槳轂雙線擺式動力吸振器減振性能探究試驗

熊 波，陳衛(wèi)星，劉 光，余 瑩，程起有

（中國直升機設計研究所，江西 景德鎮(zhèn)333000）

直升機是一種特殊的飛行器，能實現(xiàn)無跑道垂直起降，最顯著的特征是具有旋翼。同時旋翼也是直升機振動的主要來源，是困擾直升機發(fā)展的重要因素[1]。直升機振動不僅會影響駕駛舒適性，還對直升機速度和機動性有所限制，是直升機發(fā)展急需解決的難題。

槳轂雙線擺式動力吸振器是一種減振效率較高的被動式吸振器[2]，可以直接對振源進行吸振，且固有頻率與旋翼轉速成正比，可以隨轉速進行調諧，因此在不同旋翼轉速下減振都有效[3]；在結構上，槳轂雙線擺式動力吸振器設計改動量小，不需要修改機體結構，只需要改動槳轂部分零件，是直升機減振的有效途徑[4]。

本文研究的槳轂雙線擺式動力吸振器則是旋翼動力吸振器的一種。在國外，槳轂雙線擺式吸振器已在多種機型上使用，并取得顯著的減振效果，尤其是在第四代直升機的應用上；在國內，關于槳轂雙線擺式吸振器的論文大多數(shù)為理論研究，試驗探究相對較少。因此，進行槳轂雙線擺式動力吸振器減振性能探究試驗對直升機發(fā)展意義重大，同時也為理論仿真提供寶貴的數(shù)據(jù)參考。零件3部分組成，中央支座用螺栓和旋翼主軸相連，跟隨旋翼主軸一起轉動，其上有2個直徑相同的圓孔，大小和配重塊上的2個孔相同，配重塊通過連接零件與中央支座相連。結構示意圖如圖1所示。

圖1 雙線擺式吸振器的結構示意圖

1 槳轂雙線擺式動力吸振器

1.1 基本構造

雙線擺式吸振器主要由中央支座、配重塊和連接

1.2 主要結構參數(shù)

為了同時降低平面內縱、橫向激振力，采用的單組吸振器的多片槳葉旋翼至少要同時布置3支臂及以上。本試驗5支臂雙線擺采用的是共振調諧和外擺線軌跡，能有效避免雙線擺的頻率隨其擺角變化，在保證減振效果的同時保證穩(wěn)定性。雙線擺具體參數(shù)如表1所示。

2 試驗與分析

2.1 試驗目的

荷，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量振動水平；在試驗臺上探究槳轂雙線擺式動力吸振器對試驗臺的減振性能。

本試驗主要研究的是不同旋翼載荷下槳轂雙線擺吸振器對槳轂振動的減振效果；使用槳轂載荷加載模擬器模擬加載直升機正常飛行時槳轂所受到的旋翼載

2.2 試驗設備與狀態(tài)

本試驗主要由數(shù)據(jù)采集、動力拖動、MTS控制和槳轂載荷模擬加載等系統(tǒng)搭建而成，其中試驗振動數(shù)據(jù)是由三軸振動傳感器測得，傳感器布置方向與槳轂載荷模擬加載方向一致，試驗臺轉速由光電傳感器反饋獲得。雙線擺試驗系統(tǒng)如圖2所示。

為了獲得不同槳轂載荷下試驗臺的振動水平，探究槳轂雙線擺式動力吸振器對試驗臺的減振效果，在試驗臺旋轉狀態(tài)下（258 r/min）分別進行了有無槳轂雙線擺式動力吸振器減振性能試驗。每個試驗狀態(tài)分別進行Fx和Fy單方向加載和2個方向協(xié)調加載3種情況，其中Fx方向加載的載荷分別為旋翼槳轂載荷的33.3%、49.9%、58.9%和66.7%；Fy方向加載載荷比Fx多了88.3%和100%兩個狀態(tài)；協(xié)調加載時Fx和Fy兩個方向載荷相同，分別為旋翼槳轂載荷的33.3%、49.9%、58.9%、66.7%和88.3%。試驗臺振動坐標系如圖3所示。

圖3 試驗臺振動測試坐標系

2.3 結果與分析

2.3.1 空軸旋轉試驗狀態(tài)振動

圖4～圖6給出了試驗臺無雙線擺空軸旋轉狀態(tài)下，槳轂載荷模擬加載對試驗臺軸承座的振動水平的影響。從圖中可以看出，對試驗臺施加單向載荷后，載荷加載方向的振動水平變化明顯，且隨著加載載荷的增加而增加，而非加載方向振動在0.1 g附近。當對試驗臺協(xié)調加載后，試驗臺Fx和Fy方向的振動都開始增大，且載荷和振動大小呈現(xiàn)正相關趨勢。

圖4 試驗臺Fx方向加載與軸承座振動關系

圖6 試驗臺Fx、Fy方向相協(xié)調加載與軸承座振動關系

2.3.2 雙線擺試驗狀態(tài)振動

圖7～圖9給出了試驗臺裝雙線擺后旋轉狀態(tài)，槳轂載荷模擬加載對試驗臺軸承座振動水平的影響。從圖中可以看出，在試驗臺單方向施加槳轂模擬載荷后，試驗臺載荷加載方向和非加載方向的振動水平都變化明顯，且隨著加載載荷的增加而增加。當對試驗臺同時施加Fx和Fy方向的載荷時，試驗臺Fx方向的振動水平比單方向加載小，F(xiàn)y方向振動水平則比單方向大，振動變化都呈現(xiàn)增大趨勢。

圖7 試驗臺Fx方向加載與軸承座振動關系

圖9 試驗臺Fx、Fy方向相協(xié)調加載與軸承座振動關系

2.3.3 試驗振動分析

圖10～圖13是試驗臺有無雙線擺旋轉狀態(tài)下，槳轂載荷模擬加載對試驗臺軸承座的振動水平對比圖。從圖中可以看出，在試驗臺單向加載情況下，裝雙線擺比空軸狀態(tài)試驗臺振動在加載方向上的振動總體呈減小趨勢，吸振效果最大可達35%；當對試驗臺施加Fx和Fy方向協(xié)調加載載荷時，與試驗臺無雙線擺相比，有雙線擺時的振動水平顯著減小，吸振效率最大可達61%。

圖5 試驗臺Fy方向加載與軸承座振動關系

圖10 試驗臺Fx方向相加載與軸承座X向振動關系

圖13 試驗臺Fx、Fy方向相協(xié)調加載與軸承座Y向振動關系

圖8 試驗臺Fy方向加載與軸承座振動關系

圖11 試驗臺Fy方向相加載與軸承座Y向振動關系

圖12 試驗臺Fx、Fy方向相協(xié)調加載與軸承座X向振動關系

3 結論

本文通過搭建雙線擺試驗系統(tǒng)，對比空軸旋轉和裝雙線擺試驗狀態(tài)下的振動水平，探究了槳轂雙線擺式動力吸振器對試驗臺的減振性能，主要結論如下：①槳轂載荷模擬加載對試驗振動水平影響顯著，且振動水平隨著載荷增大而增大。②無雙線擺加載時，只有加載方向的振動水平隨載荷增大而增大；裝雙線擺加載時，非加載方向的振動水平也會隨之發(fā)生改變。③槳轂雙線擺式動力吸振器對試驗臺軸承座減振效果明顯，單向加載情況下，吸振效果最大可達35%；協(xié)調加載時，吸振效率最大可達61%。