直升机机载设备隔振设计方法

丁盛国

摘 要：直升机振动包含周期性的中低频分量，这是直升机在空中发生振动故障的主要原因。本文分析了直升机的振动特性，以旋翼一阶通过频率下的隔振效率作为系统的核心设计参数，介绍了直升机在航空产品中的隔振系统的设计要求。以某型直升机在空中为例，设计了隔振系统平台，有效降低了该件设备的振动。

关键词：直升机;机载设备;隔振

引言

近年来，得益于更好的机动性和悬停性能，起降时不受地形限制，各种先进的电子侦察设备和武器系统提高了直升机的功能性能。它们用于军事和民用领域，如侦察、运输和反恐。效果明显，直升机迈出了一大步。一方面，对直升机机动性的要求越来越高，发动机功率和旋翼产生的升力越来越大。由此产生的不平衡振动导致直升机的振动增加。电子设备的准确性、可靠性和预期寿命，例如B、直升机光电侦察装置和武器瞄准系统也较高。在设计飞行和资格审查阶段，设备损坏通常是由设备振动引起的。直升机振动问题引起了大家的兴趣。尹春旺等。讨论了基于构造、制造和测试连接的直升机减振方法。刘晓辉，许新喜等。讨论了中国军用直升机建造过程中的噪声和减振方法。梁廷伟等为了抑制直升机桨叶系统的振动，孙东红等人。与直升机机载产品振动环境研究相关的问题。国家科学家目前正在更详细地研究直升机及其部件的主动和半主动控制技术。在分析直升机振动环境的基础上，提出了在直升机机载设备上安装隔振装置的几个指导原则。有针对性的被动隔振方法可有效降低电子设备在空气中的振动等级，提高抗振精度和可靠性。

1直升机机载振动特点分析

直升机振动是一个极其复杂的系统，具有多种振动源。一方面，旋翼系统、传动系、发动机等振源装置产生不平衡振动;另一方面，这些振源装置和飞机高速运行时外表面的气动载荷使机身、机房、仪表板和起落架。在受迫振动中，直升机振动的主要来源是旋翼系统。激励的主要形式是类似于正弦激励的多重单频激励。主频率是主螺旋桨的飞行频率及其谐波频率。驱动系统和电机也是振动的主要来源。传动系终传动输入轴的不平衡和齿轮之间的齿的啮合产生类似于正弦激励的多频激励。发动机振动主要是由发动机叶片旋转时不平衡的部件引起的。由旋转部件引起的多个单频正弦激励和由劣质正弦元件、气动噪声等引起的宽带随机振荡共同构成了飞行器振动环境，其中Fi为正弦分量。根据主螺旋桨、传动系、尾旋翼等引起飞机所在区域振动的装置的不同作用，将直升机机载设备的振动环境划分为不同的部分，其振动幅值每个部分明显不同。

2设备安装过程探析

振动对设备的影响主要与以下三个方面有关：降低设备的精度甚至破坏设备的功能。例如，低频转子振动引起大位移，使光学设备无法成像，中高频振动频率耦合到惯性导航设备，导致定位偏差。它们有不可预测的后果;长期振动引起设备疲劳，主要是电子设备结构元件疲劳失效;振动幅度过大导致硬件结构出现振动裂纹，主要包括电子设备内部电路板接口焊点的裂纹和堵塞。来自直升机旋翼的高正弦激励值是设备结构损坏的主要原因。降低设备的精度和对结构的破坏。高频宽带振动是电路板上焊点开裂和降低惯导设备精度的主要原因。直升机空中设备通常集中在飞机的前部设备舱，附着在仪表盘和駕驶舱上，是螺旋桨主要影响区域的一部分。因此，主螺旋桨的一阶频率是隔振系统应考虑的最低隔振频率。根据直升机振动特性和冲击规律，提出了直升机机载电子设备对隔振系统的要求。

3安装过程振动影响因素分析

3.1频率特性

隔振系统的传递率、阻尼系数和频率系数之间的关系，根据传递系数是否大于1可分为共振区和隔振区。如果激励频率与振动频率之比小于隔振系统，则系统的隔振属于共振区;当激振频率与隔振系统频率之比超过时，隔振系统具有减振作用。这是隔离区。频率系数越高，绝缘效果越好。同时，隔振系统的刚度也较低。系统的静态挠度越大，隔振系统所需的结构就越大。转子的一阶跃迁频率一般为15Hz～25Hz，为了使隔振系统有更好的隔振效果，考虑到隔振系统的尺寸和位移空间，隔振系统一般设计为（0.3～0.5）F1。其中，隔振系统在第一排转子运行频率下传递速度的降低是隔振系统的基本设计指标。

3.2阻尼特性

系统的阻尼系数越大，共振增加越小，传输的减少通常很小。在直升机的空气环境中，由于空间原因，隔振系统的固有频率不能太低。转子的一次通过频率与隔振系统的频率之比通常大2-3倍。简单地追求高阻尼系数会导致转子的第一次通过频率。阻尼系数降低。如果阻尼系数过低，系统的激励频率必须在直升机启动阶段超过隔振系统的频率，否则会因过高的共振而损坏装置。因此建议将直升机减振系统的阻尼系数设置在0.1～0.15的范围内，相应的放大倍数为3～5。

4隔震平台技术

由于直升机飞行过程中旋翼受到六个空间方向的扰动，因此隔振平台必须能够同时隔离六个空间方向的振动扰动。Stewart平台作为典型的并联机构，具有承载能力高、结构紧凑稳定、精度高、动态性能好等优点。是实现空间六自由度隔振的理想设计。在本章中，Stewart设计了一个使用磁流变阻尼器隔离振动的半主动平台，并使用结构设计和理论建模对其进行了深入研究。隔振器的工作原理分为两种：一种是振幅绝缘，另一种是绝缘强度。直升机主隔振系统是力隔离模型的一部分，即主要减少旋翼激振力/力矩向机身的传递。在刚性基础模型中，如果基础质量远大于绝缘物体的质量，则基础运动可以忽略不计。由于直升机旋翼/主减速系统的质量略小于机身质量，因此直升机主减速和隔热系统的设计应考虑机身质量。与现有技术相比，所设计的隔振平台具有以下有益效果：

（1）隔振平台采用磁流变阻尼器降低低频共振峰，采用柔性衬套降低高频高频振动，在隔振较宽的频段具有良好的隔振效果;

（2）通过调整臂架上的锁紧螺母，更换不同刚度的柔性衬套，使防振平台具有良好的通用性，能适应不同质量的转子/主减速系统;

（3）利用磁流变阻尼器的高可控性和Stewart平台良好的稳定性，将磁流变阻尼器插入Stewart平台，在隔振平台的空间内实现六向隔振，保证平台的可靠性。隔振平台高，易于控制;

（4）控制器实时控制相应磁流变阻尼器的输入电流，当上平台振动环境发生变化时，可以达到更好的隔振效果;

（5）通过设计铰链块，保证相邻支腿相互垂直，形成Stewart平台的立方结构，使隔振平台在所有空间方向上的控制性能更加一致，可以最大限度地减少支腿之间的距离移动离合器。

5结语

分析了直升机振动的特点及直升机振动环境对机载电子设备的破坏形式，提出了直升机机载设备隔振装置的相关要求，提出了机载设备一阶通过频率下的阻尼效率。主转子是隔振系统的核心设计参数;以仪表盘为例，设计了一套隔振系统平台，有效降低了仪表盘的振动，具有很强的工程参考意义。

参考文献

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