直升機載光電穩瞄轉塔用橡膠減震器研究

黎剛　等

摘要：文章主要通過“模擬件”模擬機載光電穩瞄轉塔的理論與試驗研究，分析減震器振動帶來的影響，建立受力模型，引出相關參數，分析了幅值及固有頻率等動態特性以及減震器在激勵狀態下振動試驗參數、傳感器布控采集點等。通過對產品進行試驗，有效判定光電穩瞄轉塔通過減震器減振，考核振動環境下的適應性。

關鍵詞：直升機；光電穩瞄轉塔；模擬件；橡膠減震器；固有頻率；傳導率 文獻標識碼：A

中圖分類號：V226 文章編號：1009-2374（2015）19-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.011

隨著現代技術的迅速發展，光電穩瞄轉塔越來越廣泛地用于直升機作戰平臺上，對目標搜索、瞄準、跟蹤和定位。然而，在飛行過程中，由環境因素產生的振動對目標的瞄準產生不利影響。為了減小振動所產生的影響，通過減震器來抑制外界振動帶來的干擾，提高產品質量及性能為有效方法。

使用減震器對抑制共振幅值有著顯著效果。然而由于材料性能所決定，其減震作用及其所承受的外力隨著振動頻率、動態幅值、受力狀態的不同而變化。為了更好地使用，需要對減震器進行研究。本文通過試驗模擬件確定振動沖擊參數，在固有頻率試驗研究分析，得出在不同的頻段振動環境的干擾。通過對某產品所使用的減震器為研究對象，進行了動態試驗，得出減震器對振動及受力的傳遞關系和試驗結果曲線。

1 實驗中光電轉塔外框架模擬裝置及光電傳感器模擬件、減震器的安裝方式

實驗中所用裝置主要包括模擬裝置、模擬質量件、減震器，其安裝方式如圖1。其中，減震器安裝在雙側懸掛吊裝模擬件的兩側。該模擬件可對光電轉塔的參考質量、中心、重心等參數近似模擬。試驗中所用的四個減震器，以每側面兩個對角分布，懸掛吊裝件，減震器底座與外框架連接，通過連接桿固定在光電傳感器模擬件上。數據采樣傳感器安裝在光電傳感器模擬件重心及支架底部位置。

圖1

本試驗在電磁振動上來模擬完成。試驗是考核結構性能的重要手段，為掌握振動特性，首先由理論解析振動參數開始，后轉化為系統振動，振動特性主要由其重要因素決定，即固有頻率、剛度、振動傳遞函數。

2 橡膠減震器理論關系

根據參考文獻[4]原理建立力學數學關系式，并引出主要參數。系統傳遞率為：

式中：為激振頻率；為系統固有頻率；為系統阻尼比=；系統固有頻率=，頻率為

=。通過理論，掌握影響減震器參數，由試驗室模擬外界環境對減震器激勵，逐次選擇改變激勵方式，變化頻率、變化激勵幅值，分析減震器的振幅、固有頻率、

載荷、傳導率等。振動試驗是獲得參數的首要手段。

3 橡膠減震器實驗室試驗振動數據分析

試驗設備為美國-UD-T2000電磁振動臺，傳感器為丹麥B&K4514傳感器，電荷放大器、8通道數據采集、計算機+version 2.11，功率放大器，和振動臺組成，振動試驗裝置如圖1所示，傳感器1在底部控制激勵信號，傳感器2在模擬件中心處，采集響應信號，質量件M=24kg，對加速度、幅值、頻率等數據進行分析。確定，在5～500Hz系統的固有頻率、傳導率及剛度。

3.1 正選掃頻試驗

參照GJB 150執行，試驗夾具設計，根據參考文獻[1]設計制作，試驗參數：5～10Hz恒定9mm，10～35Hz恒定1.7g，35～50Hz恒定0.7mm，50～50Hz恒定3.4g，倍頻程0.96進行15分鐘掃頻試驗。

數據分析：經過改變位移及改變加速度，未有在頻率變化幅值突變情況下產生跳躍現象，夾具設計合理，材料選擇理想。

3.2 模擬件整體裝置試驗

將減震器與工裝夾具連接如圖1安裝方式所示，通過正弦1g激勵，以倍頻程0.66由5Hz-500Hz-5Hz往返改變頻率，得曲線如圖2所示，確定固有頻率、共振幅值放大率及傳遞率等減震器的主要指標。

圖2 幅頻特性

結果分析：固有頻率18Hz，達到最高峰，25～500Hz減震器起到整體幅值衰減作用，較理想。

根據參考文獻[3]傳遞率，是用振動傳遞率來表述衡量，定義為響應幅值與輸入激勵幅值比值，即減震器傳遞率：

根據參考文獻[3]《絕對傳遞系數關系對應圖》。頻率比與絕對傳遞系數關系，得共振放大率η≤3，這一數據主要取決于材料的阻尼率，應η≤3較為適宜，時，系統傳遞率η≤1處于減震區域，應取頻率比在2.5～5之間。進入共振區，即：，，式得：ζ=0.2042，理想減振頻率：≈12.729Hz，而實際固有頻率在12Hz左右，通過以上數據減震器為理想。

通過分析得出加速度傳遞率及幅頻特性曲線，18Hz產生放大，傳感器2達到最高峰，從而分析出減震器變化規律。在正弦振動試驗中變頻率，確定固有頻率，是有效的試驗方式。同理，在振動試驗中減震器的剛度直接影響著產品承載能力。

3.3 減震器變形剛度影響

減震器在使用中，變形剛度尤為重要，不能有大的位移產生，下面對剛度進行分析，根據參考文獻[3]和參考文獻[5]，減震器剛度直接反映于承載能力及有效幅值，確定模擬件質量m=24kg，得剛度為：≈340.13，單個減震器剛度：

=84.532。通過試驗，得出在不同幅值激勵狀態下的剛度變化狀態，激勵頻率在固有頻率區域為變化嚴酷區域，即放大區域。

3.4 固有頻率對減震器的變形剛度影響

在正弦振動激勵下，固有頻率處變化激勵參數，產生圖3變化曲線，剛度是評價減震器的主要參數，反映出減震器在固有頻率點的位移及承載情況，對于正弦振動試驗，通常以加速度的傳遞率作為傳遞特性參數，加速度傳遞率通過正弦掃頻輸入輸出的比值標示，即為加速度傳遞率，根據參考文獻[2]在正弦掃頻試驗中加速度a與頻率f和位移x的關系式，，這里a為加速度幅值g，x為位移幅值mm，建立幅值與頻率點趨勢關系曲線，由圖3可以看出減震器的特性，當激勵幅值變大，共振頻率附近不穩定性就越大，出現跳躍現象。幅值放大變化曲線，反映出具有變剛度。反映預變形及剛度，隨著相對預變形的變化，會使減震器的剛度也發生變化，因此對預變形的大小直接影響到減震器的剛度特性，反映出減震器的承載狀態。

圖3 圖4 幅頻特性

4 光電轉塔產品實際振動試驗驗證

以實際安裝方式，得試驗曲線如圖4所示。

結果分析：依據振動環境試驗規范標準試驗方法進行。掃頻試驗得出固有頻率在12Hz左右，減震器滿足條件，產品參數測試合格，并且在長時間的振動，減震器性能穩定，很好地抑制在5～500Hz振動的能力，有效避開產品固有頻率，通過實驗室試驗驗證，方法有效適用，具有很好的推廣價值。

5 結語

本文以光電轉塔某型號實際所需的減震器研究為背景，以實際應用為目的，對橡膠減震器的減震機理、動態試驗方法及特性進行研究，為減震器的使用及試驗方法提供依據。主要研究分析方向如下：（1）制作減震器試驗模擬裝置，模擬質量件，以實際光電轉塔連接方式；（2）由理論推導引出參數，對固有頻率、傳遞函數、剛度等進行分析；（3）采用橡膠減震器元件，分析出減振狀態，在原理上實現了激勵、幅值減振，通過振動試驗驗證；（4）通過模擬件得出固有頻率、最大響應頻率、最大加速度、最大位移及剛度；（5）通過前期的減震器模擬試驗，優選減震器在光電轉塔中使用，確定試驗優選減震器的有效性、正確性。

參考文獻

[1] 胡志強，法慶衍，洪寶林，等.隨機振動試驗應用技術[M].北京：中國計量出版社，1996.

[2] 戴詩亮.隨機振動實驗技術[M].北京：清華大學出版社，1984.

[3] 張阿舟.實用振動工程[M].北京：航空工業出版社，1996.

[4] 張準.振動分析[M].南京：東南大學出版社，1991.

作者簡介：黎剛，男，西安應用光學研究所工程師，研究方向：產品環境試驗、組織產品可靠性鑒定試驗。

（責任編輯：周 瓊）