直升機(jī)旋翼鳥撞數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、鳥撞事故一般發(fā)生在600m以下的空域,而低空飛行是直升機(jī)的顯著使用特點(diǎn),因此直升機(jī)發(fā)生鳥撞的可能性很大,并且隨著飛行速度的提高,鳥撞事故的危害性也在逐步加大。鳥撞輕則使機(jī)體損壞,重則會造成機(jī)毀人亡。旋翼是直升機(jī)非常重要的組成部分,一旦出現(xiàn)鳥撞損傷就會對直升機(jī)的飛行安全造成嚴(yán)重威脅,是抗鳥撞研究中需要著重解決的關(guān)鍵技術(shù)。我國民用直升機(jī)的抗鳥撞設(shè)計(jì)研究起步較晚,在民用直升機(jī)鳥撞方面開展的數(shù)值計(jì)算和鳥撞試驗(yàn)還很少。如何在設(shè)計(jì)的過程中采取有效的

2、分析、設(shè)計(jì)和試驗(yàn)手段滿足適航條例的要求已成為我國新型民用直升機(jī)研制中亟需解決的問題。
　　本文詳細(xì)地推導(dǎo)了鳥撞數(shù)值計(jì)算方法的理論公式,結(jié)合直升機(jī)旋翼鳥撞的特點(diǎn),選擇ALE流固耦合方法對某民用型直升機(jī)旋翼鳥撞進(jìn)行了動態(tài)響應(yīng)分析,并開展了相關(guān)的鳥撞試驗(yàn)研究工作。首先建立了某民用型直升機(jī)旋翼全尺寸鳥撞有限元模型。通過對旋翼固有特性的分析驗(yàn)證了旋翼有限元模型的有效性;槳葉材料的本構(gòu)模型中考慮了應(yīng)變率效應(yīng);以預(yù)應(yīng)力的形式計(jì)入了離心力的影響。

3、對撞擊速度、撞擊方向、撞擊部位以及鳥體密度等鳥撞參數(shù)進(jìn)行了槳葉動態(tài)響應(yīng)影響性分析,得出了一些有參考價值的結(jié)論。針對槳葉后緣抗鳥撞能力薄弱方面,在不有悖于飛行器設(shè)計(jì)最小重量的原則下,提出了一些提高槳葉抗鳥撞性能的方法,并對這些方法進(jìn)行了對比分析。
　　設(shè)計(jì)制作了鳥撞試驗(yàn)裝置,其中包括開炮機(jī)構(gòu)、脫殼機(jī)構(gòu)、鳥彈安裝機(jī)構(gòu)、明膠鳥彈等部件。利用該裝置開展了鴿子鳥彈、明膠鳥彈撞擊懸臂梁試驗(yàn)。在鴿子撞擊試驗(yàn)中,并沒有對鴿子進(jìn)行宰殺;而是僅用保鮮

4、膜將鴿子束縛住,直接發(fā)射出去撞擊靶體,通過高速攝像結(jié)果可以看出,本文的方法更接近于真實(shí)的鳥體撞擊。利用明膠鳥彈作為替代鳥體進(jìn)行了撞擊試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)明膠鳥彈能夠很好地模擬鳥體在撞擊過程中的流體動力學(xué)行為,為今后旋翼鳥撞試驗(yàn)中的替代鳥體研究奠定了一定的基礎(chǔ)。
　　由于直升機(jī)旋翼直徑較大,并且在旋轉(zhuǎn)過程中槳葉具有揮舞、擺振、扭轉(zhuǎn)等運(yùn)動,邊界條件復(fù)雜,受試驗(yàn)條件和試驗(yàn)場地的限制,主槳葉全尺寸鳥撞試驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)。本文提出采用集中載荷作用下的槳葉靜