双线摆桨毂吸振器减振效率评估研究

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1、双线摆桨毂吸振器减振效率评估研究摘要：本文建立了双线摆桨毂吸振器与旋翼和机体的耦合动力学评估模型，通过分析桨毂振动载荷作用下机体的振动响应，评估桨毂上安装双线摆吸振器的减振效率，分析了旋翼、机体模态特性对双线性摆减振效率的影响，研究结果表明双线摆桨毂吸振器的引入实质上是对耦合系统进行调频，旋翼桨毂载荷及量值是确定是否采取双线摆减振设计措施的重要前提。关键词：双线摆桨毂吸振器，减振效率，调频，旋翼和机体模态特性1引言双线摆桨榖吸振器是一种减振效率较高的被动式减振器，采取该减振措施可降低桨毂旋转面内的振动载荷[1]，从而降低整机振动水平。双线

2、摆吸振器在黑鹰[2]和米-171等机型上得到成功应用，特别是米-171直升机，采用该项减振措施使整机振动水平大大降低，驾驶舱对应旋翼主激振频率（5Ω）的振动量值小于0.1g。虽然国内也进行了这方面的研究，但没有在型号研制中采取过该减振设计措施。特别是如何评估双线摆吸振器的减振效率，评估模型只考虑了桨毂的强迫运动和双线摆本身的设计，没有考虑使桨毂运动的机体相关模态和旋翼模态，因此，减振效率评估结论是不可靠的[3],[4]。本文首先建立双线摆桨毂吸振器与旋翼和机体的耦合动力学评估模型，通过分析桨毂振动载荷作用下机体的振动响应，评估桨毂上安装双

3、线摆吸振器的减振效率，研究双线摆吸振器设计频率对减振效率的影响。通过算例分析与研究发现：双线摆桨毂吸振器的引入实质上是对旋翼和机体耦合系统的调频。在桨毂上安装多个（与桨叶数相同）双线摆的振动系统，必将改变旋翼和机体模态特性，双线摆频率的设计确定既可使原有不理想的频率位置调整到较理想的位置，又能把主激振频率下的振动响应降下来，实现以综合减振效率为最高的设计目标。2评估模型直升机在飞行状态下，各片桨叶的振动载荷在桨毂处合成、滤波，再经桨毂传向机体，引起整机振动，双线摆吸振器正是安装在桨毂上用于控制振源的减振措施。为了使设计的吸振器达到预期的减

4、振目标，准确评估安装吸振器对旋翼和机体模态特性带来的影响，需要建立双线摆桨毂吸振器与旋翼和机体的耦合动力学评估模型，模型需包括所有对整机振动响应有贡献的旋翼、机体模态。2.1机体模型在空中飞行状态下，直升机机体为自由-自由体，不仅要考虑弹性机体的振动模态，还要包括机体的刚体运动。因此，机体模型由NASTRAN建立，并解算出所关心频率范围内的机体刚体和弹性模态特性。如果通过模态试验测得了机体各阶模态特性（模态质量、阻尼、频率和振型），则可直接采用试验机体模型。试验机体模型的建立可以在桨毂中心分别施加桨毂振动载荷进行稳态正弦扫描激励，测量桨毂

5、处和机体上响应关注或评估点的频-响特性，根据桨毂处的频-响特性识别各阶模态参数，确定桨毂处和机体上响应评估点对应各阶模态频率的振型。得到机体模态参数后，机体模态振动方程可表示为以下形式：(1)式中，，和分别是机体模态质量、阻尼和刚度对角阵，是机体模态坐标，是桨毂中心处对应机体模态的振型矩阵，是作用于桨毂的气动载荷。机体上评估点的响应可表示为其对应各阶模态响应的叠加：，是机体上评估点对应各阶模态的振型。2.2旋翼模型旋翼模型考虑桨叶的挥舞、摆振和扭转运动及其各种耦合，采用有限元法建立旋翼桨叶动力学模型，准确模拟桨毂与桨叶和操纵线系连接，及桨

6、叶质量、刚度分布等。旋翼桨毂坐标系用于描述安装在机体坐标处的旋翼的运动，其坐标原点在桨毂中心，它是机体上桨毂处的局部坐标，桨毂中心点同时是机体模型中的一点。桨叶以Ω的转速旋转，方位角ψk是第k片桨叶距桨毂坐标轴转角。桨叶模型中，将桨毂、桨叶、操纵线系及其连接简化成有限个梁单元、杆单元。根据传力路线和协调关系处理各结构单元间的位移关系。桨叶每个节点考虑6个自由度[u,v,w,φ,w’,v’]。桨叶与桨毂连接有各种边界条件，对于铰接旋翼，连接点的3个转角自由度相对于桨毂是自由的。采用HogesD.H.andDowellE.H的非线性中等变形弹

7、性梁，以变形量表示的非线性振动方程通过伽辽金有限元方法进行离散化处理，得到以节点运动量表示的桨叶振动方程。在求得桨叶振动固有模态特性后，通过模态变换，变换成桨叶模态方程，其中，{q}是桨叶节点坐标，是桨叶模态振型，是桨叶广义模态坐标。根据响应评估需要至少截取桨叶挥舞、摆振和扭转耦合频率的前6至7阶低阶模态，再与机体模态进行综合。孤立桨叶的模态方程可表示为：(2)式中，，和分别是桨叶模态质量、阻尼和刚度对角阵，包括气动力的贡献。下标k表示第k片桨叶，是作用于桨叶的气动载荷。2.3吸振器模型当量的线性双线摆吸振器模型如图1所示，XF，YF和Φ

8、zf是机体在桨毂处的运动，摆的臂长O-a是R，摆长a-b为r，它是双线摆臂端孔的直径D与销钉直径DP之差，mba是摆的质量，摆的运动用ζ表示，它是相对于旋转系统的。双线摆与机体运动耦合方程可表