用于直升机舱内降噪的智能周期撑杆研究

直升机主减速器内的齿轮啮合引起的中高频振动是直升机舱内噪声的主要来源之一，通过设计具有隔振性能的减速器撑杆可以有效抑制传递到机体的振动，进而减小齿轮啮合诱发的舱内噪声。基于压电叠堆/橡胶周期结构，提出了一种适用于直升机舱内降噪的主动/被动混合振动控制的智能周期撑杆，在满足强度与刚度要求的同时，具有优良的多频与宽频减振能力。压电叠堆与橡胶材料周期排列组成周期结构，其在特定频率范围内具有“机械滤波”特性；同时，通过调节驱动压电叠堆的电压与电流，改变压电叠堆的动刚度，可实现主动减振的功能。为了对智能周期撑杆的主动/被动混合振动控制性能进行分析，建立了基于传递矩阵形式的智能周期撑杆的机电耦合动力学模型，并使用多物理场仿真软件验证了模型的正确性。进一步基于该模型分析了在驱动电压与电流有限的条件下的智能周期撑杆的最优隔振性能：在智能周期撑杆一端固支、一端受到 10 N 的激振力时，最大驱动电压为 20 V、最大驱动电流为 1 A 的电学边界限制下，该智能周期撑杆具有将 692 Hz以上的振动完全衰减的能力，对 692 Hz以下的振动有一定程度的控制效果。此外，还研究了材料参数与力学边界条件对主动控制的影响，即橡胶材料的阻尼、激振力对进行主动控制时需要的驱动电压与电流的影响。使用有限元模型校核了智能周期撑杆的强度与刚度，验证了所提出的智能周期撑杆方案的工程可行性。使用压电叠堆作动器与聚酯乙烯杆件组成一个三周期的压电叠堆周期撑杆作为智能周期撑杆的简化模型，验证了主动/被动混合振动控制性能，分析了力学边界条件对隔振性能的影响，以及进行主动控制时的驱动电压和电流与最优驱动电压和电流的关系。