基于磁流变阻尼器的直升机旋翼-主减速箱系统的半主动隔振问题研究

Helicopter's rotor- main gear box system is the principle vibration source that causes vibration level out of limits in the cabin during flying.The high vibration and noise level will not only leads to fuselage structural damages and unpleasant for passengers and crew and decrease the effectiveness of onboard equipments. But also, it may even causes critical safety accident. According to the vibration charateristics of rotor-main gearbox, this project will use a special strut combining a novel magneto-rheological (MR) damper as semi-active vibration isolation actuator to suppress vibration transmitted to the fuselage.A new strut with stop band and a new MR damper with small displacement and big damping force output are proposed and designed respectively. Based on wave propagation theory and test methods, the dynamics models of strut and MR damper are established respectively.Their dynamic performance is analyzed and the structure parameters are optimized. Considering the characteristics of paralleled multi-struts and the MR damper's inherent strong nonlinearity, a suitable semi-active vibration control method will be proposed. And controller design, simulation and experimental validation will be accomplished.Research achievements will supply theoretical and technological support for solving the helicoter's noise and vibration problems,raising its military ability and service level.

直升机旋翼-主减速箱系统是造成机体振动水平超标的主要振源。过高的振动和噪声水平会导致机体结构损伤、影响机载仪器设备的工作性能、降低乘坐舒适性等，严重时甚至会造成重大安全事故。本项目根据旋翼-主减速箱系统的振动特点，采用磁流变阻尼器与特殊构型支撑杆相结合的方法，对主减速箱的半主动隔振问题进行研究。提出具有禁带特性的支撑杆结构方案及具有小位移大出力特性的新型磁流变阻尼器，并进行参数设计；基于波动理论及实验方法分别建立支撑杆与磁流变阻尼器的动力学模型，在对其复杂动力学特性进行分析的基础上完成结构参数的优化；针对旋翼-主减速箱系统多支撑杆并联及磁流变阻尼器本身固有的强非线性动力学特性等特点，提出合理的半主动控制策略，完成控制器的设计及仿真，并结合系统的实验研究验证模型及控制方法的有效性。项目研究成果为解决我国直升机的振动噪声问题、提升直升机装备的战斗力及服务水平提供理论支撑及技术保障。

直升机在飞行时，旋翼产生的气动不平衡力通过主减速器安装装置传递到机身上，使直升机机体处于非常恶劣的动力学环境中。强烈的振动不仅会对驾驶员产生伤害，还会对机载设备造成损害，引起结构疲劳破坏，降低机体寿命。为此，本项目基于磁流变阻尼器半主动控制技术和直升机旋翼主减速器支撑杆的动力学行为研究了直升机地面共振半主动控制和直升机旋翼主减速器支撑杆的隔振特性。首先研制了两种高性能磁流变阻尼器，通过建立其精确的数学模型研究了磁流变阻尼器的动态特性。建立了直升机地面共振数学模型，根据经典的地面共振模型给出了直升机地面共振线性系统稳定性计算方法，计算了直升机地面共振稳定区域。设计了具有高鲁棒性和强适应性的基于磁流变阻尼器的直升机地面共振模糊控制策略，仿真结果表明本研究提出的磁流变阻尼器在减振中的性能优于常规磁流变阻尼器。其次分析了直升机主减速器支撑杆的振动特性。在此基础上分别设计和研究了两种直升机旋翼主减速器支撑杆减振方式：敷设约束阻尼直升机旋翼主减速器支撑杆和周期减振直升机旋翼主减速器支撑杆。通过理论和实验分析了两种旋翼主减速器支撑杆的隔振特性。本项目通过理论和实验分析，对磁流变阻尼器进行结构改进、直升机振动控制动力学模型及控制策略进行验证和改进以及旋翼主减速器支撑杆的隔振特性进行研究，为解决我国直升机的振动问题、提升直升机装备的战斗力及服务水平提供理论支撑及技术保障。