直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的分析

王小三

摘 要：在直升機(jī)的整體系統(tǒng)中，傳動(dòng)系統(tǒng)是其最重要的組成部分之一，而想要了解其扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的相關(guān)特性，便需要對(duì)其進(jìn)行必要的計(jì)算與分析。該文以直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為研究基礎(chǔ)，運(yùn)用模塊劃分的方式對(duì)直升機(jī)傳統(tǒng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行分析，并得出相關(guān)結(jié)論。

關(guān)鍵詞：直升機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng) 扭轉(zhuǎn)震動(dòng)

中圖分類號(hào)：V233.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（a）-0223-01

直升機(jī)中傳動(dòng)系統(tǒng)所起到的主要作用是動(dòng)力傳輸，將發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出的動(dòng)力向槳葉與尾槳等裝置中傳送，在直升機(jī)的整體系統(tǒng)中，是必不可少的。而在進(jìn)行直升機(jī)研制工作的過程中，計(jì)算與分析其傳統(tǒng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)震動(dòng)是非常重要的，獲取其相關(guān)特性能夠保證研制工作的有效進(jìn)行。

1 直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

直升機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)從性質(zhì)上將屬于空間傳動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)中起主要作用的動(dòng)力設(shè)備是兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)分別裝置在主減速器的兩側(cè)，且偏向后方，呈軸線平行分布。在主減速器的前方，裝置一個(gè)風(fēng)扇，直升機(jī)的尾部裝置有尾槳[1]。在整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)工作的過程中，主減速器一側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)通過離合器帶動(dòng)相應(yīng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也帶動(dòng)相應(yīng)的液壓泵運(yùn)動(dòng)，另外一些齒輪負(fù)責(zé)帶動(dòng)裝置中的發(fā)電機(jī)。主減速器另一側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)也是同樣的工作原理，位于裝置中心線上的齒輪會(huì)帶動(dòng)相應(yīng)的系桿、旋翼軸以及槳葉，通過一系列的軸與圓盤帶動(dòng)尾槳運(yùn)轉(zhuǎn)，還能夠通過相應(yīng)齒輪帶動(dòng)主減速器前方的風(fēng)扇，從而完成直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的工作。因此，直升機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，主減速器兩側(cè)的兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)是主要的動(dòng)力輸出裝置，通過多個(gè)分支帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作，并從槳葉、尾槳以及發(fā)電機(jī)等處進(jìn)行動(dòng)力輸出，整個(gè)系統(tǒng)中的齒輪與軸等傳動(dòng)零件較多。

2 直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析

在直升機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，可以將各個(gè)裝置用編號(hào)1～45分別表示，以代表扭轉(zhuǎn)主振型，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程中具有規(guī)律的時(shí)間函數(shù)可以用來表示，其中，m可以是任何組成的序號(hào)；r表示的是階數(shù)。在任何一個(gè)組成中，雖然其裝置中的扭轉(zhuǎn)主振型存在差異，但運(yùn)動(dòng)過程中具有規(guī)律的時(shí)間函數(shù)卻相同。由于傳動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)軸是一個(gè)連續(xù)最用的裝置，因此，其扭轉(zhuǎn)頻率的種類也非常多，以振型疊加這一基本原理為基礎(chǔ)，其扭轉(zhuǎn)角位移函數(shù)可以表示為：

（1）

以傳動(dòng)系統(tǒng)中每一個(gè)部分的具體功能為基點(diǎn)，傳動(dòng)軸為整個(gè)系統(tǒng)中的傳動(dòng)中心，多個(gè)分系統(tǒng)為相關(guān)節(jié)點(diǎn)，可以將整個(gè)系統(tǒng)劃分成若干個(gè)模塊，也可以將其稱之為分系統(tǒng)，每個(gè)分系統(tǒng)都有其組成號(hào)，運(yùn)用動(dòng)量矩定理，可以將每個(gè)分析懂扭轉(zhuǎn)過程的方程列出來。

編號(hào)為1的發(fā)動(dòng)機(jī)假設(shè)其有p個(gè)渦輪盤，扭轉(zhuǎn)方程可以表示為：

（2）

編號(hào)為2的離合器與編號(hào)為3的齒輪之間的扭轉(zhuǎn)方程可以表示為：

（3）

編號(hào)為15的齒輪其扭轉(zhuǎn)方程可以表示為：

（4）

編號(hào)為18的液壓泵其扭轉(zhuǎn)方程可以表示為：

（5）

編號(hào)為4的齒輪與編號(hào)為5的齒輪之間的扭轉(zhuǎn)方程可以表示為：

（6）

編號(hào)為6的齒輪與編號(hào)為10的系桿之間的扭轉(zhuǎn)方程可以表示為：

（7）

編號(hào)為43的齒輪與編號(hào)為45的尾槳之間的扭轉(zhuǎn)方程為：

（8）

將式（2）與式（8）相加，在忽略摩擦力的情況下，便可以得出直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的整體性扭轉(zhuǎn)方程：

（9）

3 相關(guān)結(jié)果

根據(jù)對(duì)上述公式的分析，能夠大體上得出以下幾方面結(jié)果。

首先，以疊加原理為基礎(chǔ)，能夠?qū)⒄麄€(gè)直升機(jī)內(nèi)部的傳動(dòng)系統(tǒng)劃分成為多個(gè)模塊，也可以稱之為分系統(tǒng)，每個(gè)分系統(tǒng)由一個(gè)軸段以及相關(guān)圓盤組成，可以現(xiàn)將相關(guān)方程列出來，并以邊界關(guān)系為基礎(chǔ)，得出相應(yīng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)方程的解，能夠?yàn)闉榻酉聛淼挠?jì)算與分析提供奠基理論[2]。

其次，最終的直升機(jī)扭轉(zhuǎn)方程是一個(gè)二階非齊次線性微分方程，可以通過阻尼系數(shù)與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等計(jì)算方法將第r階計(jì)算出來，其扭轉(zhuǎn)剛度可以運(yùn)用系統(tǒng)中彈簧、軸以及圓盤的剛度相加進(jìn)行計(jì)算，有利于最后通過計(jì)算機(jī)，以循環(huán)語句為基礎(chǔ)，進(jìn)行相關(guān)的編程計(jì)算。

再次，引起直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)的原因是多方面的，主要由槳葉、尾槳以及發(fā)動(dòng)機(jī)等相關(guān)部分產(chǎn)生，每個(gè)組成在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)的過程中，其頻響函數(shù)的對(duì)應(yīng)幅值也會(huì)隨著整個(gè)系統(tǒng)所產(chǎn)生的頻率而發(fā)生變化，在這個(gè)過程中，會(huì)產(chǎn)生很多個(gè)峰值，且每一個(gè)峰值各不相同，但其都遵循一個(gè)規(guī)律，便是一般情況下，低階固有的相關(guān)頻率附近，都會(huì)有相對(duì)較大的峰值出現(xiàn)。

最后，在整個(gè)直升機(jī)傳統(tǒng)系統(tǒng)中，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的不同源部件，其所產(chǎn)生的頻率各不相同，因此，其所帶動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)同階進(jìn)行扭轉(zhuǎn)共振的過程中，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方面，也會(huì)出現(xiàn)不同的表現(xiàn)，在這個(gè)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)中的振源到相關(guān)部件之間的傳動(dòng)會(huì)相對(duì)較大，因此，在進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)共振時(shí)，系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)的整體轉(zhuǎn)速也會(huì)相會(huì)較高。另外，在進(jìn)行同階扭轉(zhuǎn)共振的過程中，如果傳動(dòng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的震動(dòng)是由槳葉所引起的，那么，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)達(dá)到最高值。

4 結(jié)論

在整個(gè)直升機(jī)的系統(tǒng)中，傳動(dòng)系統(tǒng)是其中非常重要?jiǎng)恿鬏斚到y(tǒng)，能夠?qū)⒅鳒p速器兩側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)力向槳葉與尾槳裝置中輸送。而在對(duì)直升機(jī)進(jìn)行研制的過程中，對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的研究是必不可少的，本文以直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對(duì)直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行了簡要分析，從而得出四點(diǎn)相關(guān)結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

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