一种离心力场中单摆固有频率的设计方法和振动控制方法与流程

本发明涉及但不限于直升机振动控制，具体涉及一种离心力场中单摆固有频率的设计方法和振动控制方法。

背景技术：

1、直升机飞行过程中存在较大振动，会影响驾驶员执行任务的能力、效率和舒适性。基于驾驶员对直升机减振的需要，要求直升机较优的振动环境，因此，需要增加额外的振动控制方式。目前，通过在桨叶加装摆式吸振器(以下称为：单摆)的方式来实现直升机的振动控制，单摆的固有频率设计是影响其振动控制效果的关键因素。

2、由于加装的单摆工作在直升机旋翼旋转的离心力场中，目前尚且没有有效的手段来获取单摆工作状态的固有频率。国内外对于离心力场中单摆固有频率设计大多数以理论研究为主，由于单摆由多个结构部件构成、且单摆运动的非线性，从而导致通过理论设计无法得到工程应用中单摆真实的固有频率。

技术实现思路

1、本发明的目的：为了解决上述问题，本发明实施例提供一种离心力场中单摆固有频率的设计方法和振动控制方法，以解决离心力场中单摆固有频率的现有理论设计方式，由于单摆由多个结构部件构成、且单摆运动的非线性，从而导致理论计算方式无法得到准确的单摆固有频率的问题。

2、本发明的技术方案：本发明实施例提供一种离心力场中单摆固有频率的设计方法，包括：

3、步骤1，根据直升机的控制需求，确定直升机中振动控制对象的目标位置和振动频率；

4、步骤2，在直升机旋翼桨叶根部安装单摆，并通过试验获取单摆的当量摆长；

5、步骤3，根据单摆的当量摆长，计算旋翼旋转离心力场中单摆的固有频率ω。

6、可选地，如上所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法中，所述步骤1中振动控制对象包括：直升机中的驾驶员座椅、操作员座椅、乘员座椅中的一个或多个；

7、所述目标位置为各座椅对应的安装位置，所述振动频率为目标位置的振动频率。

8、可选地，如上所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法中，所述步骤2包括：

9、步骤21，根据桨叶根部可用空间，确定单摆安装位置；其中，所述单摆安装位置到桨毂中心的垂直距离为r；

10、步骤22，将预定重量的单摆拉至水平位置，置于自由摆动状态下，获取单摆自由摆动的频率f；

11、步骤23，根据单摆自由摆动的频率f，计算出单摆的当量摆长。

12、可选地，如上所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法中，所述步骤22包括：

13、对置于自由摆动状态下单摆，测量单摆自由摆动时径向运动加速度，通过快速傅立叶变换fft的频率识别方式，得到单摆自由摆动的频率f。

14、可选地，如上所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法中，所述步骤23中计算单摆的当量摆长l为：

15、

16、其中，单摆的当量摆长l为单摆实际重心位置到自身旋转轴的距离，单位mm；g为重力加速度，π为圆周率。

17、可选地，如上所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法中，所述步骤3包括：

18、根据单摆安装位置到桨毂中心的垂直距离r和单摆的当量摆长l，计算得到在旋翼旋转离心力场中单摆的固有频率ω为：

19、

20、其中：ω为桨叶旋转频率。

21、可选地，如上所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法中，所述步骤1还包括：

22、将振动控制对象的振动频率作为单摆的目标固有频率；且步骤3中计算出的单摆的固有频率与目标固有频率之差小于预设频率阈值。

23、可选地，如上所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法中，所述步骤21中确定出的单摆初始安装位置，且单摆安装位置到桨毂中心的垂直距离为r0；则所述方法还包括：

24、步骤4，通过对比步骤3计算出的单摆的固有频率ω与步骤1中的单摆的目标固有频率，在差值大于或等于预设频率阈值时，对单摆安装位置进行调整。

25、本发明实施例还提供一种直升机的振动控制方法，包括：

26、步骤a，通过如上述任一项所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法，在直升机的振动控制对象上加装单摆；

27、步骤b，通过对加装单摆后的直升机执行试飞，测量目标位置处振动控制对象的振动量值，以验证单摆的振动控制效果。

28、本发明的有益效果：本发明实施例提供一种离心力场中单摆固有频率的设计方法和振动控制方法，通过试验的手段确定在离心力场中单摆固有频率的关键参数。本发明在实施中，为了确定单摆在离心力场中的固有频率，首先，要明确振动控制的目标位置及振动频率，根据桨叶根部可用空间，确定单摆安装位置为r；按照预定重量设计一定尺寸单摆，在地面重力作用下，将单摆拉至水平位置，呈自由摆动状态放置，测量单摆的径向和切向的运动加速度，通过快速傅立叶变换fft等频率识别方法，得到单摆自由摆动的频率f，按照理论公式计算得到单摆的当量摆长l，再根据单摆计算公式确定单摆在旋翼旋转离心力场中的固有频率。另外，本发明实施例提供的方式，还可以对加装单摆后的直升机执行试飞，测量目标位置处振动控制对象的振动量值，以验证单摆的振动控制效果。采用发明实施例提供的技术方案，用试飞的方式得到在旋翼旋转的离心力场中单摆的固有频率，验证通过本发明技术方案为主动控制振动的方法提供有效的手段，具有较高的工程应用价值。

技术特征：

1.一种离心力场中单摆固有频率的设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法，其特征在于，所述步骤1中振动控制对象包括：直升机中的驾驶员座椅、操作员座椅、乘员座椅中的一个或多个；

3.根据权利要求1所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法，其特征在于，所述步骤2包括：

4.根据权利要求3所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法，其特征在于，所述步骤22包括：

5.根据权利要求3所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法，其特征在于，所述步骤23中计算单摆的当量摆长l为：

6.根据权利要求1所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法，其特征在于，所述步骤3包括：

7.根据权利要求1～6中任一项所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法，其特征在于，所述步骤1还包括：

8.根据权利要求7所述的离心力场中单摆固有频率的设计方法，其特征在于，所述步骤21中确定出的单摆初始安装位置，且单摆安装位置到桨毂中心的垂直距离为r0；则所述方法还包括：

9.一种直升机的振动控制方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开一种离心力场中单摆固有频率的设计方法和振动控制方法，包括：步骤1，根据直升机的控制需求，确定直升机中振动控制对象的目标位置和振动频率；步骤2，在直升机旋翼桨叶根部安装单摆，并通过试验获取单摆的当量摆长；步骤3，根据单摆的当量摆长，计算旋翼旋转离心力场中单摆的固有频率ω。本发明提供的技术方案解决了离心力场中单摆固有频率的现有理论设计方式，由于单摆由多个结构部件构成、且单摆运动的非线性，从而导致理论计算方式无法得到准确的单摆固有频率的问题。技术研发人员：王文涛,王影,汪亚龙,张若忱,马松林受保护的技术使用者：中国直升机设计研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/11