一种直升机传动系统振动噪声研究试验平台

技术领域

本发明涉及直升机技术领域，尤其涉及一种直升机传动系统振动噪声研究试验平台。

背景技术

直升机传动系统是直升机的三大关键部件之一，是涡轴发动机动力输出不可缺少的传输部件，也是唯一的传输途径；直升机的性能很大程度上决定于传动系统的性能，振动噪声是反映直升机传动系统性能优劣的重要标准，同时振动噪声信号蕴含了直升机传动系统的重要运行状态信息，基于振动噪声分析可实现直升机故障状态预测，确保直升机传动系统的安全运行。

直升机传动系统机械振动与噪声紧密联系且相互耦合影响，一方面可能影响系统性能，导致系统零部件过早疲劳，甚至失效；另一方面传动系统也是直升机舱内振动噪声的最主要来源，对直升机乘员直接产生不利影响；直升机传动系统振动噪声性能研究对保障系统性能，提高系统安全性和可靠性以及乘员舒适性方面有着重要意义，因此搭建一种直升机传动系统振动噪声研究试验平台是科学发展的需要；而现有研究直升机传动系统的试验平台造价十分昂贵，且高校和研究院一般没有这种昂贵的试验平台，从而阻碍对直升机发展的研究。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的在于提供一种直升机传动系统振动噪声研究试验平台，它采用对传动系统三点悬挂定位及双变频电机驱动、主旋翼和尾传动加载等系统的合理设置可克服现有直升机传动系统试验平台与实际结构差异大且价格昂贵的缺陷，并且整体结构科学合理，安装简便，制造成本低，能有效模拟不同飞行状态的加载，方便研究直升机传动系统的动力学与振动噪声性能，为直升机传动系统的改进提供科学依据，从而实现传动系统安全高效运行。

为实现上述任务，一种直升机传动系统振动噪声研究试验平台，它包括传动系统、驱动系统、安全防护网、主旋翼加载系统、尾传动加载系统、测控系统和固定底座；所述驱动系统与传动系统经齿轮啮合连接并设置于固定底座上，该传动系统经三点支承挂架悬挂安装于固定底座上；所述主旋翼加载系统和尾传动加载系统分别经主旋翼轴和尾传动轴与 传动系统连接，所述安全防护网设置于固定底座上用于保护传动系统、主旋翼加载系统和尾传动加载系统。

为实现本发明结构、效果优化，其进一步的措施：所述传动系统包括一级圆柱斜齿轮、二级螺旋锥齿轮以及三级游星齿轮系。

所述驱动系统包括两台驱动电机和滑动底座，所述两台驱动电机经滑动底座连接固定底座。

所述驱动系统的两台驱动电机分别串联一个变频器再并联于同一支路。

所述三点支承挂架包括支撑座和斜撑杆，该支撑座为三个且按相差角度90°径向分布于同一水平面。

所述三点支承挂架相对称的两个支撑座分别对传动系统进行竖向和纵向定位，另一个支撑座对传动系统进行横向定位。

所述主旋翼加载系统包括主旋翼轴、第二联轴器和主旋翼加载盘，该主旋翼加载盘经第二联轴器与主旋翼轴连接。

所述尾传动加载系统包括尾传动轴、尾加载盘和第一联轴器，该尾加载盘经第一联轴器与尾传动轴连接。

所述测控系统包括测控终端和噪声传感器、位移传感器和加速度传感器，所述加速度传感器分别设置于三点支承挂架的三个支撑座上以及传动系统的外壁上，位移传感器设置于传动系统的输入轴和输出轴上，噪声传感器设置在传动系统一侧。

所述传动系统的外壁上均匀分布四个加速度传感器，所述传动系统的输入轴和输出轴上分别设置两个径向成90度的位移传感器。

本发明提供一种直升机传动系统振动噪声研究试验平台，它包括传动系统、驱动系统、安全防护网、主旋翼加载系统、尾传动加载系统、测控系统和固定底座；所述驱动系统与传动系统经齿轮啮合连接并设置于固定底座上，该传动系统经三点支承挂架悬挂安装于固定底座上；所述主旋翼加载系统和尾传动加载系统分别经主旋翼轴和尾传动轴与传动系统连接，所述安全防护网设置于固定底座上用于保护传动系统、主旋翼加载系统和尾传动加载系统的技术方案；它采用对传动系统三点悬挂定位及双变频电机驱动、主旋翼和尾传动加载等系统的合理设置可克服现有直升机传动系统试验平台与实际结构差异大且价格昂贵昂贵的缺陷，为分析直升机传动系统的动力学与振动噪声，确保传动系统安全高效运行 提供科学依据，并且整体结构科学合理，安装简便，制造成本低，具有显著的经济效益和社会效益，市场前景广阔，便于推广使用。

本发明相比现有技术所产生的有益效果：

Ⅰ、本发明采用设置主旋翼加载系统和尾传动加载系统，便于模拟直升机不同飞行姿态下传动系统的受力情况，使测试数据更加符合真实情况，为确保传动系统安全高效运行提供科学依据；

Ⅱ、本发明采用设置主旋翼加载系统和尾传动加载系统，便于更全面的进行直升机传动系统的故障演化机理、信号特征提取方法、早期故障诊断方法、健康维护方法与策略研究；

Ⅲ、本发明采用设置位移传感器和噪声传感器对传动系统关键部件进行振动噪声测试，为直升机传动系统的动态特性研究提供了很好的实验条件；

Ⅳ、本发明采用设置两个VC5000的高性能矢量变频器控制驱动电机的转速和功率，方便用于研究齿轮“分扭—并车”的新型功率分流式齿轮传动系统；

Ⅴ、本发明采用设置主旋翼加载系统和尾传动加载系统，方便研究直升机传动系统的噪声振动特性以及主减速双输入双输出传递功率研究；

Ⅵ、本发明的传动系统优选采用真实退役的直升机传动系统，便于保证结构一致性及精度，降低实验台成本。

本发明广泛适用于直升机传动系统的振动噪声控制及运行状态评估研究。

下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明的平面布置示意图。

图2为本发明中传动系统的结构示意图。

图3为本发明的整体安装结构示意图。

图4为本发明中传感器的分布示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为本发明测控系统的处理示意图。

图7为本发明驱动系统的控制电路图。

图中：1-固定底座，2-三点支承挂架，3-尾传动轴，4-尾加载盘，5-第一联轴器，6- 传动系统，7-主旋翼轴，8-主旋翼加载盘，9-第二联轴器，10-驱动电机，11-输入轴，12-滑动底座，13-安全防护网，14-加速度传感器，15-位移传感器。

具体实施方式

参照附图，本发明是这样实现的：一种直升机传动系统振动噪声研究试验平台，它包括传动系统、驱动系统、安全防护网13、主旋翼加载系统、尾传动加载系统、测控系统和固定底座1；所述传动系统与驱动系统连接并设置于固定底座1上，该传动系统经三点支承挂架2悬挂安装于固定底座1上；所述主旋翼加载系统和尾传动加载系统分别经主旋翼轴7和尾传动轴3与传动系统连接，所述安全防护网13设置于固定底座1上用于保护传动系统、主旋翼加载系统和尾传动加载系统。

如图2所示，本发明的传动原理为：一方面驱动系统的驱动电机10输出动力经一级圆柱斜齿轮Z1和Z2并车、二级螺旋锥齿轮Z3和Z4换向、及三级游星齿轮系Z5-Z10将动力传递给主旋翼轴7，并经第二联轴器9带动主旋翼加载盘8旋转；另一方面驱动系统的驱动电机10输出动力经一级圆柱斜齿轮Z1和Z2并车、二级螺旋锥齿轮Z3和Z4换向、及三级螺旋锥齿轮Z11将动力传递给尾传动轴3，并经第一联轴器5带动尾加载盘4旋转；所述三级游星齿轮系Z5-Z10的动力传递分两种方式：①齿轮Z5输出动力经差动行星齿轮Z6直接传递给与行星架相固定的内齿圈Z10；②齿轮Z5输出动力经差动行星齿轮Z6、内齿圈Z7和外齿圈Z传递给固定齿轮Z9，最后把动力传递给与主旋翼轴7相连的内齿圈Z10；所述传动系统优选采用真实退役的直升机传动系统，便于保证结构一致性及精度，降低实验台成本。

如图3所示，本发明的驱动系统包括两台驱动电机10和滑动底座12，所述两台驱动电机10经滑动底座12滑动式连接于固定底座1上，采用滑动式连接方便对齿轮啮合的间隙调整，保障传动系统动力输出稳定可靠并提高设备的使用寿命；所述主旋翼加载系统包括主旋翼轴7、第二联轴器9和主旋翼加载盘8，该主旋翼加载盘8经第二联轴器9与主旋翼轴7连接；所述尾传动加载系统包括尾传动轴3、尾加载盘4和第一联轴器5，该尾加载盘4经第一联轴器5与尾传动轴3连接。

如图4所示，本发明的加速度传感器14分别设置于三点支承挂架2的三个支撑座上以及传动系统6的外壁上，该传动系统6的外壁上均匀分布四个加速度传感器14，该四个加速度传感器14优选均匀分布于传动系统6的太阳轮内齿圈对应的外壁上；位移传感器 15设置于传动系统6的输入轴11和输出轴上，所述传动系统6的输入轴11和输出轴上分别设置两个径向成90度的位移传感器15，该结构设置方便实时采集信号，并有利于测试传动系统6输入轴11和输出轴的径向圆跳度，为分析直升机传动系统的动力学与振动噪声以及传动系统安全高效运行提供科学依据。

如图5所示，本发明的三点支承挂架2包括支撑座和斜撑杆，该支撑座为三个且按相差角度90°径向分布于同一水平面内；所述三点支承挂架2相对称的两个支撑座分别对传动系统6进行竖向和纵向定位，另一个支撑座用于对传动系统6进行横向定位；该结构可保障传动系统安装牢固可靠，并有利于保障测试研究的精度。

如图6所示，本发明的测控系统包括传感器和测控终端，该测控终端包括滤波器、控制系统和显示器；传感器用于信号采集并将所采集的信号经滤波器滤波后输出给控制系统，控制系统将处理完的的信号保存并输出至显示器进行显示；通过对实验数据进行采集、分析处理，可以分析了解直升机传动系统的实际运行情况，便于更全面的对传动系统的振动等问题进行分析，为振动演化机理、振动控制和状态监测提供了条件。

如图7所示，本发明驱动系统的两台驱动电机10分别串联一个变频器再并联于同一支路，即电源开关控制接通或断开，而接触器KM1和KM2分别控制变频器1和变频器2通电或断开，该变频器1和变频器2还可同时被一个端子控制，以保证两台驱动电机10采用同功率且同步工作；电路控制原理为：当接通电源开关，按下交流接触器KM1并接通电源线路①，则指示灯1亮且变频器1通电，经调节变频器1就可以控制相应驱动电机10的转速或功率；或者接通电源开关，按下交流接触器KM2并接通电源线路②，则指示灯2亮且变频器2通电，经调节变频器2就可以控制相应驱动电机10的转速或功率；或者接通电源开关，按下交流接触器KM3并接通电源线路③，则指示灯3亮且变频器控制端子通电，经调节变频器控制端子就可以同时控制变频器1和变频器2，从而同时控制两台驱动电机10的转速或功率；所述变频器优选采用两个VC5000高性能矢量变频器用于分别控制两台驱动电机10。

结合附图，本发明的实施例一：研究直升机传动系统的动态特性，首先启动两台驱动电机10，然后利用VC5000的两个高性能矢量变频器分别控制两台驱动电机10的转速和功率保持一致，经齿轮啮合传递动力给直升机传动系统6，由直升机传动系统6分别将动力传递给主旋翼轴加载盘8和尾加载盘4；接着开始进行加载，分别通过主旋翼轴加载盘8 和尾加载盘4对直升机传动系统进行加载；在加载的过程中利用传感器采集相应的数据，并对数据滤波后输入控制系统处理，最后由显示器对数据进行显示；通过改变加载方式或改变两驱动电机10的速度，可得到多组测试数据，并将这些数据通过网线传输到计算机数据采集软件，通过对采集的信号进行对比分析，就可以分析直升机传动系统的振动特性及研究振动控制策略。

结合附图，本发明的实列二：研究齿轮“分扭—并车”的新型功率分流式齿轮传动系统的振动特性，首先启动两台驱动电机10，然后利用VC 5000的两个高性能矢量变频器分别控制两台驱动电机10的转速和功率保持一致，经齿轮啮合传递动力给直升机传动系统6，由直升机传动系统6分别将动力传递给主旋翼轴加载盘8和尾加载盘4；接着开始进行加载，分别通过主旋翼轴加载盘8和尾加载盘4对直升机传动系统进行加载；在加载的过程中利用传感器采集相应的数据，并对数据滤波后输入控制系统处理，最后由显示器对数据进行显示；通过调节改变两台驱动电机10的不同功率差或转速差，可得到多组测试数据，并将这些数据通过网线传输到计算机数据采集软件，通过对采集的信号进行对比分析，就可以分析研究齿轮“分扭—并车”的新型功率分流式齿轮传动系统的振动特性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。