高速直升机前行桨叶概念旋翼技术

高速直升机通过构型的革新,可以在保留直升机使用特点的基础上提高飞行速度,是直升机未来的重要发展方向之一。本文对国外相继出现的各种构型的高速旋翼飞行器进行了简要回顾,介绍了采用前行桨叶概念旋翼构型的高速直升机,对前行桨叶概念旋翼的气动、动力学和操纵特性做了分析研究,并梳理了相关的在研关键技术。     

某直升机旋翼采用4片桨叶与5片桨叶的动力学对比分析

旋翼设计包括桨毂构型、旋翼桨叶片数、旋翼直径、旋翼实度、翼型剖面等一系列影响直升机性能的因素。而旋翼桨叶片数的选择,对轻型和中型直升机来讲,4片桨叶旋翼和5片桨叶旋翼具有典型意义。某直升机是5吨级的直升机,在某直升机先期方案中,旋翼设计为4片桨叶,在某直升机旋翼的对法合作中,法方提出将4片桨叶改为5片桨叶。为此,在签订某直升机旋翼对法合作的合同之前,我们对某直升机采用4片桨叶与5片桨叶的动力学性能进行了比较和分析,并得出明确的结论。     

大型复合材料桨叶根部段抗疲劳设计研究

作为直升机的关键动部件,桨叶的抗疲劳设计技术是提高桨叶安全寿命,降低桨叶使用成本的关键。对于复合材料桨叶,特别是大型复合材料桨叶的桨根段疲劳特性的影响因素较多,关系也复杂。以本文从材料选择、总体构型、结构细节设计等方面介绍了大型复合材料桨叶根部段抗疲劳设计的思路、方法与措施,并简要描述了其试验结果。     

直升机旋翼设计技术应用现状及发展综述

本文从旋翼构型技术、桨毂设计技术、桨叶设计技术以及尾桨设计技术的现状和特点对直升机旋翼结构设计技术进行综述,以期为国内的直升机旋翼设计专业的发展提供参考。     

损伤容限法在直升机尾桨叶延寿中的应用

阐明了在直升机动部件疲劳设计和寿命评估中,采用传统的安全寿命方法确定的使用寿命偏于保守.提出了应用损伤容限法于直升机尾桨叶延寿中,根据尾桨叶的疲劳危险部位具有一定的安全裂纹扩展的损伤容限特性,在加强使用中的检查维修的同时,可保证尾桨叶安全使用寿命延长.     

应用非均布桨叶设计方法的旋翼降噪技术研究

为降低直升机旋翼噪声水平,本文建立了一种通过改变旋翼噪声辐射方式的降噪方法.运用脉冲近似和傅立叶变换法对非均布桨叶产生的气动噪声进行研究,并采用三角调制改变旋翼桨叶的间距角,从而避免声学能量在单一通过频率上集聚,使其重新分布在一系列不同的通过频率上.文中给出了分析桨叶非均布噪声特性的方法,分别对3片、4片、5片及6片桨叶构型产生的相对声压幅值和相对声压级进行了计算和分析,并绘出了相关的频谱图.通过分析,得到一些有意义的结论.     

直升机的气动弹性问题

直升机的气动弹性问题与固定翼飞机不同,不仅要考虑单片桨叶,更要将旋翼视为一个整体,考虑其动态入流、尾迹影响以及旋翼与机身之间的相互耦合等。就单片桨叶而言,在结构动力学上,需要考虑离心力场、几何非线性以及桨叶的非线性挥舞-摆振-扭转耦合;在气动力上,需要考虑动态入流以及桨尖处可能的失速效应,本质上属于非线性气动弹性力学范畴。由于旋翼气动力通常是以周期形式通过旋翼轴传给机身,并引起机身振动,而机身运动又通过改变桨叶根部形态反过来影响旋翼的气动弹性特性,这种旋翼/机身耦合问题,也是近年来直升机气动弹性问题研究中的重要方向和热点之一。此外,随着旋翼流场数值分析方法的日趋成熟,采用动态重叠网格或滑移网格方法来实现桨叶运动,并通过动网格技术来实现桨叶的弹性变形,从而实现弹性旋翼流场的数值模拟,目前正呈现出勃勃生机,成为直升机气动弹性研究的又一重要方向和热点。随着各种新构型直升机的相继出现,如倾转旋翼机、前行桨叶概念旋翼(ABC)直升机和复合式直升机等,也带来了新的气动弹性问题。不断发现问题、解决问题,推动本学科持续发展,永远是气动弹性工作者终身奋斗的目标。     

基于ABAQUS二次开发的直升机桨根快速建模方法及应力分析

随着新构型直升机技术的发展，对直升机桨叶有限元仿真技术的要求也越来越高。参数化建模仿真方法能够降低有限元法仿真技术的使用难度，对桨叶快速化、精细化设计具有重要意义。本文基于ABAQUS二次开发方法构建了一种适用于直升机桨叶根部段的快速建模方法，在有限元建模过程中参数化建立材料属性和接触属性，完成直升机复合材料桨叶根部段的快速化仿真分析。利用该方法对某直升机桨根进行应力计算，与常规建模方法相比，快速建模方法有效提高了建模效率，保证了仿真结果的一致性。快速建模方法仿真结果与常规建模方法仿真结果相比应变误差不超过1%，快速建模方法与试验结果相比应变误差不超过10%，常规建模与试验结果应变误差不超过91%，验证了该方法的可靠性。     

直升机桨叶气动外形多目标优化设计

基于自由尾迹方法建立了直升机桨叶空气动力学分析模型,应用人工神经网络方法建立代理模型,采用改进的多目标遗传算法构建了优化框架,对直升机的悬停和大速度前飞状态进行优化.以悬停效率、旋翼等效升阻比及桨叶叶素的最大阻力系数为约束,对两个飞行状态的需用功率进行优化,得到了Pareto最优解集.并以UH-60A直升机的桨叶为算例,对其外形进行优化设计,优化结果表明,提出的桨叶气动外形多目标优化框架是有效可行的.      

直升机桨叶静强度分析中的一个新方法

在直升机桨叶的静强度分析中,传统的分析方法可能会由于载荷计算的不准确,给强度结论带来不确定性。比如,直升机在飞行过程中,若桨叶的动载荷大于计算载荷,这时候就无法判断桨叶是否满足静强度要求。若采用本文中推荐的新方法进行分析,就容易对桨叶的静强度下结论。     

直升机旋翼桨叶防/除冰系统防护范围研究

直升机主旋翼桨叶在结冰气象条件下有结冰的危险, 为了满足直升机全天候仪表飞行的要求, 必须对桨叶采取结冰防护.本文针对某翼型直升机桨叶, 通过分析表面各项热流, 计算表面温度为零时极限结冰状态的临界速度, 确定了桨叶展向结冰防护范围为沿展向从翼根到翼尖0～95%;采用分析水滴在气流场中运动的拉格朗日法计算水滴撞击特性, 确定桨叶弦向结冰防护范围为上表面12%, 下表面33%.在此基础上对桨叶表面加热形式和结构进行设计, 可为直升机旋翼桨叶防/除冰系统设计奠定基础, 此研究具有重要的实用价值.      

复合材料在无人直升机旋翼桨叶上的应用

旋翼是直升机的关键部件[1],其不仅是直升机的升力面,也是直升机的操纵面[2].在直升机领域,流传着一句话,"一代旋翼,一代直升机".因此,直升机技术的进步总是伴随着旋翼技术的进步.早期的直升机旋翼桨叶是由金属(甚至航空木材)设计、加工而成.由于复合材料具有高的比强度、比刚度以及可设计等诸多特点,现代直升机的旋翼桨叶都普遍采用复合材料进行设计和制作[3].     

复合材料主桨叶生产过程中的质量检测和试验验证方法

主桨叶作为直升机的关键部件,其生产质量直接关系到直升机的安全,因此在桨叶生产的全过程中,必须对其进行全面的质量检测和试验验证,从而确保生产出的桨叶符合设计要求。首先介绍了EC175复合材料主桨叶的内部结构,然后介绍了其整个生产过程中的质量检测和试验验证方法。     

可变下垂前缘桨叶

美国陆军、海军和NASA研究人员组成的小组已成功地试验了有可变下垂前缘(VDLE)的直升机旋翼桨叶。这种桨叶能显著地扩大直升机的使用包线。     

直升机旋翼桨叶除冰结构设计

直升机旋翼桨叶除冰技术对保证直升机飞行安全是十分重要的。由于种种原因,我国目前研制的直升机都没有装备旋翼桨叶除冰装置,相关的技术研究也刚刚起步。本文介绍了直升机旋翼桨叶除冰结构设计方法,并在某型直升机旋翼桨叶参考方案的基础上进行了除冰装置的结构优化设计,确定了一个满足除冰要求和旋翼桨叶的静、动特性及强度要求的结构设计方案。     

XH-59A“前行桨叶概念”(ABC)验证机

所谓的“前行桨叶”,指的是直升机旋翼旋转形成的“圆盘“中的桨叶移动方向与直升机移动方向相同的一侧,反之另一侧则称为“后行桨叶”。例如,直升机向前飞行时,旋翼“圆盘”右侧的桨叶为“前行桨叶”,向后飞行时“前行桨叶”在左侧,向左飞行时,在前侧,向右飞行时,在后侧。直升机向前飞行时,“前行     

智能材料与直升机

直升机空气动力学专家们都有一个梦想:即旋翼桨叶每旋转一周能周期性地改变其剖面翼型。前行方向上的桨叶薄而平,其薄翼型可延迟气流压缩性的影响,而后行桨叶则厚而弯,旨在产生高的升力。如果这种情况显得过于理想化的话,我们可以使桨叶在适当的时间周期扭转或在桨叶上安装一片可周期变形的襟翼。     

NASA进行低噪声桨叶风洞试验

直升机在飞行过程中产生强涡流噪声,这种噪声是前行桨叶在经过前桨叶所造成的涡流区时而产生的,为减少这种涡流噪声,各直升机制造公司曾经做过许多尝试,目前已找到了多种不同的降低噪声的办法,麦道直升机公司采用的方法是将旋翼桨叶后缘一小部分变成可调的活动襟翼,这些襟翼能根据桨叶的各位置产生不同的振幅和速度的挥舞运动,最终达到破坏涡流环境和降低噪声之目的。NASA在美国陆军的支持下,在其兰利试验中心的4.3米×6.7米的亚音速风洞中进行了缩小比例模型试验,襟翼大小     

旋翼桨叶气动外形设计

旋翼桨叶气动外形设计的目的主要是使旋翼的气动特性满足直升机的设计和使用要求,本文针对直升机旋翼桨叶气动外形设计中的有关问题,介绍了桨叶气动外形设计的设计方法,设计参数主要包括桨叶的弦长、扭转角、翼型选择和配置以及桨尖形状,并以某型直升机旋翼桨叶为例,介绍了旋翼桨叶气动外形的设计。     

电控旋翼直升机配平及操纵特点分析

对采用电控旋翼直升机的配平及操纵特性进行了研究。首先根据电控旋翼的刚体桨叶变距运动方程，推导了襟翼操纵量与桨叶桨距的显式关系式。以此为基础，建立了电控旋翼直升机的飞行动力学模型。以WZ-1直升机为样例直升机，对比分析了电控旋翼直升机与常规直升机的配平特性和操纵响应特性。结果表明，电控旋翼直升机具有与常规直升机类似的配平和操纵特性，桨叶预安装角和桨根扭簧刚度这两个参数对其影响显著。