直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)研究

摘要：【目的】為了探明引發(fā)直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)的主要激勵(lì)頻率，并揭示系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、旋翼轉(zhuǎn)矩及旋翼升力對直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律?！痉椒ā坎捎迷囼?yàn)方法對直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)開展了動(dòng)力學(xué)特性研究，包括額定工況試驗(yàn)、不同旋翼轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)、不同旋翼升力試驗(yàn)和不同轉(zhuǎn)速試驗(yàn)。【結(jié)果】結(jié)果表明，直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)高速級振動(dòng)最大，行星級振動(dòng)次之，中間級振動(dòng)較小，低速級振動(dòng)最小；直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)各級傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)激勵(lì)既可沿傳動(dòng)鏈功率方向傳遞，又可沿逆功率流方向傳遞；高速級、低速級和行星級齒輪嚙合激勵(lì)是引發(fā)系統(tǒng)相應(yīng)級振動(dòng)的最主要激勵(lì)，而引發(fā)系統(tǒng)中間級振動(dòng)的主要激勵(lì)是行星級和高速級嚙合頻率；當(dāng)旋翼轉(zhuǎn)矩大于3 000 N·m時(shí)，直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)隨旋翼轉(zhuǎn)矩的增加而逐漸增大；而旋翼升力對系統(tǒng)振動(dòng)的影響相對較小。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；主傳動(dòng)系統(tǒng)；動(dòng)力學(xué)特性；動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

中圖分類號：V275；TH113 DOI：10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2025. 04. 015

0 引言

直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞到螺旋槳的關(guān)鍵核心部件，其動(dòng)力學(xué)特性直接影響直升機(jī)的安全性、可靠性及舒適性[1-2]。長期以來，學(xué)者們一直致力于直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性方面的研究。林何等[3]、許兆棠[4]、ZHANG 等[5]、ZHANG 等[6]、CHEN等[7]分別以不同型號的直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)為研究對象，采用集中參數(shù)法構(gòu)建其純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型，研究了系統(tǒng)的扭振特性。郭家舜等[8]、付晨曦等[9]運(yùn)用集中參數(shù)法建立了直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的平移-扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型，探究了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。張琳等[10]對直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)匣進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，從而降低了系統(tǒng)振動(dòng)噪聲。高潔等[11]運(yùn)用有限元法研究了結(jié)構(gòu)彈性變形對直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)齒面受載的影響規(guī)律。許華超等[12-13]、蔣函成等[14]采用集中參數(shù)/有限元混合建模法建立了計(jì)入傳動(dòng)軸和機(jī)匣結(jié)構(gòu)柔性的直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)柔性對系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性具有重要影響。由于直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺造價(jià)成本高，現(xiàn)有研究通常采用理論方法對直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究。

相較于理論動(dòng)力學(xué)建模，動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)?zāi)軌蛑庇^反映齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，無須簡化與假設(shè)，且所得結(jié)論及影響規(guī)律更加準(zhǔn)確、可靠。因此，動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)無疑是研究齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性最有效的方式。INALPOLAT等[15]搭建了能夠揭示行星輪系調(diào)制現(xiàn)象的動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)臺，運(yùn)用試驗(yàn)方法研究了負(fù)載和轉(zhuǎn)速對行星輪系振動(dòng)信號調(diào)制現(xiàn)象的影響規(guī)律。隨后，HONG等[16]采用試驗(yàn)方法測試獲得了齒根應(yīng)力，對高速齒輪的疲勞壽命開展了試驗(yàn)研究。HOTAIT等[17]搭建了能夠測試齒輪副動(dòng)態(tài)傳遞誤差及動(dòng)態(tài)應(yīng)力的試驗(yàn)臺，探明了在不同負(fù)載和轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)傳遞誤差與動(dòng)態(tài)應(yīng)力之間的關(guān)系。XIAO等[18]運(yùn)用試驗(yàn)方法研究了顆粒阻尼對齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律。張睿等[19-20]基于采煤機(jī)截割部齒輪箱動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)，研究了拍振、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)沖擊、牽引速度和煤層硬度對系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響。盡管試驗(yàn)方法是研究直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性最有效的方式，但目前有關(guān)直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)研究的報(bào)道較少。

針對上述問題，本文開展了直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)，包括額定工況試驗(yàn)、不同旋翼轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)和不同旋翼升力試驗(yàn)，探明了引發(fā)系統(tǒng)振動(dòng)的主要激勵(lì)頻率，揭示了輸入轉(zhuǎn)速、旋翼轉(zhuǎn)矩和旋翼升力對直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律，為直升機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。