[发明专利]一种外表面附有分段约束阻尼层的无人机旋翼臂结构

说明书

本发明提供了一种外表面附有分段约束阻尼层的无人机旋翼臂结构。该无人机旋翼臂包括旋翼臂本体、约束阻尼层与粘弹性阻尼层。旋翼臂本体采用碳纤维材料的空心圆柱结构；约束阻尼层与粘弹性阻尼层采用分段空心圆柱壳结构，且两者材料分别采用铝合金、ZN‑1阻尼橡胶；旋翼臂、粘弹性阻尼层与约束阻尼层三者由内向外依次紧密粘结。本发明通过在无人机旋翼臂的外表面附加分段式的约束阻尼层，利用旋翼臂的弹性弯曲振动使粘弹性阻尼层发生形变，从而使无人机旋翼臂的振动能量迅速耗散以进行减振。本发明结构简单，不影响无人机的主体结构，且不需要额外的附加质量以及控制装置，增加了无人机飞行的稳定性，在实际应用中抑振效果显著。

技术领域

本发明涉及机械领域，具体是一种减震结构，更具体说是一种多旋翼无人机的旋翼臂振动控制结构。

背景技术

目前，无人机在高空拍摄、物流、农间作业等方面得到了广泛应用。尤其是近几年迅速发展的油动式多旋翼无人机，因其承载能力的不断提升，使其应用得到了进一步推广，但大承载重量加剧了整机结构的振动问题，不仅影响无人机飞行稳定性，也极易造成无人机整机结构的破坏。

近年来，大量相关研究表明无人机的结构振动主要来源于旋翼臂的共振，且该振动形式以弯曲模态为主。传统的抑振方式通常包括主动式和被动式控制。被动式吸振器虽能在固有频率处能够产生显著效果，但在无人机上额外附加具有相对较大质量的吸振器将严重影响其续航能力、承重能力以及飞行稳定性等；以压电陶瓷为代表的主动式抑振方法具有较大的灵活性，对振动的低频段具有良好的振动抑制效果，但是其控制系统需提供额外的能源供给装置，不仅增加了整机结构的经济成本，且降低了系统的鲁棒性，故其在无人机旋翼臂的振动抑制的应用中具有较大的局限性。

因此，人们期望获得一种结构简单紧凑、不影响无人机主体结构、且经济可行，抑振效果显著的被动式抑制振动的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明针对无人机旋翼臂提供了一种通过在旋翼臂外表面附加分段约束阻尼层的振动抑制方法。该方法的原理利用旋翼臂的弹性弯曲振动使粘弹性阻尼层发生形变，而粘弹性阻尼层在变形过程将部分应变能转化为热能，从而使无人机旋翼臂的振动能量迅速耗散进行减振。同时，本发明通过采用分段式约束阻尼层的布置方法，增大了粘弹性阻尼层的剪切变形，从而提高了无人机旋翼臂的阻尼特性，抑振效果十分显著。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种外表面附有分段约束阻尼层的无人机旋翼臂结构，旋翼臂为空心圆柱结构，其材料采用碳纤维；粘弹性阻尼层为分段空心圆柱壳结构，其内径与旋翼臂外径相同，外径与约束阻尼层内径相同；约束阻尼层为分段空心圆柱壳结构，其内径与粘弹性阻尼层外径相同；旋翼臂外表面、粘弹性阻尼层与约束阻尼层三者由内向外依次紧密粘结；所述粘弹性阻尼层与约束阻尼层均为分段设置，粘弹性阻尼层间设置切口，约束阻尼层间也设置切口。

粘弹性阻尼层材料采用ZN-1阻尼橡胶。

约束阻尼层材料采用铝合金。

每段粘弹性阻尼层与约束阻尼层长度相等，相邻两段粘弹性阻尼层与约束阻尼层留有每段约束阻尼层长度5-8％的切口。

粘弹性阻尼层的厚度增加，变形容易，抑振效果好，但太厚会造成重量增加；约束阻尼层的厚度增加，总量也相对增加，因此，惯性较大，相对的粘弹性阻尼层的剪切力就大，但约束阻尼层太厚，会增加重量对无人机的能耗和性能影响较大；综合考虑，粘弹性阻尼层的厚度为2-5mm，约束阻尼层的厚度为1-3mm。

为了保证在每段粘弹性阻尼层更加容易变形且约束阻尼层的惯性较大，粘弹性阻尼层的长度小于每段约束阻尼层长度。

为尽量增加约束阻尼层的长度且保证粘弹性阻尼层变形时相邻的约束阻尼层不会碰撞，每段约束阻尼层间的距离为每段约束阻尼层长度的1.5-2％。