应用磁流变阻尼器的Stewart平台振动控制与仿真

作者：吴兆景、徐岩、叶际文、周瑾、金超武

(1.南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016）

(2.昌河飞机工业集团有限责任公司，江西 景德镇 333002)

摘要：为了抑制直升机飞行过程中的机身振动，引入磁流变半主动控制技术和立方结构Stewart平台，提出一种应用磁流变阻尼器的直升机主减隔振平台，确定了磁流变阻尼器和隔振平台结构参数，建立了隔振平台的动力学仿真模型，基于等效天棚阻尼开关控制和等效天棚阻尼模糊控制策略进行仿真分析。研究结果表明：隔振平台满足设计要求，能有效抑制某型直升机旋翼/主减系统一阶通过频率23.9Hz的振动载荷向机身的传递，在等效天棚阻尼模糊控制下，隔振效率能够达到80%，同时在高频区也具有一定的隔振效果。

关键词： 磁流变阻尼器；Stewart平台；直升机主减；半主动隔振

中图分类号：TB535   文献标识码：B   文章编号：2095-509X(2019)04-0018-06

 振动问题一直是直升机发展过程中所面对的重要难题之一。旋翼是直升机的主要振源。主减速器（以下简称“主减”）是旋翼振动载荷向机身传递的必经路径，通常需要在主减与机身之间连接一套隔振装置，以减小6个旋翼激振力（力矩）向机身的传递。目前，广泛应用于直升机振动领域的被动隔振方式受设计参数所限，只对特定的振动频段有效，对非特定变化的环境和负载无适应性。主动隔振方式存在可靠性低、能耗大等问题，而航空航天领域对可靠性的要求又极高。应用磁流变（Magnetorheological，MR）阻尼器的半主动隔振具有耗能少、可靠性高和阻尼力可调等优点；Stewart平台具有结构紧凑、承载能力强和精度高等优点，是实现空间六自由度隔振的理想结构。因此，本文提出一种应用MR阻尼器的Stewart半主动隔振平台，以抑制旋翼/主减系统振动载荷向机身的传递。

1 MR阻尼器的力学模型

剪切阀式MR阻尼器由于具有结构简单、出力大、可靠性高等优点，在振动控制领域有良好的适用性。其一般采用活塞缸筒结构。

塞与缸筒间的环状空间是磁流变液的流动间隙。电流通过线圈时在环状空间内产生径向磁场，当活塞相对缸筒运动时，流动间隙中的磁流变液在磁场作用下由牛顿流体变为Bingham流体，其剪切屈服强度有2~3个数量级增大；当撤去外加电流时，磁流变液又能在毫秒量级时间恢复原来流动性质。通常采用Bingham模型来描述稳定剪切场下磁流变液的本构关系，可推导出磁流变阻尼器产生的阻尼力。

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收稿日期：2017-10-30

基金项目：航空科学基金资助项目（20155752052）；江苏高校“青蓝工程”资助项目

作者简介：吴兆景（1991—），男，硕士研究生，主要研究方向为振动控制、机械系统动力学，wzjing@nuaa.edu.cn.

通讯作者：徐岩，Xuyan@nuaa.edu.cn.

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