橡膠減擺器的環(huán)境適應(yīng)性研究

裴高林, 蘇正濤, 王文博, 涂春潮, 米志安, 王景鶴

（北京航空材料研究院減振降噪材料及應(yīng)用技術(shù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100095）

橡膠減擺器的環(huán)境適應(yīng)性研究

裴高林, 蘇正濤, 王文博, 涂春潮, 米志安, 王景鶴

（北京航空材料研究院減振降噪材料及應(yīng)用技術(shù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100095）

采用電液伺服試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了橡膠減擺器高低溫動(dòng)態(tài)特性測(cè)試，研究了橡膠減擺器在不同溫度環(huán)境下動(dòng)態(tài)特性的變化規(guī)律，為其在高寒和熱帶地區(qū)的應(yīng)用提供依據(jù)；同時(shí)對(duì)其濕熱、霉菌和鹽霧環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了測(cè)試，為其在潮濕和海洋環(huán)境中的應(yīng)用提供了依據(jù)。研究結(jié)果表明，當(dāng)溫度在-55～20 ℃之間時(shí)，橡膠減擺器的低溫動(dòng)態(tài)剛度與室溫下的比值在1～1.7之間；當(dāng)溫度在20～70 ℃之間時(shí)，橡膠減擺器的高溫動(dòng)態(tài)剛度與室溫下的比值在0.86～1之間；橡膠減擺器具有較好的高低溫動(dòng)態(tài)性能；濕熱、霉菌和鹽霧試驗(yàn)結(jié)果表明，橡膠減擺器的環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)良。

橡膠減擺器；動(dòng)態(tài)性能；溫度；環(huán)境適應(yīng)性

0 前 言

彈性元件最初被引入到直升機(jī)中是為了增加其壽命、性能以及可維護(hù)性，最初使用于旋翼軸承以及發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架。為解決旋翼不穩(wěn)定擺振運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，旋翼設(shè)計(jì)中開(kāi)始采用機(jī)械阻尼裝置，依次發(fā)展了機(jī)械摩擦式減擺器和液壓式減擺器。1970年代出現(xiàn)黏彈式減擺器。地面試驗(yàn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，黏彈式減擺器在使用過(guò)程中，不超出目測(cè)可見(jiàn)的替換標(biāo)準(zhǔn)，可靠且無(wú)需維護(hù)，相對(duì)于液壓減擺器和摩擦減擺器，黏彈式減擺器更受歡迎。目前，直升機(jī)中廣泛使用黏彈式減擺器以降低成本和復(fù)雜性。

橡膠減擺器是黏彈式減擺器的一種，它采用阻尼橡膠材料作為黏彈性阻尼介質(zhì)，由金屬件與高阻尼橡膠復(fù)合而成的夾層結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)全固體橡膠材料的剪切運(yùn)動(dòng)耗散能量，在為槳葉擺振運(yùn)動(dòng)提供耗能阻尼的同時(shí)，還提供隨幅值、頻率變化的約束剛度，這個(gè)剛度影響旋翼系統(tǒng)的頻率，且隨飛行狀態(tài)而有所變化，影響整個(gè)旋翼系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。通過(guò)合理地匹配槳葉擺振固有頻率可有效地避開(kāi)可能的共振頻率，防止出現(xiàn)地面共振和空中共振，減輕飛機(jī)的振動(dòng)。本文研究了JZZ-3橡膠減擺器的動(dòng)態(tài)特性以及環(huán)境適應(yīng)性，為其應(yīng)用提供依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試樣

JZZ-3橡膠減擺器，北京航空材料研究院產(chǎn)品。

1.2 高低溫工作性能測(cè)試

在電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行橡膠減擺器的低溫性能測(cè)試。試驗(yàn)方法為：試驗(yàn)前將橡膠減擺器在（20±2）℃下溫度調(diào)節(jié)24 h以上；然后對(duì)橡膠減擺器進(jìn)行動(dòng)態(tài)剛度測(cè)試，分別記錄試驗(yàn)持續(xù)1 min、5 min、10 min時(shí)的動(dòng)態(tài)剛度測(cè)試結(jié)果作為橡膠減擺器20 ℃下的動(dòng)態(tài)剛度；然后，將橡膠減擺器置于試驗(yàn)箱內(nèi)，將試驗(yàn)箱的溫度降至-40 ℃，待橡膠減擺器在-40 ℃下溫度調(diào)節(jié)12 h以上后，進(jìn)行動(dòng)態(tài)剛度測(cè)試，分別記錄試驗(yàn)持續(xù)1 min、5 min、10 min時(shí)的動(dòng)態(tài)剛度測(cè)試結(jié)果作為橡膠減擺器-40 ℃下的動(dòng)態(tài)剛度。同理，試驗(yàn)箱采用不高于5 ℃/min的降溫速率，依次將溫度降至-45 ℃、-50 ℃、-55 ℃分別測(cè)試1 min、5 min、10 min時(shí)的低溫動(dòng)態(tài)剛度。然后試樣恢復(fù)室溫，并在室溫下停放48 h以上，再分別進(jìn)行40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃下1 min、5 min、10 min時(shí)的高溫動(dòng)態(tài)剛度測(cè)試。

1.3 耐環(huán)境性

耐環(huán)境性試驗(yàn)主要有以下幾種：（1）耐濕熱試驗(yàn)按GJB 150.9—1986的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，試驗(yàn)進(jìn)行10個(gè)周期；（2）耐霉菌試驗(yàn)按GJB 150.10—1986的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，試驗(yàn)進(jìn)行28 d；（3）耐鹽霧按GJB 150.11—1986的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，試驗(yàn)進(jìn)行96 h。

2 結(jié)果與分析

2.1 橡膠減擺器的高低溫工作特性

為了研究橡膠減擺器的高低溫動(dòng)態(tài)特性，測(cè)試了不同溫度下橡膠減擺器的動(dòng)態(tài)剛度隨時(shí)間的變化情況。結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 橡膠減擺器的彈性剛度隨溫度和時(shí)間的變化

由圖1可以看出，隨著溫度從20 ℃降至-55 ℃，橡膠減擺器的動(dòng)態(tài)剛度逐漸增大,尤其是低于-45 ℃后，剛度迅速升高，且相同試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間下動(dòng)態(tài)剛度之間的差距明顯增大；隨著溫度從20 ℃升高至70 ℃，橡膠減擺器的動(dòng)態(tài)剛度逐漸減小，且相同試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間下動(dòng)態(tài)剛度之間的差距逐漸減小，當(dāng)溫度達(dá)到50～70 ℃之間時(shí)，動(dòng)態(tài)剛度的差距更小。

圖2 橡膠減擺器的動(dòng)態(tài)剛度與室溫(20 ℃)下的比值隨溫度和時(shí)間的變化

由圖2可以看出，隨著溫度從20 ℃降至-55 ℃，橡膠減擺器的低溫動(dòng)態(tài)剛度與室溫下的比值是逐漸增大的，但相同溫度隨著試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)，橡膠減擺器的低溫動(dòng)態(tài)剛度與室溫下的比值逐漸減小。當(dāng)溫度在-50～20 ℃之間時(shí)，試驗(yàn)持續(xù)10 min后，橡膠減擺器的低溫動(dòng)態(tài)剛度與室溫下的比值均在1～1.7之間，橡膠減擺器具有較好的低溫性能。

隨著溫度從20 ℃升高至70 ℃，相同試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間時(shí)，隨著溫度的升高，橡膠減擺器的動(dòng)態(tài)剛度與室溫下的比值是逐漸減小的；但相同溫度下，隨著試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)，橡膠減擺器的高溫動(dòng)態(tài)剛度與室溫下的比值逐漸增大。當(dāng)溫度在20～70 ℃之間時(shí)，試驗(yàn)持續(xù)10 min后，橡膠減擺器的高溫動(dòng)態(tài)剛度與室溫下的比值均在0.86～1之間，橡膠減擺器具有良好的高溫工作性能。

2.2 橡膠減擺器的耐環(huán)境性

橡膠減擺器的濕熱、霉菌和鹽霧試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 橡膠減擺器的濕熱、霉菌、鹽霧試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出，橡膠減擺器耐濕熱、耐霉菌和耐鹽霧試驗(yàn)后，外觀均未發(fā)生明顯變化。可見(jiàn)，橡膠減擺器的耐環(huán)境性能良好。

3 結(jié) 論

橡膠減擺器的動(dòng)態(tài)剛度隨溫度的增加呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)；從橡膠減擺器高低溫動(dòng)態(tài)剛度與室溫的比值看，橡膠減擺器具有良好的高低溫動(dòng)態(tài)性能，可以在高寒和熱帶環(huán)境中使用。

濕熱、霉菌和鹽霧結(jié)果表明，橡膠減擺器的耐濕熱、耐霉菌和耐鹽霧環(huán)境性能好，可以在潮濕和海洋腐蝕環(huán)境中使用。

[1] 徐新，彭江水. 直升機(jī)旋翼黏彈性阻尼器性能試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)[J]. 直升機(jī)技術(shù)，2007（3）：92-95.

[2] 周云，徐趙東，鄧雪松. 黏彈性阻尼器的性能試驗(yàn)研究[J].振動(dòng)與沖擊，2001（3）：71-75.

[3] 胡國(guó)才，馬琳，張學(xué)軍. 直升機(jī)旋翼黏彈阻尼器定常響應(yīng)分析[J]. 直升機(jī)技術(shù)，2010 (2)：9-13.

[4] 米志安，張連鴻，蘇正濤，劉嘉，王景鶴. 阻尼硅橡膠加速疲勞研究[J]. 航空材料學(xué)報(bào), 2011, 31(S1)：216-218.

[責(zé)任編輯：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