CN112729734A - 一种测量串联式隔振器传递特性的方法 - Google Patents

一种测量串联式隔振器传递特性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种串联式隔振***传递特性测试方法，用于测试的试验装置包括激振***、测试及监控***、隔振***及被隔振***，通过隔振***及被隔振***模拟不同直升机类型和不同飞行总重下的隔振器工作状态。通过定频激励下的加速度与力的测量，可以进一步计算得到串联式隔振器在该工作频率下的力与位移传递率，通过扫频测量可以获得串联式隔振器传递率随激振频率的变化规律，进而验证测试频率范围内串联式隔振器的有效性。该方法能适应隔振器不同的工作状态，为串联式隔振器性能和特性研究提供了试验研究方法，为验证串联式隔振器的可行性和动力学特性提供支持，同时对串联式隔振器装直升机减振设计有重大意义。

Description

一种测量串联式隔振器传递特性的方法
技术领域
本发明属于振动控制技术领域，具体涉及一种测量串联式隔振器传递特性的方法。
背景技术
隔振设计的基础是研究物体之间振动的传递问题。直升机的振动主要来源于旋翼的周期激励，承受振动的结构是机体，主减机构在连接旋翼与机体两部分的同时，不但起到了静载的传递，同时振动也随之传递到机体上。串联式隔振器通过串联于主减撑杆来实现减少旋翼传递到机体上的激振力,如液弹隔振器。
为了验证串联式隔振器的隔振性能，需要测试隔振器相关的动力学特性。传统的思路是通过动刚度测试法来进行，动刚度法主要通过将隔振器一端固定，对另一端施加一个交变的动态力，通过测得的激振力和位移的时域响应，得到隔振器的动刚度特性；虽然这种方法实施起来相对简单，但由于隔振器刚度较高和对激振频率的特殊要求，对试验设备输出激振力及测量精度提出较高的要求，不利于试验的迅速开展，同时，此方法不能直接测量串联式隔振***的传递特性，只能间接反应串联式隔振***的传递特征。
本方案中的测试方法直接模拟隔振器的实际工作状态，分别用一定的配重质量模拟隔振器两端的振源和机体，利用传感器分别测量隔振器两端的响应，从而能更有效的得到隔振器的传递特性。
发明内容
本发明的目的：为了测试串联于主减撑杆的串联式隔振器使用状态下的传递特性，同时获得隔振器隔振效率，提出一种适用于串联式隔振器传递率测试的试验方法，本测试方法能直接验证隔振***的有效性，同时可以很容易的得到串联式隔振器的隔振效率，可模拟串联式隔振器不同的工作场景，方法简单有效，同时受试验设备尺寸、重量的限制较小。
本发明的技术方案：
为了实现上述发明目的，提供一种串联式隔振***传递特性测试方法，用于测试的试验装置100包括：
激振***，所述激振***包括压力传感器107、激振平台108，用于给试验装置提供外激励，和模拟激励端的重量匹配；
测试及监控***，所述测试及监控***包括加速度传感器a109、加速度传感器b110、终端***111、采集***112，用于测量激励端和被隔振物体的动态响应，并提供***安全监控数据；
隔振及被隔振***，所述隔振及被隔振***包括第一附加质量101、支架顶板102、支架底板106、固定支架104、第二附加质量105；用于模拟被隔振物体的质量，并连接待测串联式隔振器103；
所述压力传感器107安装于所述激振平台108上端面；所述支架底板106下部与所述压力传感器107相连；所述固定支架104上端与所述支架顶板102相连，下端与所述支架底板106相连，所述第一附加质量101安装于所述支架顶板102上方，待测串联式隔振器103悬挂于所述支架顶板102下方，所述第二附加质量105连接于待测串联式隔振器103下部；所述加速度传感器a109安装于所述支架顶板102下端面，所述加速度传感器b110安装于所述第二附加质量105上端面，所述压力传感器107、加速度传感器a109、加速度传感器b110分别与采集***112电相连，所述终端***111与所述采集***112电相连；
所述测试方法具体包括如下步骤：
S1：将待测串联式隔振器103安装在试验装置100上，待测串联式隔振器103垂直于激振平台108，且与固定支架104侧边无接触，使隔振器能在试验装置100内作垂向运动来进行隔振；
S2：进行试验加载，使激振平台(108)上的试验部分在所加载荷下作垂向简谐运动，并通过采集***(112)实时采集记录终端***(111)操纵激振平台(108)的位移输出，以及通过加速度传感器a(109)、加速度传感器b(110)分别获得的待测串联式隔振器(103)上下两端的第一附加质量(101)加速度响应幅值aa、第二附加质量(105)加速度响应幅值ab，同时记录通过压力传感器(107)获得的激振平台(108)的输出力；
通过终端***(111)操纵激振平台(108)，由激振平台(108)输出垂向稳态正弦周期位移振动；
利用终端***(111)，在待测串联式隔振器(103)隔振频率范围内，进行正弦扫描激励；
S3：通过采集***112实时采集记录终端***111操纵激振平台108的位移输出，以及通过加速度传感器a109、加速度传感器b110分别获得的待测串联式隔振器103上下两端的第一附加质量101加速度响应幅值aa、第二附加质量105加速度响应幅值ab，同时记录通过压力传感器107获得的激振平台108的输出力，记为F0；
S4：计算串联式隔振器103在不同频率下的载荷传递率和位移传递率，通过计算将实验测得力与加速度信号转化为串联式隔振器103在某一激振频率下的载荷传递率和位移传递率,从而获得隔振器的性能参数；
所述载荷传递率和位移传递率的具体计算过程如下：
通过压力传感器107得到不同频率下激振平台108的输出力，记为F0，通过加速度传感器b110获得第二附加质量105的加速度响应幅值ab，根据牛顿定律可以得到传递到第二附加质量105上的载荷，该载荷的幅值记为FT，根据以下公式式一可计算得串联式隔振器103工作状态下某一频率值下的载荷传递率Tfx为：
Tfx＝FT/F0 式一
其中，FT＝m2×ab,m2为第二附加质量105的质量；
根据加速度传感器a109获得第一附加质量101加速度响应幅值aa，以及加速度传感器b110获得第二附加质量105的加速度响应幅值ab，采用以下公式式二分别计算特定频率下的位移响应幅值：
Sa＝∫∫aad2t| Sb＝∫∫abd2t 式二
其中，aa为第一附加质量101加速度响应幅值,t为试验时长，∫∫d2t为对时间的二重积分，Sa为第一附加质量101的位移响应幅值，ab为第二附加质量105的加速度响应幅值，Sb为第二附加质量105的位移响应幅值；
根据下式三，由所述第二附加质量105的位移响应幅值Sb与第一附加质量101的位移响应幅值Sa的比值得到串联式隔振器103位移传递率：
Tsx＝Sb/Sa 式三
S5：通过改变激振平台108的输出频率，可以得到不同频率下的待测串联式隔振器103载荷传递率和位移传递率，分别绘制出相应的串联式隔振器103载荷传递率和位移传递率随激振频率变化的特征曲线,作为判断串联式隔振器在激振频率范围内有效性的重要依据。
在一个可能的实施例中，所述步骤S1中，所述固定支架104与第一附加质量101的总质量为直升机旋翼***总质量的1/N，第二附加质量105总质量为直升机机身质量的1/N，N为直升机主减***包含的撑杆数量。
在一个可能的实施例中，在所述步骤S1中，串联式隔振器103在第二附加质量105的作用下，串联式隔振器103的静拉伸位移范围为1-2mm。
在一个可能的实施例中，在所述步骤S1中，串联式隔振器103紧密连试验装置100,静置时长不少于3min,且不得超过12H,串联式隔振器103能在安装空间内作垂向运动而不发生侧向位移。
在一个可能的实施例中，在所述步骤S2中，所述垂向稳态正弦周期位移幅值范围为0.1-0.5mm，振动时长不少于20s。
在一个可能的实施例中，在所述步骤S2中，所述第二附加质量(105)的横向位移加速度应小于0.01g。
在一个可能的实施例中，在所述步骤S2中，所述加速度传感器a109、加速度传感器b110总重量应小于第二附加质量105的0.5％,在试验全过程中温度变化小于±3摄氏度,且不存在强电磁干扰。
在一个可能的实施例中，在所述步骤S4中，激振平台108的输出频率变化步长应在0.1-1Hz范围内。
本发明的有益效果：
本发明提供一种串联式隔振***传递特性测试方法，包含激振***、测试及监控***、隔振***及被隔振***，通过改变第一附加质量和第二附加质量的重量，可以模拟不同直升机类型和不同飞行总重下的隔振器工作状态。通过定频激励下的加速度与力的测量，可以得到串联式隔振器在该工作频率下的力与位移传递率，通过扫频测量可以获得串联式隔振器传递率随激振频率的变化规律，进而证测试频率范围内串联式隔振器的有效性。该方法能适应隔振器不同的工作状态，为串联式隔振器性能和特性研究提供了试验研究方法，为验证串联式隔振器的可行性和动力学特性提供支持，同时对串联式隔振器装直升机减振设计有重大意义。
附图说明
图1为本发明方法流程图
图2为本发明试验装置100结构示意图
其中：
100-试验装置，101-第一附加质量，102-支架顶板，106-支架底板，104-固定支架，105-第二附加质量，107-压力传感器，108-激振平台，109-加速度传感器a，110-加速度传感器b，111-终端***，112-采集***，103-待测串联式隔振器
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种串联式隔振***传递特性测试方法，用于测试的试验装置100如图2所示，包括：
激振***，所述激振***包括压力传感器107、激振平台108，用于给试验装置提供外激励，和模拟激励端的重量匹配；
测试及监控***，所述测试及监控***包括加速度传感器a109、加速度传感器b110、终端***111、采集***112，用于测量激励端和被隔振物体的动态响应，并提供***安全监控数据；
隔振及被隔振***，所述隔振及被隔振***包括第一附加质量101、支架顶板102、支架底板106、固定支架104、第二附加质量105；用于模拟被隔振物体的质量，并连接待测串联式隔振器103；
所述压力传感器107安装于所述激振平台108上端面；所述支架底板106下部与所述压力传感器107相连；所述固定支架104上端与所述支架顶板102相连，下端与所述支架底板106相连，所述第一附加质量101安装于所述支架顶板102上方，待测串联式隔振器103悬挂于所述支架顶板102下方，所述第二附加质量105连接于待测串联式隔振器103下部；所述加速度传感器a109安装于所述支架顶板102下端面，所述加速度传感器b110安装于所述第二附加质量105上端面，所述压力传感器107、加速度传感器a109、加速度传感器b110分别与采集***112电相连，所述终端***111与所述采集***112电相连；
如图1所示，所述测试方法具体包括如下步骤：
S1：将待测串联式隔振器103安装在试验装置100上；
S2：进行试验加载；
通过终端***111操纵激振平台108，由激振平台108输出垂向稳态正弦周期位移振动；
利用终端***111，在待测串联式隔振器103隔振频率范围内，进行正弦扫描激励；
通过采集***112实时采集记录终端***111操纵激振平台108的位移输出，以及通过加速度传感器a109、加速度传感器b110分别获得的待测串联式隔振器103上下两端的第一附加质量101加速度响应aa、第二附加质量105加速度响应ab，同时记录通过压力传感器107获得的激振平台108的输出力；
S3：计算串联式隔振器103在不同频率下的载荷传递率和位移传递率；
通过压力传感器107得到不同频率下激振平台108的输出力，记为F0，通过加速度传感器b110获得第二附加质量105的加速度响应幅值ab，根据牛顿定律可以得到传递到第二附加质量105上的载荷，该载荷的幅值记为FT，因此根据以下公式式一可计算得串联式隔振器103工作状态下某一频率值下的载荷传递率Tfx为：
Tfx＝FT/F0 式一
其中，FT＝m2×ab,m2为第二附加质量105的质量；
根据加速度传感器a109获得第一附加质量101加速度响应幅值aa，以及加速度传感器b110获得第二附加质量105的加速度响应幅值ab，采用以下公式式二分别计算特定频率下的位移响应幅值：
Sa＝∫∫aad2t| Sb＝∫∫abd2t 式二
其中，aa为第一附加质量101加速度响应幅值,t为试验时长，∫∫d2t为对时间的二重积分，Sa为第一附加质量101的位移响应幅值，ab为第二附加质量105的加速度响应幅值，Sb为第二附加质量105的位移响应幅值；
第二附加质量105的位移响应幅值Sb与第一附加质量101的位移响应幅值Sa的比值即为串联式隔振器103位移传递率：
Tsx＝Sb/Sa 式三
S4：通过改变激振平台108的输出频率，可以得到不同频率下的待测串联式隔振器103载荷传递率和位移传递率，分别绘制出相应的串联式隔振器103载荷传递率和位移传递率随激振频率变化的特征曲线；
所述步骤S1中，固定支架104与第一附加质量101的总质量为直升机旋翼***总质量的1/N，第二附加质量105总质量为直升机机身质量的1/N，N为直升机主减***包含的撑杆数量；
在所述步骤S1中，串联式隔振器103在第二附加质量105的作用下，串联式隔振器103的静拉伸位移范围为1-2mm；
在所述步骤S1中，串联式隔振器103紧密连试验装置100,静置时长不少于3min,且不得超过12H,串联式隔振器103能在安装空间内作垂向运动而不发生侧向位移；
在所述步骤S2中，所述垂向稳态正弦周期位移幅值范围为0.1-0.5mm，振动时长不少于20s；
在所述步骤S2中，所述第二附加质量(105)的横向位移加速度应小于0.01g；
在所述步骤S2中，所述加速度传感器a109、加速度传感器b110总重量应小于第二附加质量(105)的0.5％,在试验全过程中温度变化小于±3摄氏度,且不存在强电磁干扰；
在所述步骤S4中，激振平台108的输出频率变化步长应在0.1-1Hz范围内。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种串联式隔振***传递特性测试方法，用于测试的试验装置(100)包括：
激振***，所述激振***包括压力传感器(107)、激振平台(108)，用于给试验装置提供外激励，和模拟激励端的重量匹配；
测试及监控***，所述测试及监控***包括加速度传感器a(109)、加速度传感器b(110)、终端***(111)、采集***(112)，用于测量激励端和被隔振物体的动态响应，并提供***安全监控数据；
隔振及被隔振***，所述隔振及被隔振***包括第一附加质量(101)、支架顶板(102)、支架底板(106)、固定支架(104)、第二附加质量(105)；用于模拟被隔振物体的质量，并连接待测串联式隔振器(103)；
所述测试方法具体包括如下步骤：
S1：将待测串联式隔振器(103)安装在试验装置(100)上，待测串联式隔振器(103)垂直于激振平台(108)，且与固定支架(104)侧边无接触，使隔振器能在试验装置(100)内作垂向运动来进行隔振；
S2：进行试验加载，使激振平台(108)上的试验部分在所加载荷下作垂向简谐运动，并通过采集***(112)实时采集记录终端***(111)操纵激振平台(108)的位移输出，以及通过加速度传感器a(109)、加速度传感器b(110)分别获得的待测串联式隔振器(103)上下两端的第一附加质量(101)加速度响应幅值aa、第二附加质量(105)加速度响应幅值ab，同时记录通过压力传感器(107)获得的激振平台(108)的输出力；
通过终端***(111)操纵激振平台(108)，由激振平台(108)输出垂向稳态正弦周期位移振动；
利用终端***(111)，在待测串联式隔振器(103)隔振频率范围内，进行正弦扫描激励；
S3：计算串联式隔振器(103)在不同频率下的载荷传递率和位移传递率，通过计算将实验测得力与加速度信号转化为串联式隔振器(103)在某一激振频率下的载荷传递率和位移传递率,从而获得隔振器的性能参数；
所述载荷传递率和位移传递率的具体计算过程如下：
通过压力传感器107得到不同频率下激振平台108的输出力，记为F0，通过加速度传感器b110获得第二附加质量105的加速度响应幅值ab，根据牛顿定律可以得到传递到第二附加质量105上的载荷，该载荷的幅值记为FT，根据以下公式式一可计算得串联式隔振器103工作状态下某一频率值下的载荷传递率Tfx为：
Tfx＝FT/F0 式一
其中，FT＝m2×ab,m2为第二附加质量105的质量；
根据加速度传感器a109获得第一附加质量101加速度响应幅值aa，以及加速度传感器b110获得第二附加质量105的加速度响应幅值ab，采用以下公式式二分别计算特定频率下的位移响应幅值：
Sa＝|∫∫aad2t| Sb＝|∫∫abd2t| 式二
其中，aa为第一附加质量101加速度响应幅值,t为试验时长，∫∫d2t为对时间的二重积分，Sa为第一附加质量101的位移响应幅值，ab为第二附加质量105的加速度响应幅值，Sb为第二附加质量105的位移响应幅值；
根据下式三，由所述第二附加质量105的位移响应幅值Sb与第一附加质量101的位移响应幅值Sa的比值得到串联式隔振器103位移传递率：
Tsx＝Sb/Sa 式三
S4：通过改变激振平台(108)的输出频率，可以得到不同频率下的待测串联式隔振器(103)载荷传递率和位移传递率，分别绘制出相应的串联式隔振器(103)载荷传递率和位移传递率随激振频率变化的特征曲线,作为串联式隔振器定在激振频率范围内有效性的重要依据。
2.根据权利要求1所述的一种串联式隔振***传递特性测试方法，其特征在于，所述压力传感器(107)安装于所述激振平台(108)上端面；所述支架底板(106)下部与所述压力传感器(107)相连；所述固定支架(104)上端与所述支架顶板(102)相连，下端与所述支架底板(106)相连，所述第一附加质量(101)安装于所述支架顶板(102)上方，待测串联式隔振器(103)悬挂于所述支架顶板(102)下方，所述第二附加质量(105)连接于待测串联式隔振器(103)下部；所述加速度传感器a(109)安装于所述支架顶板(102)下端面，所述加速度传感器b(110)安装于所述第二附加质量(105)上端面，所述压力传感器(107)、加速度传感器a(109)、加速度传感器b(110)分别与采集***(112)电相连，所述终端***(111)与所述采集***(112)电相连。
3.根据权利要求1所述的一种串联式隔振***传递特性测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，固定支架(104)与第一附加质量(101)的总质量为直升机旋翼***总质量的1/N，第二附加质量(105)总质量为直升机机身质量的1/N，N为直升机主减***包含的撑杆数量。
4.根据权利要求1所述的一种串联式隔振***传递特性测试方法，其特征在于，在所述步骤S1中，串联式隔振器(103)在第二附加质量(105)的作用下，串联式隔振器(103)的静拉伸位移范围为1-2mm。
5.根据权利要求1所述的一种串联式隔振***传递特性测试方法，其特征在于，在所述步骤S1中，串联式隔振器(103)紧密连试验装置(100),静置时长不少于3min,且不得超过12H,串联式隔振器(103)能在安装空间内作垂向运动而不发生侧向位移。
6.根据权利要求1所述的一种串联式隔振***传递特性测试方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述垂向稳态正弦周期位移幅值范围为0.1-0.5mm，振动时长不少于20s。
7.根据权利要求1所述的一种串联式隔振***传递特性测试方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述第二附加质量(105)的横向位移加速度应小于0.01g。
8.根据权利要求1所述的一种串联式隔振***传递特性测试方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述加速度传感器a(109)、加速度传感器b(110)总重量应小于第二附加质量(105)的0.5％,在试验全过程中温度变化小于±3摄氏度,且不存在强电磁干扰。
9.根据权利要求1所述的一种串联式隔振***传递特性测试方法，其特征在于，在所述步骤S4中，激振平台(108)的输出频率变化步长应在0.1-1Hz范围内。
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