直升机救生绞车表面阻尼处理研究

　　直升机作为一种轻型、快速的运输工具,常用于运送伤员、空中摄影及搜索巡逻等各项任务。在直升机上配备救生绞车装置,可以使其顺利地完成海上救生任务,具有很高的经济价值和实用价值。当海上船只发生危险情况时,由于风浪较大救援船只很难靠近,而直升机受风浪影响较小,速度快、机动性能好,可以实现空中施救,确保了海上救生任务的顺利完成。某型直升机配备的救生绞车装置安装在机身外部,右侧舱门的上方,如图1所示。

　　当实施救生任务时,直升机悬停,绞车放下救生员和救生筐,实施海上救生。根据该救生绞车装置的安装位置和安装方式可知,救生绞车的振动属于直升机机身外部外挂件的振动,振源是旋翼的旋转。在直升机起飞和降落的过程中,旋翼的激振频率与救生绞车的固有频率接近,产生瞬时共振。这严重影响了救生绞车装置的可靠性、稳定性和结构寿命,并且关系到了直升机的安全性和可靠性问题。解决这一问题常用的减振方式有两种:一种是改变绞车装置的结构设计;另一种是采用表面阻尼处理技术。绞车装置的结构设计取决于绞车和直升机的某些性能参数,并且,在直升机起飞和降落的过程中,旋翼的振动频率在很宽范围内变化,很难完全避开;而表面阻尼处理技术是一种提高结构阻尼、抑制共振和提高结构抗振降噪性能的有效方法。

　　表面阻尼处理技术目前已广泛应用于航空航天、机械、交通运输及轻纺等行业。在构件表面施加阻尼涂层,可增加其阻尼损耗因子η,从而降低构件的振动应力和噪声辐射,对抑制共振的效果尤为显著。根据阻尼材料的特点,表面阻尼处理主要应用于受弯曲振动为主的厚度不大的构件或薄壁零件,如梁类、管类和板类等构件[1]。表面阻尼处理的类型通常可以分为两大类:其一为自由阻尼处理,阻尼层随基本结构一起产生弯曲振动,主要是通过受拉压变形而耗损振动能量;其二为约束阻尼处理,阻尼层随基本结构一起弯曲振动时,由于约束层的限制,主要承受剪切变形,从而产生阻尼耗能[2]。其中自由阻尼结构使用简单、经济、便于设计;约束阻尼结构阻尼效果优异,两者在工程领域中都得到了广泛的应用。

　　表面阻尼处理的理论分析工作开始于20世纪50年代初期。Oberst H和Lienard P首先从理论上分析了自由阻尼处理梁的阻尼损耗因子的计算公式以及各相关因素的影响。Mead D J和Schwarzl F等人进一步完善了这一理论,并应用于航空结构。Kerwin E M首先提出并分析了约束阻尼处理结构及其剪切耗能机理。随后Ross O ,Kerwin E M和Ungar E E等人对计算公式作了进一步的补充和完善,并扩张到其它类型的阻尼多层结构[2]。