CN100538092C - 有选择地隔绝固源噪声的方法、叠层球窝接头、机械连接以及飞机 - Google Patents

Abstract

在一旋翼飞机中，借助于一用于传动齿轮箱的一悬置杆(13)的叠层式球窝接头(15)米隔绝固源噪声和振动。该球窝接头包括至少两个阻尼层(19)，它们专用于在0至7000Hz范围内隔绝的频带。为此目的，阻尼层(19)和可能同样地也专用的交替插入层(20)具有的形状和/或尺寸和/或物理特性参数随在预定频带内隔绝的频率变化。

Description

有选择地隔绝固源噪声的方法、叠层球窝接头、机械连接以及飞机

技术领域

本发明总的涉及有选择地隔绝固源噪声和施加到一旋翼飞机上的振动。

背景技术

下面对所谓的术语“有选择地隔绝固源噪声”进行解释。首先涉及到噪声的概念，应理解到本发明适用于物理振动的领域，具体来说，适用于可听见的声音范围。

然而，在本文中术语“噪声”应广义地理解，即，有时它超过人耳能感觉的频谱，换句话说，即可听见的频谱。在这一点上，有时称作“高”频率。

然而，本发明有时也涉及其它范围的振动，在可听见频谱的两侧上。例如，本发明不仅涉及有时带来麻烦(尤其对于某些动物)的超声波频率，而且涉及有利于飞机声覆盖区(sound footprint)的亚声波频率。

本发明涉及固体承载的振动传递。例如在一飞机中，噪声的两个传播路径一般地区别如下：

—首先，噪声通过飞机的各个壁进行辐射的路径，该噪声路径称之为“空气承载”的噪声；以及

—第二，噪声可从振动材料传输到振动材料，这意味着振动着的各组件贡献一附加的噪声源：该噪声称之为“固体承载”的噪声。

最后，下面解释隔绝概念。本申请适用的隔绝寻求减小固体承载的振动的传输。照此类推，它多少类似于低通滤波器中所发生的情形。

发明内容

因此，本发明的第一目的是提高诸如直升飞机那样飞机中乘坐者的舒适性。其次，不管是从飞机内还是飞机外感觉到，它总体寻求减小从飞机发出的噪声。

为此，本发明作用在一机械连接上，该机械连接将一动力传输齿轮箱(例如，一主传动齿轮箱MTG)连接到一旋翼飞机的力传递结构上。

应该可以观察到，本发明适用于已知为主齿轮箱那样类型之外的传动齿轮箱，尤其是，在设置有多个提升和推进旋翼的飞机中，它们中的至少某些旋翼具有其自已的齿轮箱。

在任何情况下，如此的飞机内大部分的噪声最初来自于这样的齿轮箱。

例如，如果考虑主转动齿轮箱，则它安装在诸如一个或多个涡轮机的发动机单元和一主旋翼之间，所述主旋翼用来对飞机提供升力和使它前进的推进力。

齿轮箱放置成使其总轴线基本上平行于旋翼的主杆。它通过相对于飞机的传力(即，载荷承载)结构的MTG悬置杆而悬挂下来。

在实践中业已发现：除了由所述齿轮箱驱动的旋翼产生的振动之外，齿轮箱还经受高强度的振动。

因此，飞行中在诸如EC155(Dauphin)直升飞机那样的飞机中感觉到的振动包括：由齿轮箱的齿轮产生的啮合传动谱线(gearing spectrum line)。例如，这些啮合传动谱线在大约几个赫兹(Hz)、2000Hz、4000Hz和尤其在6000Hz的频率处呈现高的幅值。

令人惊讶的是，业已发现在具有基本上相类似的发动机和传动单元的飞机范围内，隔绝的噪声通常在相同的频率处具有高的幅值。其结果，对于任何一个给定类型的飞机所实施的分析通常至少大概地适用于范围内的多个不同的飞机。

还在这样一飞机上进行飞行时，可看到齿轮箱悬置杆(suspension bar)内的加速度谱对于主谱来说基本上在1000Hz至7000Hz范围内(见图4)。如果比较悬置杆头部处测量的加速度谱(顶部曲线T)和其底部处的加速度谱(底部曲线P)，则可以看到有一定程度的衰减，尤其是在1000Hz以下和3500Hz以上时。

这样的加速度和振动特别有害，因为它们特别容易限制飞机的最大速度，从而隔绝其结构强度，并影响到其乘坐者的舒适性。

因此，合适地是，尽可能地阻止这样的振动从主齿轮箱传递到传力结构，以避免承受所述振动或加速度的元件过早地磨损，并使飞机驾驶员座舱和乘客舱具有舒适性。

然而，在飞机领域内，因为有强加的安全和标准的要求，所以尺寸的问题特别地受到限制。

因此，本发明首先源于使用有限元法，塑造齿轮箱和承载结构之间的连接的模型。

对于每一类型悬置杆所给定的纵向平均刚度，可以推断出纵向牵引/压缩应力内的固有振动模式位于3000Hz、6000Hz，和9000Hz附近。

悬置杆在牵引/压缩中的固有振动模式的这些值偏离朝向低频，如果在杆的根部处添加附加的刚度，则固有振动模式的这些值在高频处衰减。

根据以上的观察，本发明源于确定隔绝需被过滤的固源噪声和振动的诸参数，这样，在第一自然频率处(例如，低于1300Hz)，使发生放大的范围尽可能小而发生衰减的范围尽可能大。

从以上结果可以推知：一系统为一叠层球窝接头形式，尤其是通过把该球窝接头的诸组件的形状、尺寸和物理特性参数用到待过滤的的如此这般的频率范围，该系统可理想地隔绝固源噪声和振动。

为此目的，需考虑“前后关系的”诸数据。根据情况而定，该前后关系的数据可从下面选择：

—球窝接头的叠层组件的静态刚度；

—球窝接头的叠层组件的动态刚度；

—球窝接头的叠层组件的阻尼；

—可接受的最大静态力；

—可接受的最大动态力；

—涉及寿命的准则和耐疲劳的能力；

—鉴定要求；

—组件的最大可接受的位移；

—组件的最大可接受的不对准；

—组件的尺寸和重量；

—耐受火灾和化学侵袭的能力；以及

—成本。

从以上的数据可能得出的结论是：通过确定要着手的至少一个频带，即在上述实例中是1000Hz至3000Hz来开始是合适的。

在实际的方法中，频带是从500Hz至4000Hz选择的，同时注意还要功能性地提供悬置杆相对于其各个锚固点的低频位移(例如，在0至100Hz的范围内)。

给定了用于隔绝的该频带，然后需确定叠层球窝接头诸组件的形状、尺寸和物理特性参数。

例如，对于球窝接头的一弹性体层的刚度则可确定一近似值(例如，每毫米3×107牛顿(牛顿/毫米)，一静态载荷约为每个悬置杆30000N，一最大操作温度约为80℃，伸长的量级为0.3mm至1mm，可接受的角度偏转约±1°)。

在一实施例中，对于约600牛顿/毫米至700牛顿/毫米的轴向静刚度来说，约25×106牛顿/毫米至35×106牛顿/毫米的一径向刚度总体上给予叠层式球窝接头。

因为以上所述固源噪声和振动是“有选择的”，在“高频”噪声被悬置杆与传力结构或主传动齿轮箱的外壳之间的叠层球窝接头过滤这个意义上，，因此，在本发明中借助于专用于至少一个频率范围的所述球窝接头的两个叠层中的至少一个层来实现。

在此阶段，但未进入到本发明的细节，可以理解为专用的隔绝参数涉及(在数值、材料规格、构造等方面)叠层球窝接头的各种方面，诸如以下所规定的：

—涉及球窝接头的总体结构：

球窝接头的外保持架的局部形状：例如，不管其是否设置有一保护其抵抗环境侵入的封闭外壳；以及

所述外保持架的尺寸：例如，为了获得大的隔绝面积，使其能相对于机械的和标准的要求将外保持架超尺寸；以及

—涉及球窝接头的内部结构：

专用的柔性和刚性层的数量；

各个所述专用层的形状(球形、子弹形等)；

各个所述专用层的尺寸和厚度；

各个所述专用层的动态和声特性；

被各个所述专用层过滤的频率的分配；以及

规定用于各个专用层的材料。

有时，本发明的隔绝可与以下组合：

—在杆内进行预过滤(例如，根据法国专利文献2815603)；以及

—在叠层式球窝接头的环箍(strap)内进行预过滤(例如，根据美国专利2417347)；以及

—在一球窝接头的安装配合和传力结构和/或齿轮箱外壳之间预/后过滤。

下面叙述有关直升飞机齿轮箱噪声的有选择的振动隔绝的文献。

法国专利文献2 499 505和2 669 982描述了用于直升飞机的主传动齿轮箱的悬置装置，它们对于减小由升力和推进旋翼产生的振动特别地有效。轴承或紧固杆或零件围绕传动齿轮箱沿径向分布。它们的顶端连接于齿轮箱的顶部，而它们的底端铰接到悬置叶片(suspension blade)或机身上。

可供选择地是，一悬置系统将齿轮箱的底部连接于飞机的机身并包括多个悬置叶片，这些叶片围绕齿轮箱在基本上正交于旋翼轴线的一平面内沿径向分布，使诸径向内端固定于齿轮箱的底部齿轮箱并将诸径向外端铰接于机身。

与对应的诸支承零件相关联、位于诸零件的底端(FR 2 499 505)或其顶端(FR2 669 982)的共振器装置基本上用来减小由所述轴承零件传输的旋翼振动。

法国专利文献2 787 161描述了一种抗振装置，它用来减小由旋翼飞机的齿轮箱悬置传递的振动。一弹性的环形元件和共振器装置插入在杆的中间。振动产生交替的旋转运动，而共振器装置产生一抗振动的内力，以抵抗所述的振动并减小所传递的振动量。

法国专利文献2 815 593描述了一种用于地面车辆的一抗滚动杆(anti-roll bar)的连接的球窝接头。根据文献FR2 815 593，该球窝接头寻求过滤小幅值的振动，这通过润滑球窝接头并不能正确地实现，球窝接头还是噪声和易碎且使有不充分的角度偏转。为此，球窝接头具有一叠层结构，该结构具有诸柔性层和诸刚性层，这些层被施加预应力并封闭在两个焊接的套筒之间。诸叠层显现得小和均匀的厚度。

法国专利文献2 474 996描述了一种用于直升飞机主传动装置的悬置的抗共振的悬置装置。该装置具有多个带柔性插入物的球窝接头，该插入物用来传递来自倾斜杆的力，以便将一主齿轮箱连接到直升飞机的机身结构上。这些接头中的一个放置在远离杆铰链的一锚固曲轴摇杆(anchor crank rocker)上并包括一包围球窝接头轴线的叠层，该叠层具有两个被中间环分离开的同心的弹性体层。

法国专利文献2 807 910描述了一种用于旋翼飞机的传动齿轮箱的悬置装置，它具有一阻尼器结构，该阻尼器结构具有一其内填充了一固体物的聚集体的内凹部。

法国专利文献2 815 603描述了一种隔音板，它包括形成一密闭的内部空间的两个相对的板，其中，一固体物的聚集体接触并完全地填满所述空间。

美国专利2 417 347描述了用于飞机中的阻尼器装置，它在给定频率或振动范围内操作。带有杆外壳的圆柱形的保持架几乎完全被一由诸多体积颇大的颗粒构成的一物料所填充，以便通过耗散热量来阻尼振动。

美国专利4 781 363描述了一种具有初级和次级流体腔室的抗振装置，两个腔室安装在直升飞机的主传动齿轮箱与机身之间，以便减小它们之间的振动传递。

美国专利5 523 530描述了一种绝缘材料，它用来过滤由齿轮噪声产生的高频即直升飞机机舱内讨厌的主要噪声源。为此，提供具有待插入的诸叠层的一球窝接头(图4)，以便过滤直接介于一齿轮箱外壳与一直升飞机结构框架之间的所述高频。

美国专利5 902 050描述了一种具有一预应力的弹性体元件的球形轴承，以便提供对振动和噪声的隔绝。该文献5 902 050的球形轴承是用于卡车或拖拉机中的缆索连接或离合器连接。在附图中，一预应力的球形弹性体环首先组装到一金属内芯内，其次组装于一塑料外构件，它在杆的端部处本身被封闭在一外壳内。

然而，对衰减甚或通过一旋翼飞机的一主齿轮箱的诸悬置杆让觉察不到的固体承载的高频噪声的通过，这些文献都没有提出具体和优化的解决方案。

本发明具体地寻求解决上述这些问题。尤其是，本发明提出有选择地隔绝施加到一旋翼飞机的固源噪声和振动，尤其是在以下方面能做到：

—完全机械的，不需任何电子系统；

—实施中故障保护；

—适于实现有选择地过滤，达到接近100％的水平；

—重量轻、紧凑、可靠和长寿命；

—没有危险，对飞机(关键零件)没有不可接受的冲击；

—遵从适用的鉴定和/或标准的要求；以及

—高度集成。

为此目的，在一个方面，本发明提供一种方法，该方法在叠层式球窝接头中、在首先为一悬置杆与其次为一传力结构和/或飞机的一传动齿轮箱的外壳之间，隔绝施加到一旋翼飞机的固源噪声和振动，该方法包括至少一个步骤：准备一叠层式球窝接头，该叠层式球窝接头包括：至少一外环箍(outer strap)和一连接轴，该连接轴用来将球窝接头对应地锚固到传力结构或一传动齿轮箱；以及至少两个阻尼层和一交替插入的刚性层。

根据本发明，先于上述准备步骤的一确定步骤提供确定至少一个用于在0至7000Hz范围内的隔绝的频带，准备叠层球窝接头的步骤包括一频率分配阶段。

该分配阶段提供至少两个阻尼层和/或至少一个交替插入的刚性层，以便通过对所述层赋予形状和/或尺寸和/或物理特性的参数，分别有选择地专用于至少一个确定的频带(例如，仅一个或多个确定的频带)，所述赋予参数应是这样：在确定频带的至少一个频率处，诸所述层执行有选择的隔绝。

在一实施例中，准备叠层式球窝接头的步骤包括一利用有限元法对至少一个球窝接头进行模拟的阶段，然后，是一利用有限元法对诸阻尼层和/或刚性层的诸隔绝参数中的至少一个进行预先评估的步骤，对于在频率分配阶段中使用的叠层球窝接头的第一固有频率以此方式获得尽可能大的衰减值，以便实际地计算赋予诸层上的诸参数。

在一实施例中，准备叠层球窝接头的步骤包括至少一个积分选自以下的相互关系数据的阶段：组件的静刚度；组件的动刚度；组件的阻尼；最大可接受的静力；最大可接受的动态力；涉及寿命和抵抗疲劳的能力的准则；鉴定要求；组件的最大可接受的位移；组件的最大可接受的不对准；以及组件的尺寸和/或重量。

在一实施例中，准备叠层球窝接头的步骤包括至少一个例如在频率分配阶段的过程中计算诸参数的阶段：

—对于球窝接头的外环箍的局部形状，例如，设置有一保护阻尼层和/或刚性层抵抗环境侵袭的封闭的外壳；和/或

—对于所述外环箍的尺寸，例如，为了获得大的隔绝面积，使外环箍相对于机械的和/或标准和/或鉴定要求超尺寸。

在一实施例中，准备叠层球窝接头的步骤包括至少一个决定阶段：

—专用的弹性体层和由此插入的刚性层的数量；以及

—各个专用层的形状，例如球形、子弹形；以及

—各个专用层的尺寸和厚度；以及

—专用于各个专用层的材料。

在一实施例中，确定步骤还包括一阶段，其中，在人听不见的频谱内，例如超声或亚声的频谱内，确定至少一个用于隔绝的附加的频带。

本发明还提供一用来在旋翼飞机中隔绝固源噪声的叠层式球窝接头，该球窝接头在首先一悬置杆与其次一传力结构和/或飞机的传动齿轮箱时一外壳之间提供一铰链连接。

所述球窝接头包括：首先至少一个外环箍和一连接轴，该环箍和轴用来将球窝接头对应地锚固到传力结构或齿轮箱外壳；其次两个阻尼层和一交替插入的刚性层。

根据本发明，球窝接头包括至少两个阻尼层和/或至少一个刚性层，它们对应地布置成专用于在0至7000Hz范围内隔绝的频带，所述层具有的形状和/或尺寸和/或物理特性参数被用来在确定的频带的至少一个频率处提供有选择的隔绝。

例如，传动齿轮箱是一主齿轮箱，由此，转动一用来提供驱动和升力的主旋翼。

在一实施例中，叠层式球窝接头呈现的参数选自：组件的静刚度；组件的动刚度；组件的阻尼；最大可接受的静力；最大可接受的动态力；涉及寿命和抵抗疲劳的能力的准则；鉴定要求；组件的最大可接受的位移；组件的最大可接受的不对准；以及组件的尺寸和/或重量。

在一实施例中，叠层式球窝接头具有的参数首先选自外环箍的局部形状(例如，所述环箍设置有一保护阻尼层和/或抵抗环境侵袭的刚性层的密封的外壳)，和/或其次选自所述环箍的尺寸(例如，阻尼层和/或刚性层具有延伸的隔绝表面，它们相对于机械的和/或标准和/或鉴定要求是超尺寸的)。

在一实施例中，叠层式球窝接头在截面的纵向的高度上呈现出一外形，该外形基本上呈椭圆形，例如，具有一内芯用来接受连接轴，该轴的轮廓基本上是球形并具有一从球形轮廓突出的外轴向轮缘。

在一实施例中，叠层式球窝接头具有一接受器外环箍(receiver outer strap)，它具有基本上呈矩形的截面，例如，具有一轴向的尺寸，该尺寸小于用来接受连接轴的内芯的对应尺寸。

在一实施例中，叠层式球窝接头具有至少三个弹性体之类的专用阻尼层，例如，具有一轮廓，该轮廓具有一直线的边缘，该边缘形成一约5°至15°的角度，尤其是该角度约为10°。

在一实施例中，叠层式球窝接头包括至少三个高合金不锈钢的刚性层，例如淀积硬化钢，尤其是与铬(11％至18％重量计)、镍和铜形成的合金。

在一实施例中，阻尼层的材料和刚性层的材料适于具有与叠层式球窝接头可望达到的最大限制相容的特性，温度高达约—50℃(负摄氏50°)至+110℃，尤其是+80℃。

在一实施例中，叠层式球窝接头使用如上所述的隔绝方法进行准备。

本发明还提供一机械的连接，用来有选择地隔绝旋翼飞机中介于一传动齿轮箱和一最终传力结构之间的固源噪声和振动。该种连接包括至少三个悬置杆，它们在一向下展开的结构中沿竖向方向延伸并连同至少两个装置一起抵抗负扭矩。

在本发明的这个连接中，至少一个悬置杆包括一铰接到传动齿轮箱和/或传力结构的诸端部中的至少一个端部处的叠层式球窝接头，所述叠层式球窝接头是如以上所述的，和/或如上所述地利用隔绝的方法进行准备的。

在一实施例中，机械连接的各悬置杆设置有一叠层式球窝接头，例如，插入在铰接到传力结构和所述结构的一锚固配件(anchoring fitting)的各端部之间。

在一实施例中，叠层式球窝接头的外环箍焊接到悬置杆的端部。

例如，这可用电子束焊接方法实施。

在一实施例中，叠层式球窝接头的连接轴用螺钉等连接到该锚固配件上，例如，所述锚固配件包括用来连接到连接轴上的一对板，连接轴通过一紧固腹板互连以紧固到一锚固的底板上，底板上设置有可释放的组装装置(assembly means)，该装置设置在至少两个相交的板上，诸板中的至少一个抵靠于传力结构而被放置。

本发明还提供诸如直升飞机之类的旋翼飞机，该类型的飞机适用于实施该方法和/或使用叠层式球窝接头，和/或包括如上所述的机械的连接。

附图说明

下面参照以非限制方式给出并显示在附图中的实施例描述本发明，其中：

图1是显示出根据本发明的一旋翼飞机的轴向剖切的视图，该飞机具体来说是一直升飞机，是从上方、并从带有其前端或在左边的“鼻”到其后端或在右边的“尾”的一侧观看的视图；

图2是从上方观察显示接受一主传动齿轮箱(MTG)的底部的一表面的简化的平面视图，主传动齿轮箱包装在直升飞机的一传力结构上，具有两个装置来抵抗负扭矩；

图3是从侧面观察、显示位于一传力结构上的一主传动齿轮箱(MTG)的局部的示意侧视图，其中具有根据本发明的一机械连接和叠层式球窝接头；

图4是示出分别在所述杆的顶部和底部处测量的悬置杆内的加速度谱的曲线图(顶部曲线T、底部曲线P)，示出低于1000Hz高于3500Hz的衰减；在此图中，横坐标给出频率(Hz)，而纵坐标给出加速度值；

图5是根据本发明的一叠层式球窝接头连同一封闭的外壳的轴向截面图；

图6是本发明的一叠层式球窝接头的实施例的局部的轴向截面图，该球窝接头具有的外形基本上呈椭圆形或从外环箍扩朝连接的轴线展；

图7是图6叠层式球窝接头的局部的横截面图；

图8是从具有一悬置杆和本发明的一叠层式球窝接头的机械连接的底端观看并显示在一轴向平面(包含纵向X和径向或横向Y)内的视图；

图9是显示带有叠层式球窝接头的图8的连接的纵向截面图，该球窝接头将占据位于固定到放置在顶部处的一传力结构的一配件内的底部位置；以及

图10是图8和9所示连接的横向和竖向平面(Y、Z)内的平面图。

具体实施方式

下面描述本发明的实施例。

在附图中，相同的元件用相同的标号表示，还显示了三个互相正交的方向。

一“竖”方向Z对应于结构在位时的高度和厚度，其中被描述如下：诸如上/下或底/顶那样的术语都是相对于该结构而言。为了简化起见，该竖向Z有时称其为垂直向。

另一方向X称作为轴向并对应于结构在位时的长度或主尺寸，其中被描述如下：诸如前/后那样的术语都是相对于该结构而言。为了简化起见，该轴向X有时称其为水平向。

还有另一方向Y称作为“横向”并对应于结构在位时的宽度或侧向，其中被描述如下：术语“侧”是相对于该结构而言。为了简化起见，该横向Y有时也认为是水平向。

在图1中，标号1总体表示一旋翼飞机。具体来说，该飞机1是一直升飞机。

方向X和Y一起限定一“主”平面(X、Y)，在此平面内，支承多边形和飞机1的一着陆平面通常是内接的。

如上所述，用来对直升飞机1提供推进力和升力的主旋翼3的诸叶片2被一主传动齿轮箱(MTG)4驱动，该主传动齿轮箱被强制转动主旋翼3的一主杆5。

此外，图1的飞机1具有一抗扭矩旋翼6，它也连接到齿轮箱4并设置有多个叶片。

类似于主旋翼3，旋翼6在正常操作中被一驱动单元(未示出)驱动，例如，该驱动单元包括一个或多个涡轮机。该驱动单元功能性地连接于齿轮箱4(MTG)。

图2和3示出一个方面，其中，主传动齿轮箱4可安装在飞机1的传力结构7上。通常，该结构7形成一顶部传动支承平台的部分。

在齿轮箱4的一外壳9的底部8借助于沿直径方向上的相对(围绕垂直于X、Y平面的一竖轴线沿直径方向相对)的一对抵抗负扭矩的装置10安装在一锚固表面上，每个所述装置设置有一可调整的止动器11和扭矩缓冲器12。

此外，主齿轮箱4通过诸悬置杆13连接于传力结构7。图2中有四个这样的悬置杆13。

在一构造中，两个悬置杆13从(锥形)外壳9的顶部处的一前部向下延伸到飞机1的传力结构7。

这些前部的悬置杆13设置成一垂直的稳定角(在包括杆的轴向中间纤维(mid-fiber)的竖向平面内进行测量)，它小于其它两个作为后面杆的杆13的对应角。

换句话说，前面的悬置杆13相对于纵向X或横向Y的坡度没有后面杆13的坡度陡。

然而，从图3中可见，后面的悬置杆13比前面的悬置杆13彼此更加宽地离散开(突出到X、Y平面上)。

在图3中，各个悬置杆13首先通过一枢轴铰链连接于主齿轮箱4的锥形外壳的一短小突出部14。这形成MTG的各个悬置杆13的顶部锚固。

应该观察到：一介于主传动齿轮箱4与传力结构7之间的机械连接16包括如上所述的组件10至14。

此外，尽管图1的实例示出一直升飞机，其中，噪声和振动隔绝被施加到用于主齿轮箱4的悬挂装置上，但本发明不局限于该实例。

相反，本发明也可用于其它的飞机1并带有传动齿轮箱的其它类型的悬挂装置，且这些飞机不是必需有主齿轮箱。

连接16，更精确地说，诸悬置杆13的诸底部锚固件还包括本发明的对应的诸叠层式球窝接头15，用来隔绝固源噪声。

因此，各个球窝接头15不是唯一地用来在一悬置杆13和传力结构7和/或飞机1的主传动齿轮箱4的外壳9之间提供一铰链连接。

这样一球窝接头15特别是包括：

—一外环箍17；以及

—一连接轴18。

环箍17和轴18用来将一悬置杆13锚固到结构7上(底部安装)或齿轮箱4的外壳9上(顶部安装)。

此外，从图5至7中可见，球窝接头15在环箍17和轴18之间具有至少两个阻尼层19连同至少一个交替插入的刚性层20。

在一实施例中，诸层19和20形成一组合件，它通过在一压机上进行的卷边固定于环箍17。

在图5中，实例的叠层式球窝接头15包括六个阻尼层19和因此五个交替插入层20。在此实例中，各个阻尼层19专用于在本实施例中待隔绝的一个频带，即，大约600Hz、1000Hz、1500Hz、2300Hz、2800Hz，或6000Hz。

层19和交替插入的刚性层20在此实施例中用作共振器，其作用方式在法国专利文件2 499 505或2 669 982中予以解释。

在确定涉及阻尼层19和刚性层20的形状、尺寸和物理特性等的参数的同时设计球窝接头15，以便在选定的频带内的频率处获得有选择的隔绝。

在图6中，实例的叠层式球窝接头15包括四个阻尼层19和三个交替插入层20。这些层19和20布置成专用于隔绝在0至7000Hz的频带，例如在0至4000Hz范围内。

在诸实施例中，层19和20呈现被优化的、诸如阻尼器或耗散器面积那样的形状参数，尤其是在其尺寸方面。

同样地，它们的物理性能确定为阻尼层19和刚性层20所专用的频带的函数。

在一实例中，诸层19由弹性体材料制成，可填充有颗粒或插入物，以便在选择的频带内实施有选择的隔绝。在该实施例中的刚性层20用不锈钢制成，该不锈钢具有良好的延展性和经受住沿Z和Y轴线的力和沿X轴线的横向力的组合的特性。

在诸实施例中，球窝接头15具有被选择的诸参数，它们作为以下数据的函数：

—诸层(19、20)的静态刚度；和/或

—诸层(19、20)的动态刚度；和/或

—诸层(19、20)的阻尼；和/或

—由诸层(19、20)接受的静态力；和/或

—最大动态力(对诸层19、20)；和/或

—寿命准则和球窝接头15的耐疲劳能力；和/或

—对悬置杆13的鉴定要求；和/或

—最大可接受的位移(17和18之间)；和/或

—最大可接受的不对准(17和18之间)；和/或

—经受火灾和化学侵袭的能力；和/或

—特别是，各球窝接头15的总尺寸和/或重量。

在这一点上，涉及到化学侵袭，则规定鉴定准则标准需要有经受住发动机油、油蒸气、尤其是燃气的能力。

在一实施例中，叠层式球窝接头15具有从以下选取的诸参数：

—对于外环箍17的局部形状：例如，环箍17可设置有保护诸阻尼层19和诸刚性层20抵抗环境侵袭的一封闭的外壳21(图5)；和/或

—球窝接头15的诸组件的尺寸。

例如，诸层19和20布置有一具有一凹陷侧的形状(例如，一曲线截面的环形或一锯齿线截面的环形)，该凹陷侧面向连接轴18(即，沿径向朝向球窝接头15的内部，因此，它们的正视图如图5至7所示)。

因此，诸层19和20具有提供隔绝的大面积的诸表面，因为它们相对于球窝接头15在机械和/或标准和/或鉴定方面的要求已是超尺寸的。

在图6中，球窝接头15具有一沿竖向的纵向截面，其具有一大致呈椭圆形的外形。

具体来说，球窝接头15具有一接受连接轴18的内芯22。内芯22的轮廓基本上是球形并呈现从所谓球形轮廓22从其各个纵向端(X轴线)突出的一外轴向轮缘23。

例如，封闭外壳21的一面颊板可密封在内部并抵靠于这样的一轮缘23。

仍参照图6，球窝接头15具有一外环箍17，其截面基本上呈矩形(当沿纵向平面X、Z观看时)。在此实例中，所述环箍17的轴向尺寸小于(即，短于)内芯22的对应尺寸。换句话说，内芯和所述球窝接头15的诸层19和20的一部分相对于环箍17沿纵向地突出。

在此实施例中，球窝接头15具有至少三个专用的阻尼层19，其由弹性体制成，它的轮廓形成一延伸的直线边缘，边缘呈现一约5°至15°的角A，尤其是等于约10°。

在一实例中，选择阻尼层19的材料以在静刚度上提供选取的参数，沿竖向方向(Z)赋予大约30000牛顿/毫米的值。

因此，轴向刚度(沿纵向X)小于4000牛顿/毫米，例如位于2900牛顿/毫米至3500牛顿/毫米的范围内，尤其是小于3200牛顿/毫米。

在其它的实施例中，可发现量级为10000牛顿/毫米至8000牛顿/毫米的刚度值，例如，根据飞机1的类型，视其是一轻型飞机(诸如EC120 Colibri直升飞机)还是一重型飞机(诸如AS332 Super Puma直升飞机)。

扭转刚度对于选取诸层19的诸参数具有一定的作用，以便确保其为约每度5牛顿米(牛顿米/°)至15牛顿米/°，例如8牛顿米/°至12牛顿米/°，尤其是10牛顿米/°。

该叠层式球窝接头15还具有三个刚性层20，具体由高合金不锈钢制成。在此实例中，这是淀积硬化钢，尤其是与铬(11％至18％重量计)、镍和铜形成合金。

此外，阻尼层10的材料和小范围的刚性层20应这样选择，使其与球窝接头15所预期的最大热应力相容。例如，材料应与赋予这样一球窝接头15的要求相容，其覆盖的温度范围在约在一50°至+110℃，或至少为+80℃。

对于上述球窝接头15的结构，下面更广泛地描述与本发明的隔绝固体承载噪声相关的机械连接，它用来将主传动齿轮箱4连接于飞机1的传力结构7。

一般来说，该连接包括至少三个悬置杆13。

在图3的实例中，该连接实际上具有四个杆13，它们相对于竖方向Z在一向下展开的构造中延伸，并连同两个装置10一起抵抗负扭矩。

在图3中，各个悬置杆13在其底部铰链端，即在其铰接到传力结构7的端部处，具有一叠层式球窝接头15。

机械连接的所有悬置杆13设置有对应的球窝接头15，它插入在铰接到传力结构7的端部与结构7的一锚固配件24之间。

具体来说，球窝接头15的连接轴18通过螺钉紧固等连接到锚固配件24上。在此实例中，每个锚固配件24包括用来连接于轴18的一对板，并通过一紧固腹板互连到一锚固底板上，该底板设置有可释放的组装装置，该装置设置在至少两个相交平面内，其中一个被抵靠于传力结构7而放置。

在此实施例中，球窝接头15的各个外环箍17在标号25处(图3)焊接到对应的悬置杆13的底端。这稍有点令人惊讶，因为诸如螺钉紧固的连接比焊接25的连接产生的从球窝接头的过滤更大。然而，因为诸如鉴定强制性方面有关的数据，焊接在此实例中是必须有的。

在图8至10的实施例中，球窝接头15的杆13和环箍17之间的组装通过电子束焊接获得，尤其是，因为与电弧焊接相比该类型的焊接具有较高强度的质量。

在其它实施例中，只有某些杆13具有一单个球窝接头15，而其它杆13的两端，即，在其底部铰链端处和连接到齿轮箱4的外壳9的顶部铰链端处(图3中的锥形处)，各具有一球窝接头15。

对于以上详细描述的叠层球窝接头15的结构，下面将描述它如何被设计应用于本发明的隔绝方法中。

总而言之，该方法包括至少一个准备一叠层式球窝接头15的步骤，该球窝接头具有至少一个外环箍17和一连接轴18，还连同至少两个阻尼层19和一交替插入刚性层20，其中的该连接轴用来将球窝接头15锚固到传力结构7或主齿轮箱4的外壳9上。

本发明提供一“确定”步骤。

该步骤在准备步骤之前执行并在于确定至少一个待隔绝的频带，例如位于0至7000Hz的范围内。

以上的观察结果可得到优点，由此，在具有传动齿轮箱4和基本上类似的诸发动机单元的飞机1的范围内，噪声的隔绝基本上在相同频率处的高幅值处实施。

在本发明的某些实施例中，对一给定类型的飞机实施的确定可适用于范围内的其它飞机1。

在实践中，本发明是针对尤其随飞机1的一模型变化而准备的一单个叠层球窝接头15的设计的，然而有时这样的本发明能对同一范围内的其它飞机1完全有效。自然，严格的相符还需证实且这被看作是不允许的。

例如，位于800Hz至4000Hz范围内的多个频带源自该确定步骤。

从该确定步骤起，准备球窝接头15的步骤还包括一频率分配阶段。

该频率分配阶段提供至少两个阻尼层19和/或交替插入层20，以便分别有选择地专用于至少一个确定的频带。

这对于诸层19和20赋予有关形状和/或尺寸和/或物理特性的参数。

这些赋予的参数使得诸层19和20在确定频带内的各频率处提供理想的有选择的隔绝。

为此，准备球窝接头15的步骤一般地包括一有限元模拟阶段(finite elementmodeling stage)，其特别适用于球窝接头15。在某些实施例中，机械连接的其它组件也可在该步骤过程中以此方式进行模拟。

此后，利用有限元实施一预评价的步骤，它评价诸层19和/或20的至少一个隔绝参数。

因此，获得一对于叠层式球窝接头15的第一固有频率尽可能宽的衰减值。在频率分配阶段的过程中使用该第一固有频率，以便对诸层实际地计算赋予的参数。例如，第一固有频率低于1300Hz。

如对于诸杆13和诸球窝接头15的环箍17的诸组合件所示，一实施例特别地提供准备球窝接头15的步骤，但更通常地也采用机械连接，以便包括至少一个积分前后关系数据的阶段。

根据各种情况，前后关系数据从静态刚度或动态刚度、阻尼和最大可接受力中进行选择。

在某些应用中需考虑寿命准则和抗疲劳能力以及鉴定要求。诸组件的最大可接受位移或诸组件的最大可接受不对准，以及组成连接的诸组件的尺寸和/或重量，在某些实施例中它们也形成这样的前后关系的数据。

例如，施加在本发明飞机1上的限制可意味着使用包括对球窝接头15的重量限制在内的前后关系数据，球窝接头15必须不超过传统枢转铰链的重量(例如，如被球窝接头15代替)1公斤(kg)或2kg。

通常的做法是，要求球窝接头15具有1000—6000小时的运行寿命，例如约为3000小时。

一般来说，尽管未在所有的情形下，但准备球窝接头15的步骤在频率分配阶段中包括例如至少一个对球窝接头15和/或机械连接进行参数计算(尤其是局部限制和/或尺寸)的阶段。

准备球窝接头15的步骤还包括一决定层19(在此情形中为弹性体层)的数量和专用刚性层20的数量的阶段。

该决定阶段通常能确定各个专用层19或20的形状以及它们的尺寸(尤其是厚度)。

如上所述，这些参数导致选择用于各专用层19和20的特定材料。

在一特殊实施例中，确定步骤还包括一阶段，其中，在人听不见的频谱例如超声或亚声频谱内确定至少一个需隔绝的附加频带。

这点尤其可应用于对本发明的飞机1要求高水平辨别的军用导弹，或者，当然可应用于飞机1需要接近或甚至运送对这样的超声或亚声频率敏感的生物的情况。

在准备一叠层式球窝接头15的一实例中，施加在球窝接头15上的最大载荷被考虑是施加的力。

某些实施例提供球窝接头15的参数(尤其是，尺寸和材料强度的参数)，它们首先被评估，然后，最终确定为最大力和/或位移(都是静态和动态的)的函数。

相比之下，在其它实施例中，球窝接头15的这些参数起初不被评估或计算为最大力和/或位移的函数。例如，在因动态约束引起变形的作用下，较大重量给予有关球窝接头15的疲劳特性的数据，以便确定这些参数。

关于前后关系的数据，在与以上评估和/或计算尺寸和对球窝接头15的材料强度的参数相联系中，某些实施例对一给定飞机1的所有悬置杆13遵循相同的准备步骤。

在其它实施例中，对于一给定飞机1内的多个悬置杆13实施独特的准备步骤。

在同样的方面(same lines)，叠层式球窝接头15的操作温度应预先确定，并考虑作评估和最后计算构成所述球窝接头15的诸参数。

根据飞机1内的球窝接头15的位置以及对飞机1给定的用途所需要遵从的安全准则，则在评估过程中需考虑温度，然后，最终计算规定球窝接头15(当然包括其组件)的各种参数以覆盖—50℃至+80℃的范围。通常，该温度约为齿轮箱4给定的热环境下的+25℃至+80℃。

在上述随疲劳约束的变化而准备叠层球窝接头15的尺寸和材料强度参数(strength-of-materials parameter)的实例中，则实施一定量的加重应考虑较小的最大静力和为其计算诸参数的悬置杆13的各轴向端部之间测得的一动态力。

所有这些参数被评估并在准备步骤过程中进行计算，考虑这些参数同时总体地确保叠层式球窝接头15具有预定的刚度值。

例如，在一实施例中，应遵从的该预定的刚度值约为10000牛顿/米至40000牛顿/米，例如，对于上述类型的飞机1近似为30000牛顿/米。

同样地，在计算限定其诸组件的那些参数之前，球窝接头15首先必须得到涉及在一铰链内是可接受的诸位移的诸限值。

在上述实例中，最大准许的径向伸长(在此情形中沿竖向Z)为1mm的量级，而球窝接头15的最大可接受的角度偏转是±1°的量级(即，在各个可能的转动方向上约为1°)。还可以看到传统上该偏转是在环箍17与连接轴18之间进行测量。

当然，在任何情况下该位移不应损坏球窝接头15，尤其是它必须不损坏阻尼层19。

Claims (24)

1.一种在位于一方：一旋翼飞机(1)的一悬置杆(13)与另一方：一传力结构(7)和/或一传动齿轮箱(4)的外壳(9)之间的叠层式球窝接头(15)中，隔绝施加到旋翼飞机(1)的固源噪声和振动的方法，该方法至少包括准备一叠层式球窝接头(15)的步骤，该叠层式球窝接头包括：至少一外环箍(17)和一连接轴(18)，该连接轴用来将球窝接头(15)对应地锚固到该传力结构(7)或一传动齿轮箱外壳；以及至少两个阻尼层(19)和至少一个相对于阻尼层以交替方式插入的刚性层(20)，

该方法的特征在于，包括先于准备步骤的一确定步骤，其确定至少一个在0至7000Hz范围内的用于隔绝的频带，准备叠层球窝接头(15)的步骤包括一频率分配的阶段，所述分配阶段提供至少两个阻尼层(19)和/或至少一个相对于阻尼层以交替方式插入的刚性层(20)，以便通过对所述阻尼层(19)和所述刚性层(20)赋予包括形状和/或尺寸在内的物理特性参数而使所述阻尼层(19)和所述刚性层(20)分别有选择地专用于至少一个确定的频带，所述赋予参数应是这样：在确定频带的至少一个频率处，诸所述阻尼层(19)和所述刚性层(20)执行有选择的隔绝。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，先于准备步骤的确定步骤确定至少一个在0至4000Hz范围内的用于隔绝的频带。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，准备叠层式球窝接头(15)的步骤包括一利用有限元法至少对球窝接头(15)进行模拟的阶段，然后，是一利用有限元法对诸阻尼层(19)和/或刚性层(20)的诸隔绝参数中的至少一个进行预先评估的步骤，对于在频率分配阶段中使用的叠层球窝接头(15)的第一固有频率以此方式获得尽可能大的衰减值，以便实际地计算赋予所述阻尼层(19)和所述刚性层(20)上的诸参数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，准备叠层球窝接头(15)的步骤包括至少一个积分选自以下的相互关系数据的阶段：包括外环箍(17)、连接轴(18)、阻尼层(19)和刚性层(20)在内的叠层球窝接头(15)的诸构件的静刚度；所述诸构件的动刚度；所述诸构件的阻尼；所述诸构件的最大可接受的静力；所述诸构件的最大可接受的动态力；涉及寿命和抵抗疲劳的能力的准则；所述诸构件的鉴定要求；所述诸构件的最大可接受的位移；所述诸构件的最大可接受的不对准；以及所述诸构件的尺寸和/或重量。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，准备叠层球窝接头(15)的步骤包括至少一个在频率分配阶段的过程中计算诸参数的阶段：

对于球窝接头(15)的外环箍(17)的局部形状，所述外环箍设置有一保护阻尼层(19)和/或刚性层(20)抵抗环境侵袭的封闭的外壳(21)；和/或

对于所述外环箍(17)的尺寸，为了获得大的隔绝面积，使所述外环箍(17)相对于机械的和/或标准的尺寸上的要求超尺寸。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，阻尼层(19)由弹性体形成，且准备叠层式球窝接头(15)的步骤包括至少一个决定阶段：

阻尼层(19)和刚性层(20)的数量；以及

阻尼层(19)和刚性层(20)的形状，所述形状包括球形、子弹形在内；以及

阻尼层(19)和刚性层(20)的尺寸和厚度；以及

阻尼层(19)和刚性层(20)的材料。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定步骤还包括一阶段，其中，在包括超声或亚声在内的人听不见的频谱内，确定至少一个用于隔绝的附加的频带。

8.一种用来在一旋翼飞机中隔绝固源噪声的叠层式球窝接头(15)，该叠层式球窝接头(15)在一方：一悬置杆(13)与另一方：一传力结构(7)和/或飞机的一传动齿轮箱(4)的外壳(9)之间提供一铰链连接，所述球窝接头(15)包括：首先至少一外环箍(17)和一连接轴(18)，该环箍(17)和连接轴用来将球窝接头(15)对应地锚固到传力结构(7)或一齿轮箱外壳(9)；其次阻尼层(19)和相对于阻尼层以交替方式插入的刚性层(20)，

该球窝接头(15)的特征在于：它包括至少两个阻尼层(19)和/或至少一个刚性层，它们对应地布置成专用于至少一个在0至7000Hz范围内的用于隔绝的频带，诸所述层具有的包括形状和/或尺寸在内的物理特性参数被用来在确定的频带的至少一个频率处提供有选择的隔绝。

9.如权利要求8所述的球窝接头(15)，其特征在于，它具有的参数选自以下：包括外环箍(17)、连接轴(18)、阻尼层(19)和刚性层(20)在内的叠层球窝接头(15)的诸构件的静刚度；所述诸构件的动刚度；所述诸构件的阻尼；所述诸构件的最大可接受的静力；所述诸构件的最大可接受的动态力；涉及寿命和抵抗疲劳的能力的准则；所述诸构件的鉴定要求；所述诸构件的最大可接受的位移；所述诸构件的最大可接受的不对准；以及所述诸构件的尺寸和/或重量。

10.如权利要求8或9所述的球窝接头(15)，其特征在于，叠层式球窝接头具有的参数首先选自外环箍(17)的局部形状，所述局部形状包括所述外环箍(17)设置有一保护阻尼层(19)和/或抵抗环境侵袭的刚性层(20)的密封的外壳，和/或其次选自所述外环箍(17)的尺寸，使阻尼层(19)和/或刚性层(20)具有延伸的隔绝表面，它们相对于机械的和/或标准的尺寸上的要求是超尺寸的。

11.如权利要求8所述的球窝接头(15)，其特征在于，球窝接头在截面的纵向的高度上呈现出一外形，该外形基本上呈椭圆形，球窝接头具有一内芯(22)用来接受连接轴(18)，该轴的轮廓基本上是球形并具有一从球形轮廓突出的外轴向轮缘(23)。

12.如权利要求8所述的球窝接头(15)，其特征在于，该外环箍(17)是一接受器外环箍(17)，它具有基本上呈矩形的截面并具有一轴向尺寸，该尺寸小于用来接受连接轴(18)的内芯(22)的对应尺寸。

13.如权利要求8所述的球窝接头(15)，其特征在于，所述至少两个阻尼层(19)包括至少三个由弹性体形成的专用阻尼层(19)，它们具有一轮廓，该轮廓具有一直线的边缘，它形成一5°至15°的角度(A)。

14.如权利要求8所述的球窝接头(15)，其特征在于，所述至少两个阻尼层(19)包括至少三个由弹性体形成的专用阻尼层(19)，它们具有一轮廓，该轮廓具有一直线的边缘，它形成一为10°的角度(A)。

15.如权利要求8所述的球窝接头(15)，其特征在于，球窝接头包括至少三个高合金不锈钢的刚性层(20)。

16.如权利要求15所述的球窝接头(15)，其特征在于，所述高合金不锈钢包括淀积硬化钢与铬、镍和铜形成的合金，其中铬的重量百分比为11％至18％。

17.如权利要求8所述的球窝接头(15)，其特征在于，阻尼层(19)的材料和刚性层的材料适于具有与叠层式球窝接头(15)的预计最大限制相容的特性，温度高达—50℃至+110℃。

18.如权利要求8所述的球窝接头(15)，其特征在于，阻尼层(19)的材料和刚性层的材料适于具有与叠层式球窝接头(15)的预计最大限制相容的特性，温度高达+80℃。

19.如权利要求8所述的球窝接头(15)，其特征在于，球窝接头使用如权利要求1至7中任何一项所述的隔绝方法进行准备。

20.一种机械连接结构，它用来有选择地隔绝旋翼飞机(1)中介于一传动齿轮箱(4)和一最终传力结构(7)之间的固源噪声和振动，该种机械连接结构包括至少三个悬置杆(13)，它们在一向下展开的结构中沿竖向方向延伸并连同至少两个装置(1)一起抵抗负扭矩，

该机械连接结构的特征在于：至少一个悬置杆(13)包括一铰接到传动齿轮箱(4)和/或最终传力结构(7)的诸端部中的至少一个端部处的叠层式球窝接头(15)，所述叠层式球窝接头(15)是如权利要求8至19中任何一项所述的，和/或应用如权利要求1至7中任何一项所述的隔绝方法进行准备的。

21.如权利要求20所述的机械连接结构，其特征在于，机械连接结构的各悬置杆(13)设置有一叠层式球窝接头(15)，该叠层式球窝接头插入在各悬置杆(13)的铰接到最终传力结构(7)的各端部和所述最终传力结构(7)的一锚固配件之间。

22.如权利要求20或21所述的机械连接结构，其特征在于，叠层式球窝接头(15)的外环箍(17)焊接到悬置杆(13)的端部。

23.如权利要求20所述的机械连接结构，其特征在于，叠层式球窝接头(15)的连接轴(18)用螺钉紧固连接到锚固配件上，所述锚固配件包括用来连接到连接轴上的一对板，连接轴通过一紧固腹板互连以紧固到一锚固的底板上，底板上设置有可释放的组装装置，该组装装置设置在至少两个相交的板上，诸板中的至少一个抵靠于所述最终传力结构(7)而放置。

24.一种直升飞机(1)，其特征在于，它实施了如权利要求1至7中任何一项所述的方法，和/或它使用如权利要求8至19中任何一项所述的一叠层式球窝接头(15)，和/或它包括如权利要求21至23中任何一项所述的至少一个机械连接结构。

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