CN107108019A - 安装有降噪和减振传动设备的直升机 - Google Patents

Abstract

一种直升机(1)被描述为包括：旋翼(3)；机身(2)；被可操作地连接到旋翼(3)的驱动传动单元(7)；支撑主体(14)，其支撑传动单元(7)；以及置于支撑主体(14)和机身(2)之间的约束机构(21)；约束机构(21)相应地包括以相对于支撑主体(14)固定的方式被连接且具有第一下平面(P)的联接板(21)；联接板(21)部分地由金属材料形成，并且部分地由粘弹性材料形成。

Description

安装有降噪和减振传动设备的直升机

技术领域

本发明涉及一种直升机。

背景技术

已知直升机基本上包括在前部限定用于机组人员的舱室的机身、被安装于机身的中心部的顶部上并且能够产生直升机的上升和定向飞行各自所需的升力和推力的主旋翼以及从直升机的尾翼向旁边突出的反力矩旋翼。

更详细地，主旋翼包括驱动轴，以及通过桨毂的介入而被铰接于驱动轴上的多片桨叶。

直升机还包括至少一个发动机、置于发动机和驱动轴之间的传动单元以及约束设备，该约束设备将机身固定到驱动轴和传动单元的支撑主体。实际上，机身表现为通过约束设备“悬挂”于上述支撑主体。

在直升机的正常运行期间，发动机将驱动力矩施加到传动单元上。根据作用力和反作用力定律，反作用力矩被输出到支撑主体上，并且从支撑主体通过约束设备被输出到机身上。这种反作用力矩通过机身上的尾部旋翼施加的反力矩来平衡。

约束设备不可避免地将振动和噪声传递到机身，其到达舱室并且减少了乘员的舒适度。

约束设备通过已知的方式由联接板形成，其包括：

-法兰，其被栓接到传动单元的壳体并且限定开口；以及

-一对附属部，其各自从法兰的彼此相对的端部向旁侧突出，并且被连接到机身。

为了减少上述的振动和噪声向舱室传递，在申请人的名下以EP-A-2179922公布的欧洲专利申请提出：

-通过一对相应的约束元件将每个附属部约束于机身；并且

-将阻尼组件置于每个约束元件和各个附属部之间。

更具体地，每个阻尼组件都包括多个交替的由弹性体材料制成的层和金属材料制成的层，而法兰由金属材料制成。

尽管抑制了噪声和振动传递到机身，但是在上述专利申请EP-A-2179922中描述的解决方案有一定的改进余地。

特别地，阻尼组件中的弹性体材料的层必须足够坚硬，从而能够支撑由反作用力矩构成的静载荷，其从传动单元的支撑主体被传递到机身和舱室。

基本上由于每个阻尼组件都置于相关的附属部一侧和机身之间的事实，因此已知类型的约束设备的阻尼组件还能包含有少量的弹性体材料。

由此可见，由于上述设计约束，因此不能以最佳的方式来确定由弹性体材料制成的层的尺寸，以限制噪声和/或振动传递到舱室。

更具体地，申请人已经观察到的是，由于上述设计约束，因此专利申请EP-A-2179922中描述的约束设备相对于有效地遏制振动和/或噪声的传递的频带宽度具有改进的余地。

特别地，在专利申请EP-A-2179922中描述的约束设备的有效性对1000Hz阶次的频率来说易于提高，对于舱室的乘员来说该频率与特别刺激的噪声的传递相对应。

因此，在工业中需要具有能够承受由反作用力矩引起的静载荷且最优地对于限制噪声和/或振动传递到舱室和机身来说大小相当的约束设备。

更进一步，上述的阻尼组件中的弹性体材料层有相当大的表面区域被暴露于外部环境，并且因此经受显著的老化和外力的冲击。

而且，弹性体材料层承受由反作用力矩产生的静载荷，这因此引起显著的疲劳。

由此可见，有必要定期检查弹性体材料板或使用保护材料保护它们。

因此，在工业中需要限制对弹性体材料层的定期检查和/或保护的需求。

US3920202描述了一种约束设备，其包括大致圆形的法兰，该法兰通过块体被连接到机身，该块体由多个交替的金属材料层和弹性体材料层形成。

US4111386描述了一种针对通过旋翼被传递到机身的振动的隔振系统，其包括多个支撑元件，每个支撑元件都依次包括多个交替的金属材料层和弹性体材料层。

US4014484描述了一种横杆，其包括被安装于减速器轴的中心臂部以及被安装于机身的相应的臂部的一对附属部。

EP-1918198描述了一种轴承悬架组件，其包括平的阻尼元件，其被安装于安装块体且限定了与轴接合的开口，该开口的主要目的是实现轴相对于安装块体的简单的对齐。

更详细地，平的阻尼元件由填充有相对较小比例的石墨的PTFE制成。

发明内容

本发明的目的是提供一种直升机，其中以简单且低成本的方式满足至少一个上述需求。

在涉及根据权利要求1所述的直升机的范围内，通过本发明实现上述目的。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将仅以非限制性示例的方式并参考附图来描述优选的实施方式，在附图中：

-图1是根据本发明设计的直升机的侧视图；

-图2示出了图1的直升机的约束组件的放大比例的部分分解立体视图；

-图3示出了图1的直升机的约束组件和另外的构件的立体视图；

-图4是图2和3中的约束设备的顶视图；

-图5是图2至4中的约束设备的侧视图；

-图6是沿图4中的线VI-VI截取的剖面；

-图7是沿图4中的线VII-VII截取的剖面；

-图8是沿图4中的线VIII-VIII截取的剖面；

-图9是沿图4中的线IX-IX截取的剖面；

-图10示出了随着操作振动频率变化，图2至8的约束设备的三个实施方式和完全由7075T6铝制成的约束设备的阻尼系数的实验趋势；并且

-图11示出了随着操作振动频率变化，图2至8的约束设备的两个实施方式和完全由7075T6铝制成的约束设备的功率谱密度的实验趋势。

具体实施方式

参考图1，附图标记1表示直升机，其基本上包括装配有鼻部5的机身2、至少一个发动机6(仅在图1中被示意性地示出)以及被安装于机身2的顶部上的主旋翼3，该主旋翼3用于产生直升机1的上升和定向飞行各自需要的升力和推力。

主旋翼3基本上包括驱动轴10、铰接于轴10上的桨毂11以及铰接于桨毂11上且沿与轴10的轴线A横切的各个方向延伸的多片桨叶12。

机身2限定了舱室8，其通常由机组人员占用且在主旋翼3一侧在上方由机身2的壁部15界定(图3)。

直升机1还包括将发动机6的输出部件13操作性地连接到轴10的传动单元7(仅在图1至3中被示意性地示出)，以及以旋转的方式支撑部件13、传动单元7和轴10的定子主体。

定子主体仅被示出为壳体14，其在与舱室8相对的一侧从壁部15突出，且以围绕轴线A旋转的方式支撑传动单元7和轴10的末级。

直升机1还包括从位于与鼻部5相对的端部的、机身2的尾翼向旁侧突出的反力矩尾旋翼4，以及将壳体14固定到机身2的壁部15的约束装置16。

约束装置16基本上包括：

-多根杆17，其在所示的例子中为四根，其在壳体14的侧表面和壁部15上的各个紧固点之间沿各自的轴线延伸、相对于壁部15和轴线A倾斜；以及

-约束设备，其被连接到壳体14的底边缘和壁部15，并且能够将反作用力矩传递到机身2。

更具体地，根据作用力反作用力定律，该反作用力矩等于通过传动单元7由发动机6传递到轴10的驱动力矩且与其相反。该反作用力矩被输出到定子主体上，并且从而输出到壳体14上，并且通过由尾旋翼4产生的反力矩来被平衡。

约束设备基本上包括(图2至9)联接板21。

联接板21具有下平面P，并且由多个侧部39界定(图4)。

联接板21还沿与平行于机身2的纵向方向的轴线E垂直的轴线F延伸。

更具体地，联接板21依次包括：

-法兰22，其被栓接到壳体14的底边缘，并且限定具有轴线B且轴线A穿过其中的圆形开口30；以及

-一对附属部23和24，它们向关于轴线B彼此相对的各侧收缩，并且从法兰22的位于关于轴线B相对的各侧上的各个部分向旁侧突出。

更具体的地，法兰22包括相对于轴线B等间距的多个孔36，并且被紧固于壳体14的底边缘的各个连接元件34、37和38(图6至8)穿过该孔36。

附属部23和24关于轴线F彼此相对。

特别地，轴线B相对于轴线A倾斜。

联接板21的下平面P与轴线B垂直，并且与轴线E和F平行。

每个附属部23和24都被成形为等腰梯形。

特别地，附属部23和24各自还通过下列被界定：

-一对边缘25和26，其彼此相对且与法兰22邻接；以及

-边缘27，其置于边缘25和26之间。

在所示的示例中，边缘27与轴线E平行，并且边缘25和26向轴线F收缩、从轴线B朝向各个边缘27延伸。

在图3、4、6、7和8中可见，轴线E基本上与机身2的纵向延伸方向一致，并且与轴线F垂直。

每个附属部23和24都通过具有各自的轴线G的一对螺栓19被紧固到机身的壁部15，轴线G与轴线B平行，并且平行于轴线E地彼此对齐(图4和9)。

有益地，联接板21部分由金属材料制成，并且部分由粘弹性材料制成。

特别地，金属材料是铝。

特别地，粘弹性材料是弹性体材料，其优选地为由丁二烯和苯乙烯形成或由聚氯丁二烯形成的橡胶。

更详细地，整个联接板21是多层材料，其由下列形成(图5至9)：

-多个金属材料层28；以及

-多个粘弹性材料层29。

层28和29彼此交替，并且平行于轴线B地彼此叠加。

层28和29位于互相平行、与平面P平行且与轴线B垂直的的各个平面Q上。

有益地，法兰22和附属部由层28和29形成的多层材料制成，并且层28和29在平行于平面P的平面上延伸跨过联接板21的整个宽度，以便限定侧部39，并且被暴露于联接板21的外部的环境。

平行于轴线B测量的层28的厚度优选地比同样平行于轴线B测量的层29的厚度更大。

每个层28的厚度都在1mm和10mm之间。

每个层29的厚度都在0.1mm和1mm之间。

在优选的实施方式中，层28的厚度至少是层29的厚度的十倍。

在更进一步优选的实施方式中，层29的数量在两个至四个之间，并且优选地为三个。

在更进一步的实施方中，层28的数量在三个和五个之间，并且优选地为四个。

层28和29是硫化的。

特别地，相邻且彼此叠加的层28和29通过下列被连接：

-将未硫化的粘弹性材料的每个层29胶黏到与之相邻的层28；并且

-例如，在烘箱中热聚合彼此胶合的层28和29，以便获得硫化以及层28和29随后的粘合。

参考图10，关于联接板21的振动频率示出联接板21的无量纲阻尼系数Csi。

更具体地，在图10中：

-线49表示包括聚氯丁二烯的四个层28和三个层29的联接板21的系数Csi的内插趋势；

-线50表示包括苯乙烯-丁二烯的四个层28和三个层29的联接板21的系数Csi的内插趋势；

-线51表示包括十六个层28和十五个层29的联接板21的系数Csi的内插趋势；并且

-值52表示完全由7075T6铝制成的联接板的系数Csi的值。

如在图10中所见，对于传动单元7的所有的振动操作频率，包括聚氯丁二烯的四个层28和三个层29的联接板21的系数Csi比包括苯乙烯-丁二烯的四个层28和三个层29的联接板21的系数Csi更大。

对于传动单元7的所有的振动操作频率，包括苯乙烯-丁二烯的四个层28和三个层29的联接板21的系数Csi比包括十六个层28和十五个层29的联接板21的系数Csi更大。

对于传动单元7的所有的振动操作频率，包括十六个层28和十五个层29的联接板21的系数Csi比完全由7075T6铝制成的联接板的系数Csi更大。

更进一步，联接板21在包括高于1000Hz的操作频率下传递到舱室8的振动时是有效的，该操作频率特别地与对于舱室8中的乘员的刺激性噪声相对应。

参考图11，随着工作频率改变：

-附图标记60表示具有四个层28和三个层29的联接板21的功率谱密度；

-附图标记61表示具有两个层28和一个层29的联接板21的功率谱密度；并且

-附图标记62表示完全由7075T6铝制成的联接板的功率谱密度。

特别地，在联接板21通过外部激励而承受振动时，通过测量联接板21的噪声辐射获得功率谱密度60、61和62。

如图11中所见，对于平均值来说并且在传动单元7的操作特有的不同振动频率值下，完全由铝制成的联接板的功率谱密度62比具有两个层28和一个层29的联接板21的功率谱密度61更大。

相似地，对于平均值来说并且在传动单元7的操作特有的不同振动频率值下，具有两个层28和一个层29的联接板21的谱密度61比具有四个层28和三个层29的联接板21的功率谱密度60更大。

由于谱密度60、61和62与各种频率下传递的能量相关，因此由此可见，联接板21通过比完全由7075T6铝制成的联接板更有效的方式减少了到机身2的振动和/或噪声的传递。

要重要强调的是，联接板21在减少与高于1000Hz的频率的振动相关的能量方面是有效的，该频率特别地与对于舱室8中的乘员的刺激性噪声相对应。

在使用中，发动机6通过传动单元7旋转地驱动旋翼3的轴10。

轴10通过桨毂11旋转地驱动桨叶12，从而产生直升机1的定向飞行和上升各自必需的推力和升力。

推力和升力主要通过杆17被传递到壳体14，并且从壳体14被传递到舱室8。

根据作用力反作用力定律，由轴10传递的力矩在壳体14上产生了具有与作用在轴10上的力矩相等但方向相反的模量的反作用力矩。

该反作用力矩穿过联接板21，在联接板上产生扭转力矩，并且被传递到舱室8。

更具体地，反作用力矩从壳体14被传递到法兰22并且被传递到附属部23和24，并且从附属部23和24被传递到机身2的舱室8。

旋翼3的操作引起了壳体14上的振动。

这些振动与相关的噪声一起从壳体14被传递到法兰22，并且被传递到法兰22的附属部23和24。

特别地，对于联接板21的每种振动频率，能够限定：

-联接板21的振动的弯曲模态，即是在与平面P垂直的平面中的振动；以及

-联接板21的振动的薄膜模态，即是在平面P中的振动。

弯曲模态允许触发层29上的层间剪切机理，其中层29的表面趋向于使一层在另一层的顶部上滑动，同时保持平行。这种机理在通过粘弹性材料的滞后产生的能量阻尼方面特别地有效。

由此可见，当联接板21的弯曲模态被触发时，层29在减少被传递到机身2的振动和噪声的振幅方面特别地有效。

另外，当薄膜模态被触发时，从壳体14传递的振动引起层28在平面P上的拉伸和收缩。

由于它们被连接到与之邻接的层28的事实，因此层29也经历在平面P上的拉伸和收缩。由于层29的拉伸和收缩基本上取决于层29被连接到层28的事实，因此在薄膜模态触发的情况下能量耗散不太有效。

以这种方式，如图10和11所见，对于宽范围的频率且特别是高于1000Hz的频率，联接板21以有效的方式抑制了振动和/或噪声到舱室8和机身2的传递。

通过根据本发明的直升机1的特征的实验，其能提供的益处变得显而易见。

特别地，整个联接板21(法兰22和附属部23、24)部分地由粘弹性材料的层29形成，并且部分地由金属材料的层28形成。

由此，金属材料的层28和螺栓19在将反作用力矩从壳体14传递到机身2同时层29承受基本可忽略的静载荷的方面是有效的，并且在被传递到壳体14的振动和/或噪声的振幅和能量的阻尼的方面是有效的。

由此可见，出于保证静载荷承载能力的目的，层29不承受设计的约束，如同在专利申请EP-A-2179922中描述的解决方案中的阻尼组件的例子一样。

关于这一点，申请人已在实验上观察到，由于联接板21部分地由粘弹性材料制成，因此对于联接板21的宽范围的振动频率来说，联接板21自身的阻尼远大于在专利申请EP-A-2179922中描述的解决方案中的阻尼(图10)。

申请人还注意到的是，对于联接板21的宽范围的振动频率来说，与由传动单元7产生且从联接板21传递到机身2的振动相关的能量远小于从完全由铝制成的联接板传递的能量(图10)。

更具体地，联接板21能够有效地减弱被传递到机身2的振动，在声学领域中也一样(其中，频率为一千赫兹的阶次)，其中，完全由铝制成的联接板的耗散效率非常的有限。

另外，申请人已发现的是，联接板21利用层29的切向弹性模量，因此实现了比在EP2179922中所示的联接板更有效的阻尼机理，并且主要仅依靠层29的纵向弹性模量，即是，依靠层29垂直于平面P的压缩。

事实上，当联接板21承受归因于旋翼3所施加的力矩的高载荷时，层28基本承受全部的高载荷，而层29仅提供分布阻尼并且承受非常小的载荷。结果，大大地增加了层29的寿命。相反，在EP2179922中所示的联接板中，附属部的所有橡胶层承受全部的力矩，从而具有减少的寿命。

更进一步，由于层29不受非常小的静载荷压迫，因此它们随时间经历非常有限的磨损和恶化。

另外，根据本发明的联接板21基本不会对能使用的粘弹性材料总量设置任何限制，这允许相对于在本说明书的引言部分中所示的已知的解决方案来提高通过联接板21耗散的能量总量。

由于联接板21是由平行于平面P且与扭转力矩的轴线B垂直的层28和29形成的多层材料，因此能够利用触发联接板21的振动的弯曲模态有效地减少振动和噪声到机身2的传递。

事实上，当联接板21的振动的弯曲模态被触发时，粘弹性材料的层29在与之相邻的各个层28之间“剪切”传递载荷，并且耗散振动振幅和能量。

由于层29的厚度比层28的厚度小的事实，因此在层29的面对联接板21的外部的表面、即层29的限定侧部39的表面与层29的总体积之间的比率与在本说明书的引言部分中所示的已知解决方案相比更低。

结果是，经受老化和外力冲击的层29的老化虽不可忽略，但与在专利申请EP-A-2179922中描述的阻尼组件的弹性体板相比要少很多。

由此可见，联接板21需要少量的定期检查或者少量的通过保护材料进行的侧部39的定期的保护处理。

由于层29的厚度在0.1mm和1mm之间，因此能够在需要尽可能小的厚度的、包括高度变形的层29的需求和需要较大厚度的层29的、通过层29的“剪切”变形减弱振动的需求之间获得折中。

由于层29的数量在两个和四个之间，并且优选地为三个，因此一方面能够具有足够数量的层29，以获得对噪声和/或振动的传递的有效传递遏制，而同时使得联接板21不会太复杂和太重，或者不会产生联接板21的弹性不稳定的危险。

特别地，申请人已观察到，联接板21的中间部分是在减少到机身2的噪声和/或振动的传递方面最有效的部分，从而不太方便使用特别大量的层29。

最后，清楚的是，能在不偏离权利要求中所限定的范围的情况下对这里所描述和说明的直升机1进行修改和变型。

特别地，层28和层29可以通过硫化之外的方式彼此连接。

Claims (10)

1.一种直升机(1)，其包括：

-旋翼(3)；

-机身(2)；

-驱动传动单元(7)，其被可操作地连接到所述旋翼(3)；

-支撑主体(14)，其支撑所述传动单元(7)；以及

-约束机构(21)，其置于所述支撑主体(14)和所述机身(2)之间；

所述约束机构(21)相应地包括联接板(21)，连接板(21)以相对于所述支撑主体(14)固定的方式被连接并且具有第一下平面(P)；

所述联接板(21)部分地由金属材料形成，并且部分地由粘弹性材料制成；

所述联接板(21)相应地包括：

-法兰(22)，其被连接到所述机身(2)并且具有开口(30)，该开口(30)具有与所述平面(P)垂直的轴线(B)；以及

-一对端部的附属部(23，24)，它们被布置在所述轴线(B)的彼此相对的各侧上，并且以固定的和刚性的方式被连接到所述机身(2)，所述附属部(23，24)从所述法兰(22)的位于相对于所述轴线(B)的相对侧上的各个部分向旁侧突出，

所述直升机的特征在于，所述法兰(22)和附属部(23，24)由多层材料制成，其包括至少一个金属材料的第一层(28)和一个粘弹性材料的第二层(29)，所述第一层(28)和第二层(29)彼此叠加；

所述联接板(21)由横切于所述第一平面(P)延伸的横向的侧部(39)界定；

在平行于所述第一平面(P)的平面上，所述第一层(28)和第二层(29)延伸越过所述联接板(21)的整个宽度，以便部分地限定所述侧部(39)。

2.根据权利要求1所述的直升机，其特征在于，所述多层材料包括交替的多个所述第一层(28)和所述第二层(29)。

3.根据权利要求1或2所述的直升机，其特征在于，所述第一层(28)的厚度比所述第二层(29)的厚度至少大十倍。

4.根据权利要求2或3所述的直升机，其特征在于，所述多层材料包括数量在两个和四个之间、优选为三个的所述第二层(29)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的直升机，其特征在于，所述第二层(29)的所述粘弹性材料是弹性体材料，其包括由丁二烯和苯乙烯形成或由聚氯丁二烯形成的橡胶。

6.根据前述权利要求中任一项所述的直升机，其特征在于，所述第一层(28)和第二层(29)被硫化到一起。

7.根据前述权利要求中任一项所述的直升机，其特征在于，所述第一层(28)和第二层(29)被彼此连接，优选地通过胶合来连接。

8.根据前述权利要求中任一项所述的直升机，其特征在于，所述第一层(28)和第二层(29)被热聚合。

9.根据前述权利要求中任一项所述的直升机，其特征在于，所述第一层(28)和第二层(29)在各自的第二平面(Q)上延伸，该第二平面(Q)互相平行并且与所述第一平面(P)平行。

10.根据前述权利要求中任一项所述的直升机，其特征在于，所述附属部(23，24)被栓接到所述机身(2)上。