一种直升机机载跟瞄系统被动隔振平台设计.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月应用力学学报 .收稿日期:修回日期:通信作者:徐耀玲教授:.引用格式:霍健徐耀玲.一种直升机机载跟瞄系统被动隔振平台设计.应用力学学报():.():.文章编号:()一种直升机机载跟瞄系统被动隔振平台设计霍健徐耀玲(燕山大学建筑工程与力学学院 秦皇岛)摘 要:隔振平台连接直升机机体与光电跟瞄吊舱对机载跟瞄系统的跟瞄精度至关重要 采用多个笼形隔振器并联设计了一种直升机机载跟瞄系统的被动隔振平台 由欧拉变换描述隔振平台的空间姿态基于 方法建立隔振平台的动力学模型获得了不同激振频率下隔振平台的振动传递率 利用 动力学仿真验证了隔振平台理论模型的正确性校核了大过载情况下隔振平台的冗
2、余保护能力 通过实际飞行测试检验了隔振平台的隔振效果关键词:直升机跟瞄系统被动隔振振动传递率中图分类号:文献标志码:./.():.:直升机是近地航空侦查、打击的主要装备凭借现代化的机载跟瞄系统可以对目标实施连续的跟踪观察并引导武器系统对目标进行精确打击 气流和直升机机体的振动会引起机载跟瞄系统的角振动和线振动对视轴稳定影响显著 美国空军实验室的一项研究中还表明机载电子设备故障数的是由振动和冲击引起的 因此跟瞄系统和机体之间的隔振措施对保证机载跟瞄系统的跟瞄精第 期霍健 等:一种直升机机载跟瞄系统被动隔振平台设计 投稿网站:/.微信公众号:应用力学学报度和设备的安全可靠至关重要机载跟瞄系统的隔振
3、方式分为主动隔振和被动隔振 主动隔振通过向隔振对象施加驱动(力、速度、加速度)抵消其相应运动可在较宽频段范围内快速抑制振动 主动隔振一般结构复杂系统的重量和体积相对较大并且造价较高 被动隔振结构简单、造价低一般在中、高频段有着良好的隔振效果通过优化隔振器的结构也能使其在低频段实现优异的隔振效果 学者们对不同类型隔振器的特点进行了研究蝶形弹簧隔振器具有单位承载能力强及非线性载荷变形特性作为冲击机械的隔振器有较高的性价比囊式空气弹簧隔振器可通过调节气体压强方便地改变隔振器的刚度但该隔振器对工作环境要求苛刻同时配气设施限制了使用场景筒形金属橡胶隔振器适用微幅隔振系统能够在超低温、腐蚀性介质、高真空的
4、恶劣环境有优秀的工作表现针对某察打一体直升机原有机载跟瞄系统隔振平台性能不佳的情况通过分析激振下隔振系统的空间运动状态设计一款结构可靠、隔振效果突出、能够 全 天 候 工 作 的 被 动 隔 振 平 台 采 用 方法建立隔振系统的动力学方程由四阶 法求解了系统的动力学响应并与 仿真结果进行了对比绘制了频率比在 之间的隔振平台的振动传递率曲线 通过实际飞行测试检验了隔振平台的隔振效果 机载隔振平台的结构和理论模型.直升机振动环境和被动隔振理论直升机外挂设备最主要的振源来自直升机旋翼 飞行过程中主旋翼和尾桨切割空气随着飞行速度的提升桨尖处的压缩气体出现气流分离现象气动激振力急剧增大桨叶在气流作用下
5、发生挥舞、摆振和扭转变形在桨毂处产生周期性交变力和交变力矩 机载外挂设备受到的激励可分解为 个自由度方向(个线运动和 个角运动)的独立激励其中角运动激励频段比线运动激励频段高 采用被动隔振技术的隔振平台一般要求在系统 个自由度方向上的激振频率最小值大于隔振平台最大固有频率的 倍或在系统主要激振方向上激振频率最小值大于固有频率的 倍次要激振方向上适量放宽.隔振平台结构设计隔振平台由动平台、静平台和两者之间的笼形隔振器组成如图()所示 根据尺寸和布线要求动、静平台选为内外半径分别为 和、厚度 为的圆环 所设计的笼形隔振器由空腔金属笼网、金属橡胶、安装法兰和连接销组成如 图 ()所 示 空 腔 金
6、属 笼 网 材 料 为用于抵抗变形并产生恢复力 金属橡胶由.丝径的高猛氮不锈钢()构成作为能量耗散元件金属丝的变形可存储能量金属丝间的摩擦也可产生热能并向周围空气散发 笼形隔振器重量为.其独特的结构使其在不同侧向上拥有基本相同的刚度和阻尼 笼形隔振器通过安装螺栓与动、静平台相连其对称安装布局方式可降低系统运动耦合的发生 本隔振平台采用 个笼形隔振器对称安装的布局方式图 隔振平台示意图.隔振平台坐标系动、静平台可视为刚体在静平台中心建立随基座运动的静坐标系 (图)用于描述动平台上任意一点位移在动平台中心建立随任务载荷运动的动坐标系 在三维空间中动坐标系中各点的位姿向静坐标系中转换通过旋转矩阵来实
7、现采用 定向旋转方向模式以 、表示动平台绕任意点的有效转动角度 动平台旋转后从动坐标系 到静坐标系 的旋转矩阵为 应用 力 学 学 报第 卷投稿网站:/.微信公众号:应用力学学报 ()图 隔振平台坐标系.动平台角速度 为 ().隔振平台动力学方程采用基于能量概念的拉格朗日方法在系统静平衡位置建立以广义坐标 表示的无阻尼振动系统拉格朗日方程即()()()()()其中:为系统总动能 为系统总势能由于笼形隔振器质量相对于隔振系统总质量非常小在微幅振动下可不计其能量 总动能 可表示为()()其中:为系统质量 为平台线速度向量 为平台旋转角速度向量转动惯量矩阵为 ()其中 ()、和 为任务载荷的转动惯量
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