用于使振动衰减的机构以及飞行器制造技术

本发明专利技术涉及振动阻尼机构，以及包括承载结构和设有这种机构的转子的飞行器。本发明专利技术提供一种使振动衰减的机构(90)，以防止承载结构(106)的振动模态与固定到所述承载结构(106)的转子(100)的振动模态耦合。该机构包括适于固定到所述转子(100)的支承件(3)和包括质量件(5)的至少一个谐振器(1)，该质量件(5)由所述支承件(3)通过用于将所述质量件(5)安装成在所述支承件(3)上运动的移动安装装置(6)承载，所述机构(90)包括用于使谐振器(1)衰减的阻尼装置(8)，该装置介于谐振器(1)与所述支承件(3)上的配合件(9)之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于飞行器的设备的领域，飞行器包括连接到诸如飞机螺旋桨的转子 或如直升机的旋翼飞机的转子的承载结构。更具体来说，本专利技术涉及用于使由承载结构的 振动模态与转子的振动模态之间耦合造成的空气弹性不稳定性引起的振动衰减的机构。本 专利技术提供这种机构和设有这种机构的飞行器。
技术介绍
飞机包括配装有连接到承载结构的转子的飞行器，例如配装有螺旋桨的飞机或配 装有用于提供升力且可能提供推进力的转子的旋翼飞机。转子通常包括固定到毂的转子轴，毂承载多个径向分布的叶片。此外，承载结构具有机身，有时称为“机舱”，其中布置有适于驱动转子转动的发动 机装置。此外，承载结构包括使转子能够固定到机身的转子安装结构。这种安装结构通常包括机械传动装置和用于将传动装置固定到机身的固定件。例 如，称为“吊架”的旋翼飞机安装结构包括用于传动动力的主齿轮箱和诸如吊杆之类用于将 所述主齿轮箱固定到机身的装置。然后承载结构的发动机装置通过安装结构的齿轮箱装置驱动转子。承载结构和转子各经受飞机的行进速度固有的强制激励。转子的动态激励，例如直升机的升力和转子推进力源自转子经受的空气动力荷 载，这些空气动力荷载沿固定轴线分解为在垂直于转子的转动轴线的转子毂的总平面作用 的共面力、沿转子转动轴线作用的轴向力、以及在垂直于转子转动轴线的平面作用的相切 于转子毂的转动运动的共面力矩。这种沿“固定”、即固定到承载结构的机身的轴线的振动 的频率等于乘积1Λ Ω，其中"Ω"表示指转子的转速，“h"表示叶片数量，且"Ii"表示 正整数。基频对应于数量“k”等于一。将这些激励从转子通过吊架传递到承载结构。类似地，承载结构经受强制激励。例如，直升机机身的尾翼吊杆直接被来自主升力 和转子推进力的紊流空气流激励。装配有转子的飞行器通常构造成减轻这种振动的后果。为此，无论是出于乘客舒适性还是出于需要避免经受这种振动疲劳的构件断裂的 观点，通常的实践是为转子或结构配装防振系统，有时称为谐振器，用于过滤最麻烦的频率 下的动力。然后将这些防振系统调节成转子转速的谐波之一。在这些情况下，例如文献FI^808256(法国尤洛考普特公司(Eurocopter))中提出 了其中质量件以摆动方式安装在转子头的毂上的摆动谐振器。这种摆动谐振器用于对抗由 沿轴线并在转子平面内作用的由转动的转子头引发的强制振动。通过由于转子转动的离心 力场提供对这种摆动谐振器过滤振动所需的刚度。该转动驱动绕铰链的摆动质量件，从而 它们以转子转速Ω倍数的频率进行谐振运动。这种摆动谐振器的结构使得它们易于整合 到转子头中。但是，这种摆动谐振器仅在一给定频率下有效。这种摆动谐振器布置成配装到位4于承载结构顶部处的转子头，该转子提供升力且也能够提供推进力，且它们不考虑承载结 构的特有特征，尤其是关于其质量件和其激励频率的特征。谐振器的效果是通过在给定调谐频率下形成反共振而使振动光滑。因此，谐振器 以位于反共振频率两侧上的两个相应频率产生两个新的谐振(或振动模态)。由这两个模 态定义的频率范围保持相对窄。但是，通过谐振器形成的这两个振动模态通常不麻烦，因为 两个谐振都不同于所要过滤的给定频率。文献US 5 934 4M提出在马达的帮助下使质量件移动，该马达根据来自测量传 感器的信息移动所述质量件。因此该文献揭示受控摆动的存在而不是简单的自适应系统。还已知振动阻尼机构用于使由承载结构的强制激励产生的振动衰减。例如，可参 照文献FR2784350 (法国尤洛考普特公司(Eurocopter))，其描述布置成置入承载结构尾部 内以过滤给定频率的阻尼谐振器。除了强制激励之外，其它振动现象也会引起主要问题。具体在飞行领域，问题在于减轻飞行器在飞行中经受的空气弹性不稳定引起的振 动现象。例如，这种空气弹性不稳定性可能源自承载结构和围绕其运动的空气流的振动模 态之间的耦合，承载结构具体是固定翼类型结构(飞机翼)或转动翼型结构(旋翼飞机的 转子叶片或飞机螺旋桨)。这些不稳定性对于本领域的技术人员来说称为术语“颤振”。其它空气弹性不稳定性对应于例如称为“旋转颤振”的不稳定性，表示配装有叶片 的转子的振动模态与支承转子的承载结构的振动模态之间的耦合。这些“颤振”或“旋转颤振”现象的特征在于限制周期振动或在于可致使机械部 件或结构件断裂的离散振动。因此，重要的是在设计飞机时考虑这些现象以确保关键速度 (前进速度、转子的转速)在飞行包络线的限制外。具体来说，由于旋转颤振，制造商确保转子模态不与承载结构模态耦合，由此确保 这些组件相互兼容。一般而言，这可通过适当设置各种组件的谐振频率和模态的相应阻尼 器来实现。但是，如果在研发飞机时出现这种现象，修改承载结构或转子的模态特征是很难 的经验。此外，制造商可能需要更改现有飞机来满足使用者的特定要求，且这可能对飞机面 临这种不稳定性时的性能造成影响。为了解决可能以上述方式产生的这些现象，制造商不能利用用于过滤强制激励但 不耦合的上述谐振器。在这些情况下，制造商通常决定例如通过使其刚度更高来更改承载 结构，其中这种更改不仅涉及经济成本，而且还影响重量，两者都是不可忽视的。此外，可能 很难对现有机器进行所述更改。因此，本专利技术寻求通过简单、廉价且可在现有机器上方便实施的装置防止承载结 构的振动模态与飞机转子的振动模态的耦合现象。该原理在于提供用于包含在不稳定耦合 中的振动模态的衰减。
技术实现思路
根据本专利技术，用于使振动衰减以防止承载结构的振动模态与固定到该结构的转子 的振动模态耦合的机构包括适于固定到转子的支承件和至少一个谐振器，该谐振器包括 质量件，该质量件通过用于将质量件安装成在支承件上运动的移动安装装置由支承件承载，该机构包括用于使谐振器衰减的阻尼装置，该阻尼装置介于谐振器与所述支承件上的 配合件之间。因此，该机构是无源(passive)的，包括无源移动安装装置和无源阻尼装置。可根 据所要处理的承载结构的谐振振动模态的谐振频率调节该机构。因此该机构是自适应的，且不需要安装用于使质量件运动的任何传感器和控制装置。回想起阻尼装置提供相对于所述本体的运动正交相位的力，由此具有限制其振动 振幅的作用。产生摩擦的装置具有完全不同的效果，其中摩擦以一定的力阈值防止一个本 体相对于另一本体移动。因此不认为摩擦与阻尼相同。因此一般而言本专利技术的方法在于在转子上不仅组合具有其所有自身部件的谐振 器，而且还组合与谐振器关联的阻尼装置。根据飞行器的承载结构的特有特性，具体是根据 其质量件和其激励频率设计阻尼装置。转子用作谐振器与用于置入阻尼装置的承载结构之 间的接口，且专用于谐振器的构件至少部分用于将阻尼装置安装在转子上，由此具有尽可 能减小机构的尺寸和质量的优点。整个机构尽可能靠近谐振源和/或空气弹性不稳定性源 放置，由此具有增加其性能的优点。谐振器和阻尼装置构成结构不同的构件，阻尼装置方便 地独立于先前置入的谐振器置于机器上。置入阻尼装置不会导致承载结构本身的改变，且 可能它们可根据要求可选地进行安装。该机构的效果是在宽频段上使振动衰减而不会形成反谐振振动，不像常规摆动谐 振器那样。提供的阻尼用于更改支承配装有该机构的转子的承载结构的振动模态，且因此防 止转子的振动模态与承载该转子的结构的振动模态之间形本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于使振动衰减的机构（９０），以防止承载结构（１０６）的振动模态与固定到所述承载结构（１０６）的转子（１００）的振动模态耦合，其特征在于，所述机构包括支承件（３）和至少一个谐振器（１），所述支承件（３）适于固定到所述转子（１００），所述至少一个谐振器（１）包括质量件（５），所述质量件（５）由所述支承件（３）通过用于将所述质量件（５）安装成在所述支承件（３）上运动的移动安装装置（６）承载，所述机构（９０）包括用于使所述谐振器（１）衰减的阻尼装置（８），所述阻尼装置（８）介于所述谐振器（１）与所述支承件（３）上的配合件（９）之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P·科兰嘎，T·曼夫雷多蒂，J·瑞，M·普拉，
申请(专利权)人：尤洛考普特公司，
类型：发明
国别省市：FR