采用擺振柔軟式旋翼的傾轉(zhuǎn)旋翼機動力學研究.pdf

1、傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器兼具直升機高效垂直起降與固定翼螺旋槳飛機高速巡航特點。由于其特殊的結(jié)構(gòu)與工作特點,其動力學特性也類似于傳統(tǒng)直升機與固定翼螺旋槳飛機,同時傾轉(zhuǎn)旋翼機具備特殊的傾轉(zhuǎn)過渡模式,傾轉(zhuǎn)過渡飛行模式下存在更加復雜的氣彈耦合現(xiàn)象。本文建立了考慮機體自由度在內(nèi)的傾轉(zhuǎn)旋翼機氣彈分析模型,對傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器在直升機模式,過渡模式以及飛機模式下進行氣彈耦合分析。
　　基于Hamilton能量原理,利用多體系統(tǒng)動力學的方法,對系統(tǒng)各部件進行運

2、動學描述。建立考慮機體自由度的傾轉(zhuǎn)旋翼機氣彈動力學全展模型,充分考慮結(jié)構(gòu)的各種偏置,剛?cè)狁詈吓c氣彈耦合。在對動力學部件進行運動學描述以及氣彈耦合動力學建模與方程推導過程中,保留所有非線性項與高階項的影響?？蓪ζ鹇浼?傾轉(zhuǎn)機構(gòu),阻尼器等部件的力學性能(包括剛度,阻尼)進行獨立賦值,也可基于滯彈位移場理論進行粘彈阻尼器建模,與氣彈動力學方程耦合求解。對機翼大梁采用中等變形梁理論進行有限元建模,考慮復合材料梁耦合特性的影響,可通過基于剪裁設(shè)計

3、的復合材料梁理論對機翼大梁進行結(jié)構(gòu)建模。基于葉素理論,采用考慮動態(tài)失速的Leishman與ONERA非定常氣動模型以及動力入流模型對旋翼氣動力進行建模。通過將左右兩側(cè)旋翼/短艙/機翼氣彈耦合動力學方程與機體方程進行組集,構(gòu)成考慮機體自由度在內(nèi)的傾轉(zhuǎn)旋翼機耦合氣彈動力學方程。采用廣義a方法結(jié)合 Newton-Raphson迭代對傾轉(zhuǎn)旋翼氣彈動力學方程進行瞬態(tài)響應(yīng)高效求解。
　　對建立的傾轉(zhuǎn)旋翼機氣彈動力學綜合分析平臺中所用模型進行驗

4、證。對復雜幾何外形槳葉在不同根部約束條件下進行理論與試驗對比研究,并進一步對帶有復雜幾何外形槳葉的萬向鉸式旋翼進行整體模態(tài)的理論分析與試驗驗證。在不同鋪層角下,對盒形復合材料梁耦合特性進行理論分析,并與靜力試驗值進行對比驗證?；跍椢灰茍隼碚撛诙喾N激勵條件下對粘彈阻尼器的剛度特性與能量耗散能力進行理論分析,與設(shè)計加工的粘彈阻尼器試驗值進行對比驗證。采用Leishman與ONERA非定常氣動模型進行剖面氣動力建模,在不同迎角變化規(guī)律下,

5、與國外文獻計算值和相應(yīng)實驗值進行對比,驗證建模方法的正確性。通過各模塊理論分析與試驗測量對比,達到對傾轉(zhuǎn)旋翼機氣彈動力學模型綜合驗證的目的。
　　對擺振柔軟式傾轉(zhuǎn)旋翼機在飛機模式,直升機模式以及傾轉(zhuǎn)過渡模式下進行氣彈穩(wěn)定性分析?？紤]機體自由度與機翼對稱/反對稱模態(tài)的影響,重點對擺振柔軟式傾轉(zhuǎn)旋翼機在多種工作狀態(tài)下的“地面共振”,空中共振與回轉(zhuǎn)顫振等不穩(wěn)定現(xiàn)象進行多種參數(shù)影響分析。對不同旋翼構(gòu)型與建模方式下的傾轉(zhuǎn)旋翼機氣彈動力學模型

6、穩(wěn)定性進行對比研究。通過系統(tǒng)耦合關(guān)系對擺振柔軟式傾轉(zhuǎn)旋翼機氣彈穩(wěn)定性問題的機理進行深入探討。
　　針對擺振柔軟式傾轉(zhuǎn)旋翼機氣彈動力學模型進行瞬態(tài)響應(yīng)分析。在直升機模式下,進行擺振柔軟傾轉(zhuǎn)旋翼機“地面共振”和地面開車過程的仿真研究。在飛機模式下,進行回轉(zhuǎn)顫振與陣風擾動的瞬態(tài)響應(yīng)分析。動態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡過程中,對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)、傾轉(zhuǎn)角與旋翼轉(zhuǎn)速變化規(guī)律,以及飛行狀態(tài)的影響進行瞬態(tài)響應(yīng)對比研究。
　　通過建立傾轉(zhuǎn)旋翼機氣彈分析模型,重點對