本发明涉及直升机隔振技术领域，更具体地说，涉及一种动力反共振吸振装置，本发明还涉及一种包括上述动力反共振吸振装置的无人直升机。
背景技术：
直升机中，发动机在燃烧汽油时活塞运动过程及其输出轴与连接件之间的偏差等等而引起的振动和工作时直升机旋翼桨叶承受非定常气动力而产生的交变载荷。两处振源使得直升机始终承受着持续的周期性振动载荷。
飞行控制器是直升机自动飞行的“大脑”，直升机依靠飞行控制器实现自动飞行。而飞行控制器振动过大，会导致飞行控制器实现自动控制难度较大，精度较低，甚至还会失控，影响了交叉双旋翼直升机的性能。
现有的隔振技术中，大多为通过释放掉飞行控制器的六个自由度，使用弹性元件或弹簧作为介质，通过调整其系统固有频率来实现降低飞行控制器的振动。但是因各个自由度在飞行时产生的动载荷会耦合在一起而无法有效的隔离振动。
综上所述，如何降低直升机在飞行中传递至飞行控制器的振动载荷，进而提高飞行控制器的控制精度，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于公开一种动力反共振吸振装置，以降低直升机在飞行中传递至飞行控制器的振动载荷，进而提高飞行控制器的控制精度。
本发明的另一目的在于公开一种具有上述动力反共振吸振装置的无人直升机。
为了达到上述目的，本发明公开如下技术方案：
一种动力反共振吸振装置，包括：
第一连接结构，用于固定飞行控制器；
第二连接结构，用于连接在飞行中产生振动载荷的直升机主体，所述第一连接结构相对所述第二连接结构仅可沿竖直方向运动；
沿竖直方向弹性连接所述第一连接结构和所述第二连接结构的缓冲结构；
弹性悬挂在所述第一连接结构上的质量块，所述质量块能够相对所述第一连接结构产生竖直方向的振动。
优选的，上述动力反共振吸振装置中，所述质量块通过弹簧片固定在所述第一连接结构上，所述弹簧片沿水平方向的刚度大于沿竖直方向的刚度；
或者，所述质量块通过弹性架或弹性柱固定在所述第一连接结构上。
优选的，上述动力反共振吸振装置中，所述第一连接结构和所述第二连接结构通过直线轴承组连接；
所述直线轴承组包括：
沿竖直方向设置的导向杆；
可滑动地外套于所述导向杆的直线轴承，所述导向杆和所述直线轴承分别设置在所述第一连接结构和所述第二连接结构上。
优选的，上述动力反共振吸振装置中，所述直线轴承组为四个，呈矩形布置；
或者，所述直线轴承组为两个或三个。
优选的，上述动力反共振吸振装置中，所述缓冲结构为螺旋弹簧、弹性柱或者压簧，所述缓冲结构的两端分别与所述第一连接结构和所述第二连接结构连接。
优选的，上述动力反共振吸振装置中，所述缓冲结构为四个，呈矩形布置在所述第一连接结构和所述第二连接结构的四个连接角处，并位于所述直线轴承组外侧；或者与所述直线轴承组交错布置；
或者，所述缓冲结构为三个。
优选的，上述动力反共振吸振装置中，所述第一连接结构设置有保护壳，所述飞行控制器内嵌于所述保护壳；
所述保护壳上开设有供所述飞行控制器插入的安装孔和便于取出所述飞行控制器的辅助孔，所述安装孔和所述辅助孔位于所述保护壳相对的两个面上。
优选的，上述动力反共振吸振装置中，所述第一连接结构包括上层连接板，所述保护壳设置在所述上层连接板上方；
所述第二连接结构为下层连接板；
所述上层连接板和所述下层连接板均为高刚度轻质板材。
优选的，上述动力反共振吸振装置中，所述质量块为两个或四个，对称布置于所述第一连接结构的两侧。
从上述的技术方案可以看出，本发明公开的动力反共振吸振装置包括：第一连接结构，用于固定飞行控制器；第二连接结构，用于连接在飞行中产生振动载荷的直升机主体，第一连接结构相对第二连接结构仅可沿竖直方向运动；沿竖直方向弹性连接第一连接结构和第二连接结构的缓冲结构；弹性悬挂在第一连接结构上的质量块，质量块能够相对第一连接结构产生竖直方向的振动。
本发明公开的动力反共振吸振装置用于实现飞行控制器与直升机主体的连接。应用时，将飞行控制器固定在第一连接结构上，使第二连接结构连接直升机主体。
这样一来，直升机主体在飞行中产生的振动载荷，会通过第二连接结构传递给第一连接结构，最后传递给飞行控制器；在该过程中，在缓冲结构的缓冲作用下，第一连接结构相对第二连接结构沿竖直方向运动，同时质量块相对第一连接结构产生竖直方向的振动，从而将飞行控制器的振动能量，转移到质量块，使得飞行控制器基础振动的能量，由质量块耗散掉，实现降低振动的目的。
综上所述，本发明提供的动力反共振吸振装置使飞行控制器仅具有沿竖直方向的一个自由度，则飞行控制器只会受到竖直方向的动载荷；同时利用动力反共振原理，将飞行控制器的振动能量，转移到质量块，从而降低直升机在飞行中传递至飞行控制器的振动载荷，进而提高了飞行控制器的控制精度。
本发明还公开了一种无人直升机，包括在飞行中产生振动载荷的直升机主体和控制所述直升机主体的飞行控制器，还包括上述任一种动力反共振吸振装置，所述飞行控制器通过所述动力反共振吸振装置与所述直升机本体连接，由于上述动力反共振吸振装置具有上述效果，具有上述动力反共振吸振装置的无人直升机具有同样的效果，故本文不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例公开的动力反共振吸振装置的结构示意图；
图2是本发明实施例公开的弹簧片与质量块的结构示意图；
图3是本发明实施例公开的直线轴承组的结构示意图。
附图1-3中：
1-保护壳，2-飞行控制器，3-弹簧质量系统，31-弹簧片，32-质量块，4-直线轴承组，41-支座，42-导向杆，43-直线轴承，5-螺旋弹簧，6-上层连接板，7-下层连接板。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种动力反共振吸振装置，降低了直升机在飞行中传递至飞行控制器的振动载荷，进而提高了飞行控制器的控制精度。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考附图1-3，本发明实施例公开的动力反共振吸振装置包括：第一连接结构，用于固定飞行控制器2；第二连接结构，用于连接在飞行中产生振动载荷的直升机主体，第一连接结构相对第二连接结构仅可沿竖直方向运动；沿竖直方向弹性连接第一连接结构和第二连接结构的缓冲结构；弹性悬挂在第一连接结构上的质量块32，质量块32能够相对第一连接结构产生竖直方向的振动。
需要说明的是，本发明所指的飞行控制器2具体为智能微型计算机，可以实现无人机的自主飞行。竖直方向为垂直于水平方向的方向。
本实施例公开的动力反共振吸振装置用于实现飞行控制器2与直升机主体的连接。应用时，将飞行控制器2固定在第一连接结构上，使第二连接结构连接直升机主体。
这样一来，直升机主体在飞行中产生的振动载荷，会通过第二连接结构传递给第一连接结构，最后传递给飞行控制器2；在该过程中，在缓冲结构的缓冲作用下，第一连接结构相对第二连接结构沿竖直方向运动，同时质量块32相对第一连接结构产生竖直方向的振动，从而将飞行控制器2的振动能量，转移到质量块32，使得飞行控制器2基础振动的能量，由质量块32耗散掉，实现降低振动的目的。
综上所述，本发明提供的动力反共振吸振装置使飞行控制器2仅具有沿竖直方向的一个自由度，则飞行控制器2只会受到竖直方向的动载荷；同时利用动力反共振原理，将飞行控制器2的振动能量，转移到质量块32，从而降低直升机在飞行中传递至飞行控制器2的振动载荷，进而提高了飞行控制器2的控制精度。
具体的实施方式中，质量块32通过弹簧片31固定在第一连接结构上，弹簧片31沿水平方向的刚度大于沿竖直方向的刚度。本发明所使用的弹簧片31为具有一定刚度的金属片，与第一连接结构连接的一端设有两通孔。
如图1-2所示，弹簧片31的一端固定在第一连接结构，另一端固定质量块32；弹簧片31载有质量块32的一端向外延伸，实现质量块32以悬臂式的形式挂在弹簧片31上。
本实施例利用质量块32、弹簧片31形成弹簧质量系统3。无人直升机对机体的频率基本是确定的。利用动力反共振原理，将飞行控制器2与弹簧质量系统3相互连接，可通过调整质量块32和弹簧片31的关系，将飞行控制器2的振动能量，转移到质量块32；使得飞行控制器2基础振动的能量，由附加的质量块32耗散掉，实现降低振动的目的。
调试时，第二连接结构需要连接固定在一个激振设备上；激振设备为可以提供周期频段的设备，提供无人直升机对机体的频率。
上述动力反共振吸振装置参数可调，能够达到最佳吸振效果，提高整机性能。
弹簧片31材料不只是局限于弹簧钢，在满足设计条件下，可以选用其他材料。
本实施例的弹簧片31不容易发生变形，使用寿命较长。当然，质量块32还可以通过弹性架、弹性柱等弹性部件固定在第一连接结构上，从而实现质量块32能够相对第一连接结构产生竖直方向的振动。
优选的，第一连接结构和第二连接结构通过直线轴承组4连接；直线轴承组4包括沿竖直方向设置的导向杆42；可滑动地外套于导向杆42的直线轴承43，导向杆42和直线轴承43分别设置在第一连接结构和第二连接结构上。
为了方便装配，导向杆42通过支座41安装在第一连接结构或第二连接结构上。支座41为带有法兰和夹持用孔的结构。支座41的夹持用孔用于夹持导向杆42的一端；支座41设有可预紧的螺栓，通过螺栓夹紧导向杆42，导向杆42垂直于轴线的截面与支座41的法兰面平齐。
为了减小第一连接结构和第二连接结构相对运动时受到的摩擦力，导向杆42优选为光杆，即具有光滑的表面。
如图3所示，直线轴承43、导向杆42、支座41为一组，即为直线轴承组4。导向杆42的另一端插入直线轴承43的中心孔中，可以使得第一连接结构、飞行控制器2、保护壳1、质量块32、弹簧片31在竖直方向上有一定的位移滑动。
具体的，导向杆42设置在第一连接结构，直线轴承43设置在第二连接结构，两者也可以交换设置。
本实施例通过直线轴承组4实现能够第一连接结构相对第二连接结构沿竖直方向运动，结构比较简单，而且对运动方向的限制效果较好。当然，上述直线轴承组4还可以替换为滑块和导轨的配合等。
进一步的技术方案中，直线轴承组4为四个，呈矩形布置，能够防止第一连接结构和第二连接结构的相对转动。第一连接结构下方固定四个支座41和四个导向杆42；第二连接结构固定四个直线轴承43，形成四组对称分布在第一连接结构和第二连接结构所形成的空间中，运动导向效果更好。
在实际情况中直线轴承组4可以使用两组，也可以为三组，可根据实际需求调整。
为了简化结构，缓冲结构为螺旋弹簧5，螺旋弹簧5的两端分别与第一连接结构和第二连接结构连接。第一连接结构与第二连接结构之间使用螺旋弹簧5相连接，螺旋弹簧5放置在第一连接结构与第二连接结构中间，螺旋弹簧5一端与第一连接结构使用螺栓固定，另一端与第二连接结构使用螺栓固定。
本申请能够通过调整螺旋弹簧5的刚度和安装在第一连接结构的其他部件重量改变系统的固有频率，使得基础频率大于系统的固有频率根号2倍，可以实现隔振；同时通过调整弹簧片31和质量块32的关系，将飞行控制器2的振动能量转移到质量块32上，在无阻尼的情况下，系统的隔振效果为百分之百，提高了无人直升机的性能。
螺旋弹簧5弹性较好，能够更好地缓冲第一连接结构受到的振动。可替换的，上述缓冲结构还可以为弹性柱、压簧等。
上述螺旋弹簧5为四个，呈矩形布置在第一连接结构和第二连接结构的四个连接角处，并位于直线轴承组4外侧。
保护壳1、飞行控制器2、弹簧片31、质量块32和第一连接结构通过使用四个螺旋弹簧5与第二连接结构隔开。
四个螺旋弹簧5分别放置在第一连接结构与第二连接结构所形成的分层的四个角，螺旋弹簧5共使用八组螺栓和螺母。在上述分层中，固定了四组相同的直线轴承组4。
当然，上述螺旋弹簧5还可以为其他个数，如三个；螺旋弹簧5也可以与直线轴承组4交错布置。
优选的，第一连接结构设置有保护壳1，飞行控制器2内嵌于保护壳1；保护壳1上开设有供飞行控制器2插入的安装孔和便于取出飞行控制器2的辅助孔，安装孔和辅助孔位于保护壳1相对的两个面上。
保护壳1用于保护飞行控制器2。飞行控制器2外形为立体长方形结构，上方设有四个螺纹孔，飞行控制器2上相匹配有四个螺纹孔，具体通过四个螺栓将飞行控制器2固定在保护壳1中，便于拆装。
保护壳1为长方形壳体，为了与其他部件相固定，设有可用于连接的通孔。保护壳1外圈通孔用于连接第一连接结构，内圈通孔用于固定飞行控制器2；保护壳1为六面体；其中一面为安装孔，对立面留有辅助孔；飞行控制器2由安装孔插入保护壳1内，辅助孔用于取出飞行控制器2。
具体的，保护壳1上设置四个通孔，与第一连接结构配有的相配的通孔，通过螺栓和螺母紧固保护壳1与第一连接结构。
本申请还可以不设置上述保护壳1，将飞行控制器2直接固定在第一连接结构上。
为了简化结构，第一连接结构包括上层连接板6，保护壳1设置在上层连接板6上方；第二连接结构为下层连接板7。
上层连接板6上方固定飞行控制器2与保护壳1。上层连接板6为正四方体；上层连接板6最外围设有的通孔用于固定螺旋弹簧5一端，第二圈通孔用于固定保护壳1，最里面的通孔两个一组，用于固定支座41。
上层连接板6下方安装四个支座41，支座41的法兰与上层连接板6下层平面贴合，使用螺栓和螺母紧固；保护壳1与上层连接板6贴合面处留有足够空间，支座41法兰与上层连接板6连接的螺栓不发生干涉。
下层连接板7共设置有四圈通孔，由外向内的第一圈通孔用连接螺旋弹簧5；第二圈通孔不连接任何零部件，在加工或装配时起定位作用；第三圈通孔用于固定直线轴承43；第四圈通孔即为中心孔，用于插入螺栓和用于试验测试的激振设备固定。
下层连接板7上装有四个直线轴承43，直线轴承43一面带有四个通孔的法兰，直线轴承43通过法兰与下层连接板7固定。
本发明中上层连接板6和下层连接板7均为高刚度轻质板材，材料不仅限于铝材。根据设计要求可以为其他材料，使能够满足设计要求刚度的材料。而所使用的材料越轻越好。
第一连接结构和第二连接结构还可以为其他结构，如连接支架，连接块等。
具体的，质量块32为两个，对称布置于第一连接结构的两侧。上层连接板6的两个对立面，即飞行控制器2左右两侧各固定有弹簧片31和质量块32。
质量块32的数量可以根据实际设计要求进行调整，如为四个。
上述动力反共振吸振装置具有结构紧凑、布局对称、参数可调、拆装方便，提高整机性能等优点。
本发明实施例还公开了一种无人直升机，包括在飞行中产生振动载荷的直升机主体和控制直升机主体的飞行控制器2，还包括上述任一项实施例提供的动力反共振吸振装置，飞行控制器2通过动力反共振吸振装置与直升机本体连接，降低了直升机在飞行中传递至飞行控制器2的振动载荷，进而提高了飞行控制器2的控制精度，其优点是由动力反共振吸振装置带来的，具体的请参考上述实施例中相关的部分，在此就不再赘述。
具体的，本实施例的无人直升机为交叉双旋翼无人直升机，当然也可以为其他结构形式。
本发明结构简单、重量轻、可调整系统传递效率，有利于提高交叉双旋翼无人直升机的性能。
需要说明的是，在本说明书中，诸如上方、下方、外围和里面等表示位置词语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，且更加具体的描述结构之间的空间位置。而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种动力反共振吸振装置，其特征在于，包括：
第一连接结构，用于固定飞行控制器(2)；
第二连接结构，用于连接在飞行中产生振动载荷的直升机主体，所述第一连接结构相对所述第二连接结构仅可沿竖直方向运动；
沿竖直方向弹性连接所述第一连接结构和所述第二连接结构的缓冲结构；
弹性悬挂在所述第一连接结构上的质量块(32)，所述质量块(32)能够相对所述第一连接结构产生竖直方向的振动。
2.根据权利要求1所述的动力反共振吸振装置，其特征在于，所述质量块(32)通过弹簧片(31)固定在所述第一连接结构上，所述弹簧片(31)沿水平方向的刚度大于沿竖直方向的刚度；
或者，所述质量块(32)通过弹性架或弹性柱固定在所述第一连接结构上。
3.根据权利要求1所述的动力反共振吸振装置，其特征在于，所述第一连接结构和所述第二连接结构通过直线轴承组(4)连接；
所述直线轴承组(4)包括：
沿竖直方向设置的导向杆(42)；
可滑动地外套于所述导向杆(42)的直线轴承(43)，所述导向杆(42)和所述直线轴承(43)分别设置在所述第一连接结构和所述第二连接结构上。
4.根据权利要求3所述的动力反共振吸振装置，其特征在于，所述直线轴承组(4)为四个，呈矩形布置；
或者，所述直线轴承组(4)为两个或三个。
5.根据权利要求3所述的动力反共振吸振装置，其特征在于，所述缓冲结构为螺旋弹簧(5)、弹性柱或者压簧，所述缓冲结构的两端分别与所述第一连接结构和所述第二连接结构连接。
6.根据权利要求5所述的动力反共振吸振装置，其特征在于，所述缓冲结构为四个，呈矩形布置在所述第一连接结构和所述第二连接结构的四个连接角处，并位于所述直线轴承组(4)外侧；或者与所述直线轴承组(4)交错布置；
或者，所述缓冲结构为三个。
7.根据权利要求1所述的动力反共振吸振装置，其特征在于，所述第一连接结构设置有保护壳(1)，所述飞行控制器(2)内嵌于所述保护壳(1)；
所述保护壳(1)上开设有供所述飞行控制器(2)插入的安装孔和便于取出所述飞行控制器(2)的辅助孔，所述安装孔和所述辅助孔位于所述保护壳(1)相对的两个面上。
8.根据权利要求7所述的动力反共振吸振装置，其特征在于，所述第一连接结构包括上层连接板(6)，所述保护壳(1)设置在所述上层连接板(6)上方；
所述第二连接结构为下层连接板(7)；
所述上层连接板(6)和所述下层连接板(7)均为高刚度轻质板材。
9.根据权利要求1所述的动力反共振吸振装置，其特征在于，所述质量块(32)为两个或四个，对称布置于所述第一连接结构的两侧。
10.一种无人直升机，包括在飞行中产生振动载荷的直升机主体和控制所述直升机主体的飞行控制器(2)，其特征在于，还包括如权利要求1-9任一项所述的动力反共振吸振装置，所述飞行控制器(2)通过所述动力反共振吸振装置与所述直升机本体连接。
技术总结