装置有尾桨[1]。在整个传动系统工作的过程中，主减速器一侧的发动机通过离合器带动相应齿轮转动，同时也带动相应的液压泵运动，另外一些齿轮负责带动装置中的发电机。主减速器另一侧的发动机也是同样的工作原理，位于装置中心线上的齿轮会带动相应的系杆、旋翼轴以及桨叶，通过一系列的轴与圆盘带动尾桨运转，还能够通过相应齿轮带动主减速器前方的风扇，从而完成直升机传动系统的工作。因此，直升机的传动系统中，主减速器两侧的两个发动机是主要的动力输出装置，通过多个分支带动整个系统的运作，并从桨叶、尾桨以及发电机等处进行动力输出，整个系统中的齿轮与轴等传动零件较多。

2 直升机传动系统的扭转振动分析

在直升机的传动系统中，可以将各个装置用编号1～45分别表示，以代表扭转主振型，系统运动过程中具有规律的时间函数可以用来表示，其中，m可以是任何组成的序号；r表示的是阶数。在任何一个组成中，虽然其装置中的扭转主振型存在差异，但运动过程中具有规律的时间函数却相同。由于传动系统中的传动轴是一个连续最用的装置，因此，其扭转频率的种类也非常多，以振型叠加这一基本原理为基础，其扭转角位移函数可以表示为：

（1）

以传动系统中每一个部分的具体功能为基点，传动轴为整个系统中的传动中心，多个分系统为相关节点，可以将整个系统划分成若干个模块，也可以将其称之为分系统，每个分系统都有其组成号，运用动量矩定理，可以将每个分析懂扭转过程的方程列出来。

编号为1的发动机假设其有p个涡轮盘，扭转方程可以表示为：

（2）

编号为2的离合器与编号为3的齿轮之间的扭转方程可以表示为：

（3）

编号为15的齿轮其扭转方程可以表示为：

（4）

编号为18的液压泵其扭转方程可以表示为：

（5）

编号为4的齿轮与编号为5的齿轮之间的扭转方程可以表示为：

（6）

编号为6的齿轮与编号为10的系杆之间的扭转方程可以表示为：

（7）

编号为43的齿轮与编号为45的尾桨之间的扭转方程为：

（8）

将式（2）与式（8）相加，在忽略摩擦力的情况下，便可以得出直升机传动系统的整体性扭转方程：

（9）

3 相关结果

根据对上述公式的分析，能够大体上得出以下几方面结果。

首先，以叠加原理为基础，能够将整个直升机内部的传动系统划分成为多个模块，也可以称之为分系统，每个分系统由一个轴段以及相关圆盘组成，可以现将相关方程列出来，并以边界关系为基础，得出相应扭转振动方程的解，能够为为接下来的计算与分析提供奠基理论[2]。

其次，最终的直升机扭转方程是一个二阶非齐次线性微分方程，可以通过阻尼系数与转动惯量等计算方法将第r阶计算出来，其扭转刚度可以运用系统中弹簧、轴以及圆盘的刚度相加进行计算，有利于最后通过计算机，以循环语句为基础，进行相关的编程计算。

再次，引起直升机传动系统产生振动的原因是多方面的，主要由桨叶、尾桨以及发动机等相关部分产生，每个组成在进行扭转的过程中，其频响函数的对应幅值也会随着整个系统所产生的频率而发生变化，在这个过程中，会产生很多个峰值，且每一个峰值各不相同，但其都遵循一个规律，便是一般情况下，低阶固有的相关频率附近，都会有相对较大的峰值出现。

最后，在整个直升机传统系统中，产生扭转振动的不同源部件，其所产生的频率各不相同，因此，其所带动的传动系统同阶进行扭转共振的过程中，在发动机转速方面，也会出现不同的表现，在这个过程中，发动机中的振源到相关部件之间的传动会相对较大，因此，在进行转动共振时，系统中发动机的整体转速也会相会较高。另外，在进行同阶扭转共振的过程中，如果传动系统所产生的震动是由桨叶所引起的，那么，此时发动机的转速会达到最高值。

4 结论

在整个直升机的系统中，传动系统是其中非常重要动力传输系统，能够将主减速器两侧发动机所产生的动力向桨叶与尾桨装置中输送。而在对直升机进行研制的过程中，对扭转振动的研究是必不可少的，本文以直升机传动系统的基本结构为基础，对直升机传动系统的扭转振动进行了简要分析，从而得出四点相关结论。

参考文献

[1] 薛海峰，向锦武，张晓谷.直升机旋翼动力传动系统模型及耦合影响[J].北京航空航天大学学报，2012，4（22）：222-223.

[2] 王辉，陈华，刘志文.直升机发动机控制系统与旋翼/动力传动扭振系统耦合稳定性分析[J].直升机技术，2011，5（25）：206-207.

[3] 夏南，沈允文，孟光.直升机动力—传动—旋翼扭振系统的模态参数计算与识别[J].机械强度，2013，3（25）：154-155.