[发明专利]一种机械最优化的液体惯性减振器和飞行器塔式系统

说明书

技术领域

本申请涉及一种振动控制。本申请尤其涉及一种用于隔离结构或主体中的机械振动的方法和装置，该结构或主体易受到谐波或振荡位移或压力的影响。本申请的系统非常适用于飞行器领域，特别是，直升机和其他水平螺旋桨飞机。

背景技术

多年以来，人们竭力设计一种用于将振动主体从传输它自身的振动到其他主体中隔离出来的装置。这样的装置适用于各种技术领域，在上述技术领域中希望从结构的其他部分中隔离振荡或振动装置的振动，例如发动机的振动。典型的振动隔离和衰减装置（“隔离器”）采用各种机械系统部件（弹簧和块）的组合以调整整个系统的频率响应特性，从而使系统中的重要结构获得可接受的振动水平。这些隔离器大量使用的一个领域是飞行器，其中利用振动隔离系统将飞行器的机身或其他部分从机械振动中隔离出来，例如谐波振动，这些机械振动与推进系统有关，由飞行器的发动机、变速器和螺旋桨或水平旋翼产生。

振动隔离器区别于在现有技术中被错误的称为“隔离器”的减震装置。一个用于振动的简单的力学公式如下：

F=mx··+cx·+kx]]>

振动隔离器利用惯性力抵消弹力（kx）。另一方面，减震装置是利用耗散效果去除来自振动系统的能量。

在飞行器振动隔离系统的设计中一个重要的工程目标是减小包括隔离装置横截面积在内的长度、重量和整个尺寸。这是关于飞行器所有工程效果的基本目标。在设计和制造直升机和其他水平螺旋桨飞机中，例如倾转旋翼机，需要盘旋以克服飞行器的静负载，以及与固定翼飞机相比要限制其有效负载是尤其重要的。

在振动隔离系统的设计中另外的一个重要工程目标是保存工程资源，这些工程资源在飞行器其他方面的设计或振动隔离系统中已经付出了。换句话说，在振动隔离系统的性能中进行增量式改进是一个很重要的工业目标，而不需要彻底的重组工程或对已有的振动隔离系统的所有组件的完全再设计。

尤其适用于飞行器和直升飞机的隔振领域中一个标志性的进步公开在专利号为4,236,607、名称为“振动抑制系统（Vibration Suppression System）”、1980年12月2日授权给Halwes等人的美国专利（简称为Halwes‘607）中。专利Halwes‘607通过参考并入文中。专利Halwes‘607公开了一种隔振器，其中浓稠的、低粘度流体用作“调谐”质量来平衡或消去通过隔离器传输的振荡力。这个隔离器采用的原理为振荡质量的加速度与其位移的相位差为180°。

在专利Halwes‘607中，认识到了浓稠的低粘度流体的惯性特征，与活塞排布所得到的液压优势相结合，会抑制不同相的加速度以生成平衡力来衰减或消去振动。专利Halwes‘607提供了一种比现有技术更加小巧、可靠且有效率的振荡器。原来由专利Halwes‘607想到的浓稠的低粘度流体是水银，其有毒性和高腐蚀性。

自从Halwes的早期发明开始，在这个领域已做了大量努力将水银换成一种流体或者改变单个隔离器的动态响应以衰减不同振动模式。后者的一个例子可以从专利号为5,439,082、名称为“液压惯性隔振器（Hydraulic Inertial Vibration Isolator）”、1995年8月8日授权给McKeown等人的美国专利（简称为McKeown‘082）中找到，专利McKeown‘082通过参考并入文中。

有几个参数影响Halwes型隔离器的性能和特征，包括所采用的流体的浓度和粘度、隔离器的各组件的相对尺寸、等等。对这种隔离器设计上的一个改进公开在专利号为6,009,983、名称为“用于改进隔离的方法和设备（Method and Apparatus for Improved Isolation）”、2000年1月4日授权给Stamps等人的美国专利（简称为Stamps‘983）中。在专利Stamps‘983中，采用调谐通道两端的复合半径来提供隔离器性能上的显著改进。专利Stamps‘983通过参考并入文中。