用于直升机舱内降噪的新型径向周期撑杆研究

利用周期结构的宽频阻带特性,结合橡胶材料的剪切性能,提出了一种新型径向主减速器周期撑杆构型,抑制主减速器中高频振动向机体的传递,进而实现直升机舱内降噪。基于该构型,利用轴对称单元、胡克定律和虚位移原理推导得到了其径向子单元的等效刚度和质量,并进一步推导得到了整个撑杆的动力学和静力学分析模型;在此基础上,通过参数分析研究,获得了径向周期撑杆主要设计参数对阻带特性和刚度特性的影响规律,以此为依据设计得到了一种满足某型机使用需求的样例径向周期撑杆;进一步从刚度强度、减振和降噪三方面进行仿真分析,验证了该技术方案具有在直升机上应用的可行性和有效性,在500~4 000 Hz频率范围内宽频降噪效果明显,最大可达40 dB。

用于直升机舱内降噪的智能周期撑杆研究

直升机主减速器内的齿轮啮合引起的中高频振动是直升机舱内噪声的主要来源之一,通过设计具有隔振性能的减速器撑杆可以有效抑制传递到机体的振动,进而减小齿轮啮合诱发的舱内噪声。基于压电叠堆/橡胶周期结构,提出了一种适用于直升机舱内降噪的主动/被动混合振动控制的智能周期撑杆,在满足强度与刚度要求的同时,具有优良的多频与宽频减振能力。压电叠堆与橡胶材料周期排列组成周期结构,其在特定频率范围内具有“机械滤波”特性;同时,通过调节驱动压电叠堆的电压与电流,改变压电叠堆的动刚度,可实现主动减振的功能。为了对智能周期撑杆的主动/被动混合振动控制性能进行分析,建立了基于传递矩阵形式的智能周期撑杆的机电耦合动力学模型,并使用多物理场仿真软件验证了模型的正确性。进一步基于该模型分析了在驱动电压与电流有限的条件下的智能周期撑杆的最优隔振性能:在智能周期撑杆一端固支、一端受到10N的激振力时,最大驱动电压为20V、最大驱动电流为1A的电学边界限制下,该智能周期撑杆具有将692Hz以上的振动完全衰减的能力,对692Hz以下的振动有一定程度的控制效果。此外,还研究了材料参数与力学边界条件对主动控制的影响,即橡胶材料的阻尼、激振力对进行主动控制时需要的驱动电压与电流的影响。使用有限元模型校核了智能周期撑杆的强度与刚度,验证了所提出的智能周期撑杆方案的工程可行性。使用压电叠堆作动器与聚酯乙烯杆件组成一个三周期的压电叠堆周期撑杆作为智能周期撑杆的简化模型,验证了主动/被动混合振动控制性能,分析了力学边界条件对隔振性能的影响,以及进行主动控制时的驱动电压和电流与最优驱动电压和电流的关系。

用于直升机舱内降噪的主减周期撑杆研究

主减速器齿轮啮合产生的中高频谐波振动是直升机舱内噪声的主要来源之一,通过抑制该振动向机体的传递可达到舱内降噪的目的。基于金属/橡胶周期结构,提出了一种适用于直升机舱内降噪的串/并联复合型主减周期撑杆,不仅具有宽频减振特性,而且能够满足直升机对撑杆的强度和刚度要求。为指导这种周期撑杆的设计,首先采用谱单元法建立了复合型主减周期撑杆的动力学模型,进一步建立了该周期撑杆的刚度和强度分析模型;在此基础上,分析得到了该周期结构的主要设计参数对减振特性、刚度及强度的影响规律;最后,以某轻型直升机为背景机设计了复合型主减周期撑杆,对其减振特性、刚度及强度特性进行了仿真研究,结果表明：所提出的设计方案可满足该直升机对主减撑杆的刚度和强度要求,且撑杆两端位移传递率在500~2 000Hz频率范围内的最大振动衰减超过60dB,验证了本文所提出复合型周期撑杆方案的可行性。