直升機載光電穩(wěn)瞄轉塔用橡膠減震器研究

黎剛　等

摘要：文章主要通過“模擬件”模擬機載光電穩(wěn)瞄轉塔的理論與試驗研究，分析減震器振動帶來的影響，建立受力模型，引出相關參數(shù)，分析了幅值及固有頻率等動態(tài)特性以及減震器在激勵狀態(tài)下振動試驗參數(shù)、傳感器布控采集點等。通過對產(chǎn)品進行試驗，有效判定光電穩(wěn)瞄轉塔通過減震器減振，考核振動環(huán)境下的適應性。

關鍵詞：直升機；光電穩(wěn)瞄轉塔；模擬件；橡膠減震器；固有頻率；傳導率 文獻標識碼：A

中圖分類號：V226 文章編號：1009-2374（2015）19-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.011

隨著現(xiàn)代技術的迅速發(fā)展，光電穩(wěn)瞄轉塔越來越廣泛地用于直升機作戰(zhàn)平臺上，對目標搜索、瞄準、跟蹤和定位。然而，在飛行過程中，由環(huán)境因素產(chǎn)生的振動對目標的瞄準產(chǎn)生不利影響。為了減小振動所產(chǎn)生的影響，通過減震器來抑制外界振動帶來的干擾，提高產(chǎn)品質量及性能為有效方法。

使用減震器對抑制共振幅值有著顯著效果。然而由于材料性能所決定，其減震作用及其所承受的外力隨著振動頻率、動態(tài)幅值、受力狀態(tài)的不同而變化。為了更好地使用，需要對減震器進行研究。本文通過試驗模擬件確定振動沖擊參數(shù)，在固有頻率試驗研究分析，得出在不同的頻段振動環(huán)境的干擾。通過對某產(chǎn)品所使用的減震器為研究對象，進行了動態(tài)試驗，得出減震器對振動及受力的傳遞關系和試驗結果曲線。

1 實驗中光電轉塔外框架模擬裝置及光電傳感器模擬件、減震器的安裝方式

實驗中所用裝置主要包括模擬裝置、模擬質量件、減震器，其安裝方式如圖1。其中，減震器安裝在雙側懸掛吊裝模擬件的兩側。該模擬件可對光電轉塔的參考質量、中心、重心等參數(shù)近似模擬。試驗中所用的四個減震器，以每側面兩個對角分布，懸掛吊裝件，減震器底座與外框架連接，通過連接桿固定在光電傳感器模擬件上。數(shù)據(jù)采樣傳感器安裝在光電傳感器模擬件重心及支架底部位置。

圖1

本試驗在電磁振動上來模擬完成。試驗是考核結構性能的重要手段，為掌握振動特性，首先由理論解析振動參數(shù)開始，后轉化為系統(tǒng)振動，振動特性主要由其重要因素決定，即固有頻率、剛度、振動傳遞函數(shù)。

2 橡膠減震器理論關系

根據(jù)參考文獻[4]原理建立力學數(shù)學關系式，并引出主要參數(shù)。系統(tǒng)傳遞率為：

式中：為激振頻率；為系統(tǒng)固有頻率；為系統(tǒng)阻尼比=；系統(tǒng)固有頻率=，頻率為

=。通過理論，掌握影響減震器參數(shù)，由試驗室模擬外界環(huán)境對減震器激勵，逐次選擇改變激勵方式，變化頻率、變化激勵幅值，分析減震器的振幅、固有頻率、

載荷、傳導率等。振動試驗是獲得參數(shù)的首要手段。

3 橡膠減震器實驗室試驗振動數(shù)據(jù)分析

試驗設備為美國-UD-T2000電磁振動臺，傳感器為丹麥B&K4514傳感器，電荷放大器、8通道數(shù)據(jù)采集、計算機+version 2.11，功率放大器，和振動臺組成，振動試驗裝置如圖1所示，傳感器1在底部控制激勵信號，傳感器2在模擬件中心處，采集響應信號，質量件M=24kg，對加速度、幅值、頻率等數(shù)據(jù)進行分析。確定，在5～500Hz系統(tǒng)的固有頻率、傳導率及剛度。

3.1 正選掃頻試驗

參照GJB 150執(zhí)行，試驗夾具設計，根據(jù)參考文獻[1]設計制作，試驗參數(shù)：5～10Hz恒定9mm，10～35Hz恒定1.7g，35～50Hz恒定0.7mm，50～50Hz恒定3.4g，倍頻程0.96進行15分鐘掃頻試驗。

數(shù)據(jù)分析：經(jīng)過改變位移及改變加速度，未有在頻率變化幅值突變情況下產(chǎn)生跳躍現(xiàn)象，夾具設計合理，材料選擇理想。

3.2 模擬件整體裝置試驗

將減震器與工裝夾具連接如圖1安裝方式所示，通過正弦1g激勵，以倍頻程0.66由5Hz-500Hz-5Hz往返改變頻率，得曲線如圖2所示，確定固有頻率、共振幅值放大率及傳遞率等減震器的主要指標。

圖2 幅頻特性

結果分析：固有頻率18Hz，達到最高峰，25～500Hz減震器起到整體幅值衰減作用，較理想。

根據(jù)參考文獻[3]傳遞率，是用振動傳遞率來表述衡量，定義為響應幅值與輸入激勵幅值比值，即減震器傳遞率：

根據(jù)參考文獻[3]《絕對傳遞系數(shù)關系對應圖》。頻率比與絕對傳遞系數(shù)關系，得共振放大率η≤3，這一數(shù)據(jù)主要取決于材料的阻尼率，應η≤3較為適宜，時，系統(tǒng)傳遞率η≤1處于減震區(qū)域，應取頻率比在2.5～5之間。進入共振區(qū)，即：，，式得：ζ=0.2042，理想減振頻率：≈12.729Hz，而實際固有頻率在12Hz左右，通過以上數(shù)據(jù)減震器為理想。

通過分析得出加速度傳遞率及幅頻特性曲線，18Hz產(chǎn)生放大，傳感器2達到最高峰，從而分析出減震器變化規(guī)律。在正弦振動試驗中變頻率，確定固有頻率，是有效的試驗方式。同理，在振動試驗中減震器的剛度直接影響著產(chǎn)品承載能力。

3.3 減震器變形剛度影響

減震器在使用中，變形剛度尤為重要，不能有大的位移產(chǎn)生，下面對剛度進行分析，根據(jù)參考文獻[3]和參考文獻[5]，減震器剛度直接反映于承載能力及有效幅值，確定模擬件質量m=24kg，得剛度為：≈340.13，單個減震器剛度：

=84.532。通過試驗，得出在不同幅值激勵狀態(tài)下的剛度變化狀態(tài)，激勵頻率在固有頻率區(qū)域為變化嚴酷區(qū)域，即放大區(qū)域。

3.4 固有頻率對減震器的變形剛度影響

在正弦振動激勵下，固有頻率處變化激勵參數(shù)，產(chǎn)生圖3變化曲線，剛度是評價減震器的主要參數(shù)，反映出減震器在固有頻率點的位移及承載情況，對于正弦振動試驗，通常以加速度的傳遞率作為傳遞特性參數(shù)，加速度傳遞率通過正弦掃頻輸入輸出的比值標示，即為加速度傳遞率，根據(jù)參考文獻[2]在正弦掃頻試驗中加速度a與頻率f和位移x的關系式，，這里a為加速度幅值g，x為位移幅值mm，建立幅值與頻率點趨勢關系曲線，由圖3可以看出減震器的特性，當激勵幅值變大，共振頻率附近不穩(wěn)定性就越大，出現(xiàn)跳躍現(xiàn)象。幅值放大變化曲線，反映出具有變剛度。反映預變形及剛度，隨著相對預變形的變化，會使減震器的剛度也發(fā)生變化，因此對預變形的大小直接影響到減震器的剛度特性，反映出減震器的承載狀態(tài)。

圖3 圖4 幅頻特性

4 光電轉塔產(chǎn)品實際振動試驗驗證

以實際安裝方式，得試驗曲線如圖4所示。

結果分析：依據(jù)振動環(huán)境試驗規(guī)范標準試驗方法進行。掃頻試驗得出固有頻率在12Hz左右，減震器滿足條件，產(chǎn)品參數(shù)測試合格，并且在長時間的振動，減震器性能穩(wěn)定，很好地抑制在5～500Hz振動的能力，有效避開產(chǎn)品固有頻率，通過實驗室試驗驗證，方法有效適用，具有很好的推廣價值。

5 結語

本文以光電轉塔某型號實際所需的減震器研究為背景，以實際應用為目的，對橡膠減震器的減震機理、動態(tài)試驗方法及特性進行研究，為減震器的使用及試驗方法提供依據(jù)。主要研究分析方向如下：（1）制作減震器試驗模擬裝置，模擬質量件，以實際光電轉塔連接方式；（2）由理論推導引出參數(shù)，對固有頻率、傳遞函數(shù)、剛度等進行分析；（3）采用橡膠減震器元件，分析出減振狀態(tài)，在原理上實現(xiàn)了激勵、幅值減振，通過振動試驗驗證；（4）通過模擬件得出固有頻率、最大響應頻率、最大加速度、最大位移及剛度；（5）通過前期的減震器模擬試驗，優(yōu)選減震器在光電轉塔中使用，確定試驗優(yōu)選減震器的有效性、正確性。

參考文獻

[1] 胡志強，法慶衍，洪寶林，等.隨機振動試驗應用技術[M].北京：中國計量出版社，1996.

[2] 戴詩亮.隨機振動實驗技術[M].北京：清華大學出版社，1984.

[3] 張阿舟.實用振動工程[M].北京：航空工業(yè)出版社，1996.

[4] 張準.振動分析[M].南京：東南大學出版社，1991.

作者簡介：黎剛，男，西安應用光學研究所工程師，研究方向：產(chǎn)品環(huán)境試驗、組織產(chǎn)品可靠性鑒定試驗。

（責任編輯：周 瓊）