典型尾吊吊掛典型結(jié)構(gòu)及隔振器原理分析

李曉楠

【摘 要】尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)的布局，由于氣動(dòng)外形差異較大且與機(jī)體結(jié)構(gòu)連接形式的不同，讓尾吊吊掛的結(jié)構(gòu)形式和翼吊吊掛有很大不同。雖然尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)的布局避免了發(fā)動(dòng)機(jī)裝在機(jī)翼上時(shí)旅客艙的大部分處在聲源的近場(chǎng)直接作用下，而可將最高聲壓級(jí)區(qū)轉(zhuǎn)移到旅客艙范圍之外。但由于尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)距離機(jī)身較近，在尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)的客艙內(nèi)仍能測(cè)到由于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)引起的很高噪聲級(jí)。對(duì)于尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)選擇或設(shè)計(jì)合理的隔振器是非常必要的。這里介紹典型尾吊吊掛典型結(jié)構(gòu)及傳力分析，并分析典型隔振器的隔振原理。

【關(guān)鍵詞】尾吊吊掛；傳力；隔振

0 引言

尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)的布局，由于氣動(dòng)外形差異較大且與機(jī)體結(jié)構(gòu)連接形式的不同，讓尾吊吊掛的結(jié)構(gòu)形式和翼吊吊掛有很大不同。雖然尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)的布局避免了發(fā)動(dòng)機(jī)裝在機(jī)翼上時(shí)旅客艙的大部分處在聲源的近場(chǎng)直接作用下，而可將最高聲壓級(jí)區(qū)轉(zhuǎn)移到旅客艙范圍之外。但由于尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)距離機(jī)身較近，在尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)的客艙內(nèi)仍能測(cè)到由于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)引起的很高噪聲級(jí)。對(duì)于尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)選擇或設(shè)計(jì)合理的隔振器是非常必要的。這里介紹典型尾吊吊掛典型結(jié)構(gòu)及傳力分析，并分析典型隔振器的隔振原理。

1）典型尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)吊掛傳力結(jié)構(gòu)

發(fā)動(dòng)機(jī)吊掛主承力盒段以MD-82為例，主要是由前、后梁和前后梁之間的一個(gè)中間墻以及上、下蒙皮組成的一個(gè)盒形梁式結(jié)構(gòu)。它通過前、后梁以及上、下壁板上的角材固接在機(jī)身上。發(fā)動(dòng)機(jī)連接在前梁和后梁的接頭上（圖1）。

吊掛前梁是一鋼質(zhì)叉形接頭，內(nèi)側(cè)插入機(jī)身，連接在站位1307的加強(qiáng)框腹板上，若安裝隔振器，則在前梁外側(cè)端部連接一個(gè)叉臂架，以連接發(fā)動(dòng)機(jī)的前安裝點(diǎn)。若不安裝隔振器，則由吊掛前梁外側(cè)的耳片接頭與發(fā)動(dòng)機(jī)前安裝架耳片之間用兩個(gè)螺栓相連接。后梁可由上下兩根鈦合金緣條和鈦合金的腹板組成，梁緣條的內(nèi)側(cè)插入機(jī)身，連接在站位1380加強(qiáng)框的腹板上。與前安裝點(diǎn)相類似，外側(cè)作為發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)后安裝點(diǎn)也有軟、硬兩種連接形式。鈦合金的中間墻也是發(fā)動(dòng)機(jī)吊掛的主要受力骨架之一，它通過柔韌的隔板與機(jī)身相連。另外，吊掛前、后梁之間的上、下壁板連接于吊掛的主要結(jié)構(gòu)的骨架上，并通過安裝在機(jī)身側(cè)壁上的鈦合金角材與機(jī)身相連。這就形成了吊掛的主要受力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

2）吊掛結(jié)構(gòu)傳力分析及安裝減振器位置分析

發(fā)動(dòng)機(jī)通過前梁上的兩個(gè)連接點(diǎn)和后梁上的一個(gè)連接點(diǎn)連接到吊掛上。若不布置推力桿，發(fā)動(dòng)機(jī)的垂直和水平載荷主要通過前梁、后梁及與兩個(gè)梁對(duì)應(yīng)的機(jī)身站位加強(qiáng)框向機(jī)身傳遞。吊掛的根肋通過上下壁板和機(jī)身側(cè)邊的角材也可傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的推力載荷。若布置推力桿，則發(fā)動(dòng)機(jī)推力載荷主要由推力桿傳遞給吊掛盒形梁，最終傳入機(jī)身。布置在前梁上的叉臂式支架為發(fā)動(dòng)機(jī)前安裝支架，在其兩個(gè)錐孔內(nèi)裝有減振器，發(fā)動(dòng)機(jī)后安裝面固定支架帶有振動(dòng)隔離器，即采用軟式安裝型式。這種安裝設(shè)計(jì)型式具有減震特性，可將發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)減至最小，以防止傳入機(jī)身。

圖1 MD-82吊掛結(jié)構(gòu)

1 發(fā)動(dòng)機(jī)減振問題

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)安裝隔振器所考慮的因素

a）共振現(xiàn)象

共振現(xiàn)象通常發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝架受到的擾動(dòng)力的振動(dòng)頻率與安裝固定發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的固有頻率相重合的條件下。

對(duì)于目前典型的民用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其內(nèi)部是高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)和風(fēng)扇，運(yùn)行時(shí)因擾動(dòng)力而引起的、通過發(fā)動(dòng)機(jī)安裝架傳給吊掛或飛機(jī)其他結(jié)構(gòu)的主要振動(dòng)分量之頻率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于吊掛或其他安裝發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)的固有頻率。所以，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)安裝系統(tǒng)上通常不存在共振問題。另外，此類發(fā)動(dòng)機(jī)的部件與整機(jī)在出廠前都曾經(jīng)經(jīng)過嚴(yán)格的靜平衡、動(dòng)平衡檢查，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)幅值很小，一般只是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的幾十分之一。所以現(xiàn)代渦扇旅客機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝系統(tǒng)上裝有隔振器，并不出自避免發(fā)生共振的目的。

b）振動(dòng)疲勞

“疲勞”是用來(lái)描述結(jié)構(gòu)件在重復(fù)載荷循環(huán)作用下其材料內(nèi)部局部變化過程的術(shù)語(yǔ)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)因振動(dòng)而作用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞載荷，也是一種重復(fù)循環(huán)作用，最終使結(jié)構(gòu)開裂，直至使之完全斷裂的載荷。因此，因航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)引起的使飛機(jī)結(jié)構(gòu)造成的疲勞破壞，稱之為振動(dòng)疲勞破壞。振動(dòng)疲勞破壞與聲載荷作用下的結(jié)構(gòu)疲勞破壞一樣，也是一種持久性效應(yīng)。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)引起的飛機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)疲勞的破壞，已引起國(guó)際航空界的廣泛關(guān)注。目前在波音系列和空客系列飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝架上安裝隔振裝置多半出自為了減小傳入飛機(jī)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)載荷，減小發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的幅度，延長(zhǎng)與安裝架相連接的飛機(jī)的結(jié)構(gòu)的振動(dòng)疲勞壽命這一重要原因。

c）舒適性

從生理學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，為保證旅客機(jī)內(nèi)部乘客的舒適性，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝架的容許振動(dòng)幅度A（按厘米計(jì)）和振動(dòng)頻率f（按每分鐘振動(dòng)次數(shù)計(jì)）大體應(yīng)保持下列關(guān)系：

Af0.5<<4-5

當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝架上安裝隔振裝置后，可使A值大大減小，以滿足上述要求，使乘客獲得振動(dòng)舒適性，還能降低由發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)引起的、通過安裝架向機(jī)體結(jié)構(gòu)傳播而最終傳入艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)噪聲。安裝隔振裝置這一措施，對(duì)于尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)這類布局距機(jī)身近、振動(dòng)/噪聲傳播通路較短的民航旅客機(jī)，尤為重要。

1.2 隔振器的隔振機(jī)理

圖2為某型飛機(jī)的隔振器結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)組成由殼體1、帶有錐體螺栓的十字形接頭2、兩個(gè)軸套3、上下放置的四個(gè)隔振墊4以及側(cè)向的六個(gè)隔振墊5以及蓋板6組成。

十字形接頭上部?jī)蓚?cè)的圓柱端靠左右兩個(gè)軸套支撐，軸套外形大體為方形，在其上下左右前后各側(cè)都安置著用0.2毫米直徑的鋼絲壓制成的隔振墊。由于這些隔振墊無(wú)論在高度方向還是在左右前后方向都有一定的預(yù)壓縮量，所以它們具有傳遞載荷的能力。但因畢竟是使用具有彈性的細(xì)鋼絲壓制而成，在受到由十字接頭錐體螺栓傳入振動(dòng)的條件下，隔振墊會(huì)因之產(chǎn)生微小的變形。隔振器正是靠其內(nèi)部的隔振墊所產(chǎn)生的微小變形而具有吸收振動(dòng)的能力，從而隔離了發(fā)動(dòng)機(jī)與吊掛之間振動(dòng)能量的傳遞，而產(chǎn)生隔振效果。

從以上對(duì)隔振器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分析可知，其內(nèi)部的十字接頭上部左右兩端的圓柱段插入兩軸套內(nèi)，并由軸套支承。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生軸向熱膨脹時(shí)，機(jī)匣長(zhǎng)度發(fā)生變化，渦輪機(jī)匣安裝邊后移，此隔振器的十字接頭上部的圓柱段可在軸套內(nèi)做逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其下部的錐體螺栓向后偏擺，從而作為一種滿足發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣熱膨脹的措施。

綜上所述，此類型的隔振器兼有傳載、隔振、補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)熱膨脹這三種功能。

1.3 民機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾吊布局隔振安裝應(yīng)用現(xiàn)狀

表1 典型尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)隔振安裝

2 結(jié)論

尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)及吊掛結(jié)構(gòu)可以根據(jù)選用的發(fā)動(dòng)機(jī)類型，根據(jù)氣動(dòng)布局、外形限制、連接位置和傳力特點(diǎn)，合理選用或設(shè)計(jì)隔振器，并根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理安裝隔振器達(dá)到減振目的。

[責(zé)任編輯：田吉捷]