第24届（2008）全国直升机年会论文编号轴承模型转子的设计，测试和分析杨振华郑华林常亮王浩文（南京航空航天大学直升机转子动力学国家重点实验室，南京） 210016）摘要：以不带轴承的EC135无转子系统为参考，完成了不带轴承模型的转子的设计，以便了解粘弹性阻尼器的动态特性，刚度和阻尼。确定了典型频率下的阻尼器，在识别出不同速度下的转子摆振固有频率的基础上，进行了隔离转子的稳定性测试和分析，解除了机身的刚性约束，并进行了空气动力学/旋翼/机身耦合系统的机械稳定性测试已完成关键字：无轴承移动矩形窗阻尼器1简介无轴承空气动力学旋翼/机身联接系统的机械稳定性一直是直升机工业中广泛关注的问题。转子/机身耦合系统稳定性的研究主要是为了避免传统的“地面共振”和“空气共振”。美国的道格拉斯和NASA共同进行了MDART（麦克唐纳·道格拉斯先进转子技术）非轴承转子稳定性测试[1]。西科斯于1992年在美国宇航局的艾姆斯风洞工作，完成了s-76全尺寸非-轴承转子稳定性测试，并获得了在各种飞行条件下的稳定性数据[2]。国内的胡和平平人进行了非轴承尾桨测试研究[3]，但没有轴承模型转子的设计和稳定性试验研究，在国内仍是空白。

根据模型转子系统的设计要求，本文分析了转子/机身耦合系统的气动/机械稳定性，并完成了必要的参数研究，并完成了无转子无转子转子的设计轴承。为了研究减振器的特性，首先进行了没有轴承转子运动部件的测试，主要是在不同的工作频率和振动振幅下，减振器的刚度和阻尼特性，然后进行了模型转子固有特性测试和隔离转子稳定性性能测试，最后完成转子/机身耦合系统的稳定性测试。 2不带轴承型号的旋翼的结构设计本文不带轴承的旋翼系统的设计基于不带轴承旋翼的EC135直升机。柔性梁由玻璃纤维增​​强塑料复合材料制成，可通过玻璃纤维和环氧树脂直接固化。柔性梁不仅承受叶片的离心力，而且可以控制转子的桨距。因此，可以在满足拉伸刚性的同时尽可能地降低其扭转刚性。 [K37]布置在支撑减震器的剪力限制装置的中间，因此，除了释放扭转自由度之外，它还在摆动方向上自由，这使得减震器在叶片摆动时连接到剪力限制装置向上。刚度对波动频率没有影响，从而降低了在波动方向上的结构刚度[4]。为了减轻负载，大多数无轴承的转子都设计为具有柔和的摆动，从而易于发生地面共振和空气共振。由于柔性梁的阻尼和沿振动方向的气动弹性阻尼非常小，因此必须添加额外的阻尼以确保转子的稳定性。

本文中的阻尼器为环形橡胶桩[5]，中间用钢板隔开，可以减少970低弯曲变形的影响，使变形主要为剪切变形，并有利于橡胶散热。损耗角正切与摆线剪切位移（1）公式[6]）有关，因此将其放置在扭力管的根部以提供更大的阻尼并确保转子的稳定性。其中K是摆线的摆线刚度阻尼器的σsK 2 tan 2I tan 2I tan 2（1） tan 2是橡胶阻尼器的损耗角正切I是摆振动基本模式的广义惯性吗？是阻尼器的剪切位移吗？ ？是摆振动。固有频率扭转结构采用围绕挠性梁的扭转管的形式，将挠性梁和叶片连接起来，形成多通道力传递系统，连接变桨杆，扭转刚度大，可以实现可变节距功能，同时支撑减震器和剪切限位装置共同实现减震器的功能扭力管采用45度层，厚度为1mm，可以尽可能地抗扭刚性，因此可变螺距输入可以完全传递到挠性梁和叶片的交点以进行可变螺距操作图1显示了不带轴承的转子的装配。可以看出，不带轴承的转子零件少，结构简单，易于组装。 Without1不带轴承转子3阻尼器刚度和阻尼识别测试阻尼器不带轴承转子关键部件的阻尼和刚度特性对模型转子的动态特性具有至关重要的影响。该测试是在疲劳机舱的拉伸机上进行的。给定拉伸机的运动幅度，转子的工作速度频率为16.7Hz，一阶自然频率10Hz和附近的摆振动频率被激发，力和位移作用的时间历程同时采集阻尼器上的阻尼器，对数据进行滤波[7]，并提取实际需要的频率分量，以获得相应的阻尼器刚度和阻尼在频率和振幅上的作用。

阻尼器的刚度和振动幅度之间的关系如图2所示。该图还显示了当振动幅度恒定时，阻尼器的刚度和频率之间的简单变化关系。可以看出，当工作频率恒定时，减振器的动态刚度随着振动幅度的增加而减小；当振动幅度恒定时，减振器的动态刚度随工作频率的增加而增加。阻尼器在9 Hz下测得的磁滞回线[8] 971显示在图4中，它反映了橡胶的无弹性。椭圆的面积代表阻尼器一周期消耗的能量。从图3可以看出，在一定频率下，阻尼器消耗的能量随振动幅度的增加而增加，这反映了阻尼器布置在剪切位移较大的位置的合理性。 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160 -180 -210 500 10 8500 8000 75000.40.60.81.01.21.41.69Hz 10Hz 11Hz振幅为0.5mm振幅为1.0mm振幅为1.5mm振幅为2.0mm动态刚度/ N / m ?? / N1.8 2.0 2.2-1012位移/毫米位移/毫米图2阻尼器刚度随振幅的变化趋势图3频率为9 Hz时的磁滞回线4使用转子的转子固有特性测试直升机旋翼关键实验室/机体与测试台相连以完成固有频率测试。

在两个对角叶片上，两个加速度传感器用于测量摆振。在转子和柔性梁的接头上安装了一个摆振传感器。在此，摆动和摆线变形幅度另一个振动传感器安装在阻尼器附近曼铂，阻尼器的剪切位移相对较大，因此收集到的信号相对较好。在不同转速下测试叶片摆动和摆振的固有频率时，应从300RPM开始，间隔为100RPM，然后继续测试至1000RPM。在每种速度下无轴承旋翼技术，根据理论计算选择激励频率以获得共振图，然后选择周围频率。扫过频率范围，进行集体激励，并使用比利时LMS310动态数据采集系统在叶片根部的扭曲管位置收集摆动和摆动方向的加速度信号。最后，对采集到的信号进行FFT变换，以去除叶片旋转频率的整数倍。峰值由剩余响应的最大峰值确定为叶片的固有频率。这样，可以获得转子的共振图，这可以为隔离转子的稳定励磁铺平道路。 5孤立转子稳定性测试的摆振阻尼识别采用集体固定频率激励方法，该频率点是该速度下叶片的固有频率，速度范围从300RPM开始，间隔为100RPM，并且测试持续进行到1000 RPM。经过一段时间的激励后，系统的运动达到稳定状态，然后停止激励，从而获得叶片拍动和摆振方向的衰减运动信号。移动矩形窗口方法[9]用于识别不同速度和不同速度的转子。角度下的阻尼值曼铂，然后是系统的稳定性特征。

匀场阻尼与迎角之间的关系与速度之间的关系如图4所示。从图中可以看出，在相同速度下，匀场阻尼随着迎角的增加而增加；当迎角确定时，摆线阻尼随着速度的增加而增加。这与减震器的动态特性直接相关。 9726旋翼/飞机机体耦合系统稳定性测试除了旋翼上的传感器外，车身上还增加了两个传感器。一种是测量身体的横向振动，另一种是测量身体的纵向振动。在解除机身的刚性约束的条件下，以300、500、700、900和1000RPM的速度执行总俯仰激励（20和60）），并且转子摆振振动衰减信号被获得，并且应用程序按上述方式移动。矩形窗口方法执行阻尼识别，并获得匀场后退阻尼，如图5所示。可以看出，在相同速度下，励磁幅度值越大，匀场越大-2.8-2.6 Shibow阻尼/ rad / sec阻尼；当激励振幅值保持不变时，随着速度的增加，摆线阻尼也相应增加。 -2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6 2 4 6 8 10 Shimmy阻尼/ rad / s 1000rpm阻尼变化趋势900rpm阻尼变化趋势800rpm阻尼变化趋势700rpm阻尼变化趋势600rpm阻尼变化趋势500rp m阻尼变化趋势400rpm阻尼变化趋势300rpm阻尼变化趋势-4.5-4.0-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.060总距离测试值20总距离测试值20总距离适合值60总距离适合值1214叶片迎角/度0.5 2610001100速度/ RPM图4摆振阻尼变化趋势总图图5转子摆振阻尼与速度之间的关系7结论1）阻尼器的刚度与工作频率直接相关。因此，在设计中首先要考虑阻尼器在摆振频率下的刚度，而不是静态刚度。

2）阻尼器的剪切运动提供一定程度的阻尼，这有利于转子的稳定性。3）在旋翼/机体耦合测试中，后退的阻尼衰减均为负，这意味着旋翼是稳定的。无4）转子轴承转子固有特性的实验结果表明，本研究采用的轴承少模型转子设计方法是可行和有效的。参考文献[1] Stephen A. Jacklin，Benton H. Lou，Klanh Q. Nguyen Roger L. Smith，Michael J. McNulty。关键词：McDonnell Douglas，五叶高级无轴承转子，满量程风洞，性能，稳定性，载荷，控制功率，振动，HHC数据NASA-TM-112094，199 4.[2] James M. Wang，James Duh，Jon-shen Fuh，Sesi kottapalli。关键词：SIKOrsky s -76无轴承主转子，稳定性NASA-TM-112345，199年5月21日3.[3]胡和平，吴明中，陈建，肖茵。 No 轴承尾桨配置对性能和负载的影响实验研究[J]。直升机技术，2006.[4]郑华。先进模型转子的设计分析与试验[D]：南京航空航天大学硕士学位论文：2007.[5]王艳秋。基础橡胶材料[M]。北京：化学工业出版社，2006.1。 973 [6]威廉·H。韦勒，“无铰链和无轴承旋翼的相对航空机械稳定性特征”，美国直升机学会第45届年会，马萨诸塞州波士顿，1989.[7]万永革。 Matlab实现数字信号处理，北京：科学出版社，2007.[8] Brahmananda Panda，Evhen Mychalowycz。关键词：Comanche无轴承主转子，气动弹性风洞，解析关联美国直升机学会第52届年度论坛，华盛顿特区，6月4日至61996.[9]航天工业部科学技术学院。直升机动力学手册[M]。北京：航空工业出版社，1991.无轴承模型主旋翼的设计，测试与分析杨振华郑华林长良王浩文（南京航空航天大学旋翼航空力学国家重点实验室，南京210016)摘要：以EC135为原型，设计了无轴承模型转子，为了清楚地理解粘弹性阻尼器的动力学特性，确定了典型频率下的阻尼器刚度和阻尼，确定了超前滞后固有频率。在不同的转速下，对孤立转子的稳定性进行测试，然后进行分析；消除机身的刚性约束后，对转子和机身系统的气动稳定性进行测试；该无轴承模型转子的设计和测试首先是在国内进行的；关键词：无磨损转子动块阻尼器974