专利名称：一种机械最优化的液体惯性减振器和飞行器塔式系统的利记博彩app
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 + αχ 十 be振动隔离器利用惯性力(mx )抵消弹力(kx)。另一方面，减震装置是利用耗散效果(Ci )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 ImprovedIsolation)”、2000年I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。已经对Halwes型隔离器进行的另一方面的设计上的改进是针对一种用来改变振荡器频率的装置以增加隔离器运行期间的有效性。这种隔离器设计上的一个进步公开在专利号为 5，435，531、名称为“隔振系统(Vibration Isolation System)”、1995 年 7 月 25日授权给Smith等人的美国专利(简称为Smith ‘531)中。在专利Smith ‘531中，可轴向延伸的衬套用在调谐通道的内壁上以改变调谐通道的长度，由此改变隔离频率。可调谐的Halwes型隔离器在设计上的另一个进步公开在专利号为5，704，596、名称为“隔振系统(Vibration Isolation System)”、1998年I月6日授权给Smith等人的美国专利(简称为Smith ‘596)中。在专利Smith ‘596中，衬套用在调谐通道的内壁上以改变调谐通道本身的横截面积，由此改变运行期间的隔离频率。专利Smith ‘531和专利Smith ‘596都是对有源调谐隔离器进行的令人瞩目的尝试。在隔振领域中另一个进步是可调谐的隔振器，这种可调谐的隔振器公开在专利号为6，695，106、名称为“用于改进隔振的方法和设备(Method and Apparatus for ImprovedVibration Isolation)”、2004年2月24日授权给Smith等人的美国专利中，该专利通过参考并入文中。虽然上述进步体现了隔振领域的突飞猛进，但还存在许多缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种用于隔离结构或主体中的机械振动的机械最优化的液体惯性减振器和飞行器塔式系统。为实现上述目的，本发明提供了一种隔振器，包括:上部壳体和下部壳体；限定上部流体腔的上部贮液壳体；限定下部流体腔的下部贮液壳体；活塞式主轴,通过上部弹性材料件弹性连接到上部壳体上，该活塞式主轴通过下部弹性材料件弹性连接到下部壳体上；具有调谐通道的伸长部分；置于该上部流体腔、下部流体腔、以及调谐通道中的调谐流体；具有附着件的球面轴承组件；其中该球面轴承组件至少部分围绕该下部壳体。与此同时，本发明还提供了一种飞机的塔式系统，该塔式系统包括:连接到传动装置上的塔式结构；机体结构；通过传动转轴和连接件与传动装置机械连接的引擎；连接在塔式结构和机体结构之间的隔振器，该隔振器包括:上部壳体和下部壳体；限定上部流体腔的上部贮液壳体；限定下部流体腔的下部贮液壳体；通过上部弹性材料件弹性连接到上部壳体上的活塞式主轴，该活塞式主轴通过下部弹性材料件弹性连接到下部壳体上；具有调谐通道的伸长部分；置于该上部流体腔、下部流体腔、以及调谐通道中的调谐流体；具有附着件的球面轴承组件；其中该隔振器的球面轴承组件位于该传动转轴的旋转轴的水平线位置附近。本发明的技术方案使飞行器组件的尺寸和复杂度最小，以使该飞行器的重量和花费最小，由此使性能最好并减少与制造相关的费用。
作为本申请的实施例的特点的新颖性特征在随附权利要求中列出。然而，结合附图参考下述详细说明，将更好地理解实施例本身、使用的优选方式以及其他目的和优点，附图中:图1是根据本申请所述的直升飞机的透视图；图2A是根据本申请所述的处于飞机模式下的倾转旋翼飞机的俯视图；图2B是根据本申请所述的处于直升机模式下的倾转旋翼飞机的透视图；图3是根据本申请所述的处于飞机模式下的四倾转旋翼飞机的透视图；图4是根据本申请的优选实施例所述的隔振器的侧视图；图5是根据本申请优选实施例所述取自图4中的截面线的隔振器的横截面视图；图6是根据本申请的优选实施例所述的塔式系统的侧视图；图7是图4和5的隔振器的机械等效力图；以及图8是根据本申请的优选实施例所述的图6的塔式系统的俯视示意图。
具体实施例方式参照附图中的图1，示出了根据本申请所述的直升飞机11。直升飞机11具有机身13和主旋翼组件15，主旋翼组件15包括主旋翼桨叶17和主旋翼转轴18。直升飞机11具有尾旋翼组件19，尾旋翼组件19包括尾旋翼桨叶21和尾旋翼转轴20。主旋翼桨叶17大体上绕主旋翼转轴18的竖轴16旋转。尾旋翼桨叶21大体上绕尾旋翼转轴20的横轴22旋转。直升飞机11还包括根据本申请所述的隔振系统用于将直升飞机11的机身13或其他部分与机械振动比如谐振隔开，这些机械振动与推进系统有关联而且是由直升飞机11的引擎、传动装置和旋翼引起的。本申请所述的系统可以被用于其他类型的旋翼飞行器。参照附图中的图2A和2B，示意出了本申请所述的一种倾转旋翼飞行器111。如常规的倾转旋翼飞行器，机翼115a和115b携带有旋翼组件113a和113b，并且所述旋翼组件113a和113b分别布置于机翼115a和115b的端部116a和116b。倾斜旋翼组件113a和113b包括有机舱120a和120b，所述机舱携带有倾转旋翼飞行器111的引擎和传动装置，以及分别位于倾斜旋翼组件113a和113b的前端121a和121b的旋翼轮毂119a和119b。倾斜旋翼组件113a和113b可相对于机翼115a和115b移动或者转动，处于直升机模式时，倾斜旋翼组件113a和113b向上倾斜，如此倾转旋翼飞行器111便像传统直升机一样飞行；处于飞机模式时，倾斜旋翼组件113a和113b向前倾斜，如此倾转旋翼飞行器111便像传统螺旋桨驱动的飞机一样飞行。在图2A中，示意了处于飞机模式的倾转旋翼飞行器111 (airplane mode);且在图2B中，示意出了处于直升机模式的倾转旋翼飞行器111(helicopter mode)。如图2A和2B所示,机翼115a和115b连接于机身114。依据本申请所述的倾转旋翼飞行器111也包括有隔振系统(vibration isolation system),用以隔离机身114或者倾转旋翼飞行器111的其他部分的机械振动，例如谐波振动，所述机械振动与推进系统有关且所述机械振动由倾转旋翼飞行器111的引擎、传动装置以及旋翼引起。现在参照附图中的图3，根据本申请所述的四倾转旋翼飞机211被图示说明。就图2A和2B中的倾转旋翼飞机111来说，旋翼组件213a、213b、213c、以及213d分别装在前机翼215a,215c和后机翼215b、215d上。倾转旋翼组件213a、213b、213c、以及213d包括引擎舱220a、220b、220c、以及220d，这些引擎舱装着四倾转旋翼飞机211的引擎和传动装置、还包括分别位于倾转旋翼组件213a、213b、213c以及213d前端的旋翼毂219a、219b、219c、以及 219d。倾转旋翼组件213a、213b、213c、以及213d相对机翼元件215a、215b、215c、以及215d移动或旋转以在直升飞机模式和飞机模式之间转换，在直升飞机模式下，倾转旋翼组件213a、213b、213c、以及213d向上倾斜，以使四倾转旋翼飞机211像常规直升飞机一样飞行，在飞机模式下，倾转旋翼组件213a、213b、213c、以及213d向前倾斜，以使四倾转旋翼飞机211像常规的螺旋桨驱动飞机一样飞行。在图3中，示出了处于飞机模式下的四倾转旋翼飞机111。如图3所示，机翼215a、215b、215c、以及215d连接到机身214。倾转旋翼飞机211还包括根据本申请所述的隔振系统将四倾转旋翼飞机211的机身214或其他部分与机械振动(例如谐振)隔开，这些机械振动与推进系统有关联而且是由四倾旋翼飞机211的引擎、传动装置和旋翼引起的。应当理解的是本申请的系统可以用于任何希望其上有振动隔离的飞行器，包括遥控的无人驾驶飞行器。参考附图中的图4和5，隔振器401包含有上部壳体403和下部壳体405。上部储存壳体427和下部储存壳体429分别连接于上部壳体403和下部壳体405的端部。每一个上部储存壳体427和下部储存壳体429分别形成一个上部液体腔407和一个下部液体腔409。活塞式主轴411包括有一圆柱部分，所述圆柱部分至少部分地设置于上部壳体403和下部壳体405的内部。多个销子417分别通过上部环439和下部环441牢固地将上部壳体403和下部壳体405连接于一起，以便于上部壳体403和下部壳体405像一个刚体一样发挥作用。销子417在孔中延伸贯穿于活塞式主轴411，该孔的大小设置为在操作过程中，阻止销子和活塞式主轴411有任何接触。进一步地，活塞式主轴411通过上部弹性体组件413和下部弹性体组件415分别弹性的连接于上部壳体403和下部壳体405。上部弹性体组件413和下部弹性体组件415均类似于轴颈轴承一样工作，下文将进一步讨论。活塞式主轴411连接于振动体，例如通过塔式组件(如图6所示的塔式组件601)连接飞行器的传动装置。球面轴承组件425连接于下部壳体405。球面轴承组件425包括有连接组件431，其用于将球面轴承组件425连接到欲从振动中隔离出的一个主体，例如飞行器机身中的顶梁，如图6所示的顶梁603。在这种布置中，机身充当从振动中隔离出的主体，并且飞行器的传动装置充当振动体。球面轴承组件425包括有具有黏合于非弹性凹面型部件和非弹性凸面型部件之间的弹性材料的球形弹性部件433。球形弹性部件433被构造用以通过弹性材料的剪切变形来补偿塔式组件601与顶梁603之间的载荷偏差。球形弹性部件433是局部球面的，它的转动中心点445位于连接部件431的中心线平面443上。进一步地，球面轴承组件425被独特地定位和设置以减少隔振器401的整体安装高度，其也优化了塔式组件601和相关推进部件(propulsion components)的性能,将参照图6在下文中进一步论述。上部弹性组件413和下部弹性组件415密封且弹性地设置活塞式主轴411于上部壳体403和下部壳体405的内部。上部壳体403和下部壳体405能分别被连接到活塞式主轴411通过上接头435和下接头437。上部弹性组件413和下部弹性组件415至少像弹簧一样工作以允许活塞式主轴411相对于上部壳体403和下部壳体405移动或者摆动。上部弹性组件413和下部弹性组件415可以是实心弹性构件，也可以是非弹性薄垫片和弹性层交替设置的交替层结构。隔振器401进一步包括有与活塞式主轴411 一体的加长部419，该加长部419被构造用以形成调谐通道421。调谐通道421轴向延伸贯穿加长部419以供上部液体腔407和下部液体腔409中的液体流通。调谐通道421的近似长度优选为与加长部419的长度一致，且进一步定义为LI。调谐通道421通常为圆形的横截面，且可以是在纵向上局部呈锥形以便实现液体的高效流通。调谐液体423容纳于上部液体腔407，下部液体腔409和调谐通道421中。调谐液体423优选地具有低黏性、相对的高密度和耐腐蚀的特性。例如，调谐液体423可以是一种专有的流体(a proprietary fluid)，例如由洛德公司(LORD CORPORATION)加工的SPF I。其他具体实施例可能包含有具有稠密地悬浮颗粒物质的液压油。对活塞式主轴411施加一个力，将活塞式主轴411和加长部419相对于上部壳体403和下部壳体405平移。这种活塞式主轴411和加长部419的位移迫使调谐液体423以与活塞式主轴411和加长部419的移动相反的方向穿过调谐通道421。这种调谐液体423的移动产生了一个抵消或者隔离来自于活塞式主轴411的力的惯性力。在典型的操作中，施加于活塞式主轴411上的力是变化的；因此，调谐液体423的惯性力也是变化的，这种变化按照不相关联的频率，即，隔离频率。隔振器401的隔离频率(fj可以通过下述方程式表述:
权利要求
1.一种隔振器，包括: 上部壳体和下部壳体； 限定上部流体腔的上部贮液壳体； 限定下部流体腔的下部贮液壳体； 活塞式主轴，通过上部弹性材料件弹性连接到上部壳体上，该活塞式主轴通过下部弹性材料件弹性连接到下部壳体上； 具有调谐通道的伸长部分； 置于该上部流体腔、下部流体腔、以及调谐通道中的调谐流体； 具有附着件的球面轴承组件； 其中该球面轴承组件至少部分围绕该下部壳体。
2.如权利要求1所述的隔振器，该球面轴承组件还包括: 至少部分为球形的球形弹性材料件。
3.如权利要求2所述的隔振器，其中该球形弹性材料件构造成绕中心点旋转变形，该中心点位于附着件的中心线平面上。
4.如权利要求1所述的隔振器，其中该球面轴承组件设置成具有近似于传动转轴的轴线的水平线位置。
5.如权利要求1所述的隔振器，其中该活塞式主轴被构造成用来连接到振动体上。
6.如权利要求5所述的隔振器，其中该振动体为飞机引擎、飞机传动装置、飞机推进器、和飞机旋翼中的至少一种。
7.如权利要求1所述的隔振器，其中该活塞式主轴被构造成连接到飞机的塔式组件上。
8.如权利要求1所述的隔振器，其中该球面轴承组件被构造成连接到飞机的顶梁结构上。
9.如权利要求1所述的隔振器，还包括: 将上部壳体刚性附着到下部壳体上的多个双头螺栓。
10.如权利要求9所述的隔振器，其中该多个双头螺栓分别延伸通过活塞式主轴中的多个孔径。
11.一种飞机的塔式系统，该塔式系统包括: 连接到传动装置上的塔式结构； 机体结构； 通过传动转轴和连接件与传动装置机械连接的引擎； 连接在塔式结构和机体结构之间的隔振器，该隔振器包括: 上部壳体和下部壳体； 限定上部流体腔的上部贮液壳体； 限定下部流体腔的下部贮液壳体； 通过上部弹性材料件弹性连接到上部壳体上的活塞式主轴，该活塞式主轴通过下部弹性材料件弹性连接到下部壳体上； 具有调谐通道的伸长部分； 置于该上部流体腔、下部流体腔、以及调谐通道中的调谐流体；具有附着件的球面轴承组件； 其中该隔振器的球面轴承组件位于该传动转轴的旋转轴的水平线位置附近。
12.如权利要求11所述的塔式系统，该隔振器的球面轴承组件还包括: 至少部分为球形的球形弹性材料件。
13.如权利要求12所述的塔式系统，其中该球形弹性材料件构造成绕中心点旋转变形，该中心点位于附着件的中心线平面上。
14.如权利要求11所述的塔式系统，其中该球面轴承组件至少部分围绕该隔振器的下部壳体。
15.如权利要求11所述的塔式系统，其中该传动装置是振动体。
16.如权利要求11所述的塔式系统，该隔振器还包括: 将上部壳体刚性附着到下部壳体上的多个双头螺栓。
17.如权利要求16所述的塔式系统，其中该多个双头螺栓中每一个双头螺栓都延伸通过活塞式主轴中的孔径。
18.如权利要求11所述的塔式系统，其中该球面轴承组件的位置使连接件中的偏差最小。
19.如权利要求1 1所述的塔式系统，其中该球面轴承组件的位置使连接件中的卡紧最小。
20.如权利要求11所述的塔式系统，其中该连接件位于该引擎和该传动装置之间。
全文摘要
本发明公开了一种机械最优化的液体惯性减振器和飞行器塔式系统，其中隔振器包括上部壳体和下部壳体；限定上部流体腔的上部贮液壳体；限定下部流体腔的下部贮液壳体；通过上部弹性材料件弹性连接到上部壳体上的活塞式主轴，该活塞式主轴通过下部弹性材料件弹性连接到下部壳体上；具有调谐通道的伸长部分；以及置于其中的调谐流体。该隔振器消去隔离频率上的振动力。该隔振器在塔式系统中使用，该塔式系统用于在飞机中安装传动装置。该隔振器位于塔式结构和顶盖结构之间。该隔离器包括位于传动转轴的旋转轴的水平线位置附近的球面轴承组件。
文档编号F16F7/10GK103195852SQ20131001009
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者莫里斯·D·格里芬 申请人:贝尔直升机泰克斯特龙公司