桨毂双线摆式动力吸振器减振性能探究试验

熊 波，陈卫星，刘 光，余 莹，程起有

（中国直升机设计研究所，江西 景德镇333000）

直升机是一种特殊的飞行器，能实现无跑道垂直起降，最显著的特征是具有旋翼。同时旋翼也是直升机振动的主要来源，是困扰直升机发展的重要因素[1]。直升机振动不仅会影响驾驶舒适性，还对直升机速度和机动性有所限制，是直升机发展急需解决的难题。

桨毂双线摆式动力吸振器是一种减振效率较高的被动式吸振器[2]，可以直接对振源进行吸振，且固有频率与旋翼转速成正比，可以随转速进行调谐，因此在不同旋翼转速下减振都有效[3]；在结构上，桨毂双线摆式动力吸振器设计改动量小，不需要修改机体结构，只需要改动桨毂部分零件，是直升机减振的有效途径[4]。

本文研究的桨毂双线摆式动力吸振器则是旋翼动力吸振器的一种。在国外，桨毂双线摆式吸振器已在多种机型上使用，并取得显著的减振效果，尤其是在第四代直升机的应用上；在国内，关于桨毂双线摆式吸振器的论文大多数为理论研究，试验探究相对较少。因此，进行桨毂双线摆式动力吸振器减振性能探究试验对直升机发展意义重大，同时也为理论仿真提供宝贵的数据参考。零件3部分组成，中央支座用螺栓和旋翼主轴相连，跟随旋翼主轴一起转动，其上有2个直径相同的圆孔，大小和配重块上的2个孔相同，配重块通过连接零件与中央支座相连。结构示意图如图1所示。

图1 双线摆式吸振器的结构示意图

1 桨毂双线摆式动力吸振器

1.1 基本构造

双线摆式吸振器主要由中央支座、配重块和连接

1.2 主要结构参数

为了同时降低平面内纵、横向激振力，采用的单组吸振器的多片桨叶旋翼至少要同时布置3支臂及以上。本试验5支臂双线摆采用的是共振调谐和外摆线轨迹，能有效避免双线摆的频率随其摆角变化，在保证减振效果的同时保证稳定性。双线摆具体参数如表1所示。

2 试验与分析

2.1 试验目的

荷，通过数据采集系统测量振动水平；在试验台上探究桨毂双线摆式动力吸振器对试验台的减振性能。

本试验主要研究的是不同旋翼载荷下桨毂双线摆吸振器对桨毂振动的减振效果；使用桨毂载荷加载模拟器模拟加载直升机正常飞行时桨毂所受到的旋翼载

2.2 试验设备与状态

本试验主要由数据采集、动力拖动、MTS控制和桨毂载荷模拟加载等系统搭建而成，其中试验振动数据是由三轴振动传感器测得，传感器布置方向与桨毂载荷模拟加载方向一致，试验台转速由光电传感器反馈获得。双线摆试验系统如图2所示。

为了获得不同桨毂载荷下试验台的振动水平，探究桨毂双线摆式动力吸振器对试验台的减振效果，在试验台旋转状态下（258 r/min）分别进行了有无桨毂双线摆式动力吸振器减振性能试验。每个试验状态分别进行Fx和Fy单方向加载和2个方向协调加载3种情况，其中Fx方向加载的载荷分别为旋翼桨毂载荷的33.3%、49.9%、58.9%和66.7%；Fy方向加载载荷比Fx多了88.3%和100%两个状态；协调加载时Fx和Fy两个方向载荷相同，分别为旋翼桨毂载荷的33.3%、49.9%、58.9%、66.7%和88.3%。试验台振动坐标系如图3所示。

图3 试验台振动测试坐标系

2.3 结果与分析

2.3.1 空轴旋转试验状态振动

图4～图6给出了试验台无双线摆空轴旋转状态下，桨毂载荷模拟加载对试验台轴承座的振动水平的影响。从图中可以看出，对试验台施加单向载荷后，载荷加载方向的振动水平变化明显，且随着加载载荷的增加而增加，而非加载方向振动在0.1 g附近。当对试验台协调加载后，试验台Fx和Fy方向的振动都开始增大，且载荷和振动大小呈现正相关趋势。

图4 试验台Fx方向加载与轴承座振动关系

图6 试验台Fx、Fy方向相协调加载与轴承座振动关系

2.3.2 双线摆试验状态振动

图7～图9给出了试验台装双线摆后旋转状态，桨毂载荷模拟加载对试验台轴承座振动水平的影响。从图中可以看出，在试验台单方向施加桨毂模拟载荷后，试验台载荷加载方向和非加载方向的振动水平都变化明显，且随着加载载荷的增加而增加。当对试验台同时施加Fx和Fy方向的载荷时，试验台Fx方向的振动水平比单方向加载小，Fy方向振动水平则比单方向大，振动变化都呈现增大趋势。

图7 试验台Fx方向加载与轴承座振动关系

图9 试验台Fx、Fy方向相协调加载与轴承座振动关系

2.3.3 试验振动分析

图10～图13是试验台有无双线摆旋转状态下，桨毂载荷模拟加载对试验台轴承座的振动水平对比图。从图中可以看出，在试验台单向加载情况下，装双线摆比空轴状态试验台振动在加载方向上的振动总体呈减小趋势，吸振效果最大可达35%；当对试验台施加Fx和Fy方向协调加载载荷时，与试验台无双线摆相比，有双线摆时的振动水平显著减小，吸振效率最大可达61%。

图5 试验台Fy方向加载与轴承座振动关系

图10 试验台Fx方向相加载与轴承座X向振动关系

图13 试验台Fx、Fy方向相协调加载与轴承座Y向振动关系

图8 试验台Fy方向加载与轴承座振动关系

图11 试验台Fy方向相加载与轴承座Y向振动关系

图12 试验台Fx、Fy方向相协调加载与轴承座X向振动关系

3 结论

本文通过搭建双线摆试验系统，对比空轴旋转和装双线摆试验状态下的振动水平，探究了桨毂双线摆式动力吸振器对试验台的减振性能，主要结论如下：①桨毂载荷模拟加载对试验振动水平影响显著，且振动水平随着载荷增大而增大。②无双线摆加载时，只有加载方向的振动水平随载荷增大而增大；装双线摆加载时，非加载方向的振动水平也会随之发生改变。③桨毂双线摆式动力吸振器对试验台轴承座减振效果明显，单向加载情况下，吸振效果最大可达35%；协调加载时，吸振效率最大可达61%。