[發(fā)明專利]一種外表面附有分段約束阻尼層的無人機(jī)旋翼臂結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811173843.6
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109305344A
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚紅良;張欽;李秋楓;張世佳;丁志雨;聞邦椿
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: B64C27/00
• 分類號: B64C27/00;B64C27/32
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 俞魯江

本發(fā)明提供了一種外表面附有分段約束阻尼層的無人機(jī)旋翼臂結(jié)構(gòu)。該無人機(jī)旋翼臂包括旋翼臂本體、約束阻尼層與粘彈性阻尼層。旋翼臂本體采用碳纖維材料的空心圓柱結(jié)構(gòu)；約束阻尼層與粘彈性阻尼層采用分段空心圓柱殼結(jié)構(gòu)，且兩者材料分別采用鋁合金、ZN?1阻尼橡膠；旋翼臂、粘彈性阻尼層與約束阻尼層三者由內(nèi)向外依次緊密粘結(jié)。本發(fā)明通過在無人機(jī)旋翼臂的外表面附加分段式的約束阻尼層，利用旋翼臂的彈性彎曲振動使粘彈性阻尼層發(fā)生形變，從而使無人機(jī)旋翼臂的振動能量迅速耗散以進(jìn)行減振。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，不影響無人機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，且不需要額外的附加質(zhì)量以及控制裝置，增加了無人機(jī)飛行的穩(wěn)定性，在實(shí)際應(yīng)用中抑振效果顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械領(lǐng)域，具體是一種減震結(jié)構(gòu)，更具體說是一種多旋翼無人機(jī)的旋翼臂振動控制結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前，無人機(jī)在高空拍攝、物流、農(nóng)間作業(yè)等方面得到了廣泛應(yīng)用。尤其是近幾年迅速發(fā)展的油動式多旋翼無人機(jī)，因其承載能力的不斷提升，使其應(yīng)用得到了進(jìn)一步推廣，但大承載重量加劇了整機(jī)結(jié)構(gòu)的振動問題，不僅影響無人機(jī)飛行穩(wěn)定性，也極易造成無人機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)的破壞。

近年來，大量相關(guān)研究表明無人機(jī)的結(jié)構(gòu)振動主要來源于旋翼臂的共振，且該振動形式以彎曲模態(tài)為主。傳統(tǒng)的抑振方式通常包括主動式和被動式控制。被動式吸振器雖能在固有頻率處能夠產(chǎn)生顯著效果，但在無人機(jī)上額外附加具有相對較大質(zhì)量的吸振器將嚴(yán)重影響其續(xù)航能力、承重能力以及飛行穩(wěn)定性等；以壓電陶瓷為代表的主動式抑振方法具有較大的靈活性，對振動的低頻段具有良好的振動抑制效果，但是其控制系統(tǒng)需提供額外的能源供給裝置，不僅增加了整機(jī)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)成本，且降低了系統(tǒng)的魯棒性，故其在無人機(jī)旋翼臂的振動抑制的應(yīng)用中具有較大的局限性。

因此，人們期望獲得一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、不影響無人機(jī)主體結(jié)構(gòu)、且經(jīng)濟(jì)可行，抑振效果顯著的被動式抑制振動的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明針對無人機(jī)旋翼臂提供了一種通過在旋翼臂外表面附加分段約束阻尼層的振動抑制方法。該方法的原理利用旋翼臂的彈性彎曲振動使粘彈性阻尼層發(fā)生形變，而粘彈性阻尼層在變形過程將部分應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使無人機(jī)旋翼臂的振動能量迅速耗散進(jìn)行減振。同時，本發(fā)明通過采用分段式約束阻尼層的布置方法，增大了粘彈性阻尼層的剪切變形，從而提高了無人機(jī)旋翼臂的阻尼特性，抑振效果十分顯著。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種外表面附有分段約束阻尼層的無人機(jī)旋翼臂結(jié)構(gòu)，旋翼臂為空心圓柱結(jié)構(gòu)，其材料采用碳纖維；粘彈性阻尼層為分段空心圓柱殼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑與旋翼臂外徑相同，外徑與約束阻尼層內(nèi)徑相同；約束阻尼層為分段空心圓柱殼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑與粘彈性阻尼層外徑相同；旋翼臂外表面、粘彈性阻尼層與約束阻尼層三者由內(nèi)向外依次緊密粘結(jié)；所述粘彈性阻尼層與約束阻尼層均為分段設(shè)置，粘彈性阻尼層間設(shè)置切口，約束阻尼層間也設(shè)置切口。

粘彈性阻尼層材料采用ZN-1阻尼橡膠。

約束阻尼層材料采用鋁合金。

每段粘彈性阻尼層與約束阻尼層長度相等，相鄰兩段粘彈性阻尼層與約束阻尼層留有每段約束阻尼層長度5-8％的切口。

粘彈性阻尼層的厚度增加，變形容易，抑振效果好，但太厚會造成重量增加；約束阻尼層的厚度增加，總量也相對增加，因此，慣性較大，相對的粘彈性阻尼層的剪切力就大，但約束阻尼層太厚，會增加重量對無人機(jī)的能耗和性能影響較大；綜合考慮，粘彈性阻尼層的厚度為2-5mm，約束阻尼層的厚度為1-3mm。

為了保證在每段粘彈性阻尼層更加容易變形且約束阻尼層的慣性較大，粘彈性阻尼層的長度小于每段約束阻尼層長度。

為盡量增加約束阻尼層的長度且保證粘彈性阻尼層變形時相鄰的約束阻尼層不會碰撞，每段約束阻尼層間的距離為每段約束阻尼層長度的1.5-2％。