某农用型无人直升机惯导安装平台振动的仿真分析及试验

摘 要：本文阐述某农用型无人直升机惯导安装平台出现振动异常现象，基于此现象对惯导安装平台进行改进。改进后对其模态参数进行有限元仿真分析，并通过试验进行验证改进后的安装平台固有特性参数和振动实时监测水平，为类似的工程项目提供参考解决方案。

关键词：农用型无人直升机；模态分析；惯导安装平台

文章编号：1004-7026（2017）24-0140-02 中国图书分类号：V211.52 文献标志码：A

航空电子设备在使用过程中经常会受到无人直升机发动机本体、外部的气动扰流、飞行姿态以及起飞、着陆、滑行等因素产生的振动、冲击作用[1]，如果设备安装平台抗振动、冲击能力差，在使用过程中就会因上述振动、冲击作用而产生故障，特别是运动机械，由于振动问题引起的机械故障率高达60%-70%[2]。为了保证设备的可靠性，使其适应飞机的各种振动、冲击环境，必须对设备安装平台进行动力学分析，了解其固有的动态特性，并在此基础上对设备平台进行优化设计，从而使设备不会因振动环境扰动而出现工作不稳定。

本文对某农用型无人直升机惯导安装平台进行模态分析，采用了两种方法：一是进行有限元仿真分析；另外一种是对其进行装机模态实验。首先对安装平台进行有限元仿真分析，然后通过与模态实验得到的结果进行对比，验证了有限元分析的正确性，最后通过装机飞行试验的振动实时监测和评估来验证优化后的平台模型振动水平改善情况。

1 惯导安装平台

某农用型无人直升机进行飞行试验时，遥测数据反馈惯导数据异常，同时在惯导安装平台处的振动实时监测数据异常。根据上述现象对机身框架处惯导安装平台进行动力学仿真分析，以及结构优化改进、模态试验和飞行试验验证。

1.1 材料设置

该结构共采用四种材料，各部分对应关系以及材料参数如表 1所示。

1.2 模态仿真分析及试验

模态分析用于分析结构的振动特性，即确定结构的固有频率和振型，根据惯导安装平台的振动现象，对其进行模态仿真分析。本文中采用的是block lanczos法。文中分析了惯导安装平台在振动水平较大状态时（优化前状态）的模态参数和振型，并且根据优化前的惯导安装平台的模态参数和振型进行了结构优化，对惯导安装平台两侧分别增加加强筋，来提高惯导安装平台的刚度，从而改变惯导安装平台的固有特性和振型，达到改善惯导安装平台振动水平的效果。具体惯导安装平台的优化前后的固有频率可见表2。

由直升机振动特点可知，直升机有很多旋转部件，如发动机、传动系统、旋翼和尾桨等，它们在运转时都将产生交变载荷，成为直升机的振源[5]。各种振源的激振力作用在机体结构上引起机体振动以及机身设备平台振动，其中，虽然旋翼產生的激振力最大，但众多其它旋转部件如主减速轴、主传动轴、尾传动轴等激励力引起的振动也不可忽视。从上表中可以看出：机身框架管直径16mm无加强管方案，有49.61Hz频率与尾传动46.6Hz和尾桨一倍频48.4Hz较为接近，分别为6.43%和2.5%。优化后，其固有频率远远的避开了尾传动和尾桨频率。

1.3 整机振动试验验证

为了最终验证惯导安装平台改进效果和确定振动诱因，对某农用型无人直升机进行了飞行振动测试，振动测试结果如下图所示。从图中可以看出：惯导安装平台位置（7、8、9）振动水平良好。

经振动实时监测后，对比优化前、后惯导安装平台处的实时振动加速度值发现，优化前惯导安装平台三个方向振动数值分别0.647g、0.349g和1.412g；优化后的相同位置振动数值分别是0.005g、0.02g和0.003g，对比发现经过优化后的惯导安装平台处的振动水平得到显著改善。因而可明显知晓，惯导安装平台的固有频率与尾传动和尾桨的激励频率相近为此次惯导安装平常振动数值异常的直接诱因。

结束语

本文基于惯导安装平台振动数据异常进行研究，采用了仿真以及试验进行分析和验证，得到了以下结论：

⑴通过动力学仿真计算分析设计出优化后的惯导安装平台方案，合理可行；

⑵利用惯导安装平台的实物模态试验来验证了仿真结果的准确性；

⑶其它条件相同，对比了飞行条件下优化前和优化后惯导安装平台处的振动水平，由振动水平可知，惯导安装平台优化后方案效果良好，同时也确定了引起惯导安装平台振动数据异常的诱因，为解决直升机振动工程问题提供一定的参考价值。

参考文献：

[1]柴国栋.基于某电台及平台的随机振动分析[J].《微计算机信息》2009年.

[2]曾攀.有限元分析及应用[M].清华大学出版社2004年.

[3]李德葆，陆秋海.工程振动试验分析[M].清华大学出版社2004年.

[4]高耀东，刘学杰，等.ANSYS机械工程应用精华50例[M].电子工业出版社.2008-107.

[5]孙之钊，萧秋庭，徐桂祺.直升机强度[M].南京航空航天大学2008年.

[6]吴希明.直升机动力学工程设计[M].航空工业出版社2017年.

[7]Richard L.Bielawa.Rotary Wing Structural Dynamics and Aeroelasticity Second Edition 航空工业出版社2014年.