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。     

直升机桨毂减阻设计进展

针对直升机桨毂部分,系统介绍了气动减阻设计的进展情况,包括常规主旋翼、共轴式双旋翼和无人直升机旋翼桨毂的减阻设计方案。常规单旋翼直升机上主要采用整流帽进行桨毂减阻,共轴式双旋翼桨毂分别采用钝椭圆柱和翼型截面柱体整流罩对上、下桨毂和旋翼轴进行减阻,无人直升机的桨毂减阻设计方案与有人直升机类似。在风洞试验和数值计算研究中,通常会对影响减阻效果的整流罩设计参数和组合方式进行研究。目前,直升机桨毂减阻设计与应用还面临很多困难,需要综合考虑设计制造、部件干涉以及整流罩位置控制等问题。     

美国直升机先进旋翼技术

笔者参加了美国直升机50届年会和技术展示会,考察了西科斯基和波音公司直升机部。美国在直升机旋翼技术发展中对先进旋翼几何形状和桨毂结构方面作了大量的研究,并取得显著效果。     

共轴双旋翼桨毂减阻初步分析研究

基于CFD方法对不同构型的共轴刚性双旋翼桨毂阻力特性进行了对比分析研究,得出了桨毂气动阻力随不同曲线构型桨毂整流罩和不同构型连接轴整流罩的变化规律,建立了共轴双旋翼桨毂气动减阻方法.分析结果表明：构型3（钝椭圆＋翼型形状）的桨毂阻力比构型2（钝椭圆＋圆柱形）的桨毂阻力减小19％,构形3（钝椭圆＋翼型形状）桨毂阻力比构型1（尖椭圆＋圆柱形）桨毂阻力减小30％,构型3（钝椭圆＋翼型形状）为最佳减阻构型.     

共轴刚性旋翼构型高速直升机发展研究

共轴刚性旋翼带推力桨构型在保留常规直升机优异近地面机动能力的基础上,可实现速度与航程提升一倍,是下一代军用直升机的主要构型.本文从直升机构型发展需求出发,系统梳理了共轴刚性旋翼的概念原理、技术攻关和型号预发展过程,并以美军未来高速直升机型号发展和直升机技术发展趋势,提炼并概括了以高速直升机装备为代表的下一代军用直升机的...     

美国直升机先进旋翼技术发展和现状

作者参加了美国直升机50届年会和技术展示会,考察了西科斯基公司(Sikoysky)和波音公司(Boeing)直升机部。在美国直升机旋翼技术发展中对先进旋翼几何形状和桨毂结构方面作了大量的研究,并取得显著效果。现作以扼要介绍,期望对我国直升机研究和发展能有所启示。     

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。     

某型直升机旋翼桨毂离心试验台设计

为了进行某型直升机旋翼桨毂离心限动器试验,模拟旋翼桨毂在低转速、高转速状态下,离心限动块能够完成打开和复位试验,设计了旋翼桨毂离心试验台。通过计算旋翼桨毂在高低转速下的性能指标参数,结合离心限动器试验需求,实现在程序控制下的动态稳定状态条件,同时完成离心限动器完全关闭和打开的转速和位移量的实时测量并确保试验安全。     

阻尼器叶间布置的旋翼动态摆振角分析

阻尼器的主要作用是提供摆振方向的约束刚度和约束阻尼,然而,叶间布置的阻尼器在集合型整体振动不提供摆振刚度和阻尼,这样,桨毂支臂的摆振角度会大一些。为了避免桨毂支臀碰撞桨毂中央件,需要对旋翼桨叶摆振角度进行详细的计算,并进行合理的设计。但是,旋翼摆振角受直升机飞行状态、过载系数、重心位置等因素的影响,属于多约束条件的动态非线性问题,本文介绍了一种通过数值仿真计算直升机旋翼摆振角的工程设计方法和思路。     

直升机主桨毂疲劳试验技术研究

直升机旋翼系统主桨毂是直升机关键部件，在地面运转及首飞前必须进行疲劳试验，根据试验结果确定初步疲劳寿命。本文以某型号直升机旋翼系统主桨毂疲劳试验为例，总结出多点协调加载试验台的设计方法及试验调试方法，并按照试验台的组成，从控制系统、泵站、伺服动作器、测量系统及试验台体等方面，详细阐述了设计内容及其工程效果。     

直升机史话(长篇连载之七)

第十八回简桨毂新旋翼兴起改叶片玻璃钢飞旋上面几回,咱们介绍的是第二代直升机的发展概况以及我国直升机事业的起步。从这一回开始,我要说说第三代直升机了。     

旋翼布局对共轴刚性旋翼直升机气动特性影响研究

为研究旋翼布局对共轴刚性旋翼直升机气动特性的影响,建立了一种基于计算流体力学(CFD)技术的共轴刚性旋翼直升机全机气动干扰分析方法。通过某模型旋翼进行计算并与试验数据对比,验证了该方法的正确性。然后,针对旋翼间距、旋翼轴前倾角和桨毂中心相对直升机重心位置对共轴旋翼与旋翼/机身的气动特性进行了研究,分析了旋翼布局改变对共轴旋翼及旋翼/机身气动影响。结果表明：3个旋翼布局参数改变对悬停及前飞状态的气动特性均存在一定影响,其中旋翼轴前倾角影响明显;随旋翼轴前倾程度增加,悬停状态下轴向速度峰值与机身上表面相对压力峰值出现前移情况,前飞状态下桨毂中心后侧的轴向速度和机身上表面相对压力数值均有所减小。     

球柔性桨毂直升机气动/机械稳定性分析

本文应用有限元法和模态综合技术建立了直升机气动/机械稳定性分析模型,详细讨论了球柔性桨毂旋翼结构和气动耦合对动力系统稳定性特性的影响,分析了导致稳定性特性改变的一些重要参数。     

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。     

双线摆桨毂吸振器减振效率评估研究

建立了双线摆桨毂吸振器与旋翼和机体的耦合动力学评估模型,通过分析桨毂振动载荷作用下机体的振动响应,评估桨毂上安装双线摆吸振器的减振效率,分析了旋翼、机体模态特性对双线摆减振效率的影响。研究结果表明,双线摆桨毂吸振器的引入实质上是对耦合系统进行调频,旋翼桨毂载荷及量值是确定是否采取双线摆减振设计措施的重要前提。     

多片后缘小翼对直升机旋翼桨叶动态失速及桨毂振动载荷的控制

 减缓直升机后行桨叶动态失速发生、降低直升机桨毂振动载荷是提高直升机飞行速度、改进直升机飞行性能的重要途径。本文研究了直升机在高速高载情况下利用多片受控的桨叶后缘小翼对直升机的后行桨叶动态失速和桨毂振动载荷同时进行控制的有效方法。建立了弹性桨叶和后缘刚性小翼的结构动力学模型。桨叶剖面气动载荷采用Leishman-Beddoes 二维非定常动态失速模型计算,后缘小翼剖面气动载荷采用Hariharan-Leishman二维亚声速非定常气动模型计算。采用伽辽金和数值积分相结合的方法求解旋翼系统的气弹响应。建立了有效的多片后缘小翼控制策略和控制方法,分析了3片后缘小翼的运动规律及对后行桨叶动态失速和桨毂振动载荷的控制效果,结果表明利用多片小翼的运动是控制桨叶动态失速和桨毂振动载荷的有效方法。     

直升机的简单配平方法研究

本文通过严格的数学推导,给出旋翼桨尖平面倾角β１ｃ和机身俯仰角υ的数学表达式。利用β１ｃ式,能估算出稳定飞行和螺旋飞行时作用在桨毂中心的纵向力和力矩。在型号研制初期,它对旋翼设计和直升机气动布局具有重要指导意义。     

某机主桨毂用疲劳试验机的故障排除

某型机是引进国外制造技术,在国内研制生产的新型直升机。按外国公司规定:飞机上的关键部件要经疲劳试验合格后方准装机试飞;试制时试验数据要经外方签证确认方可。该机主桨毂用的疲劳试验机是一个关键试验设备。 1.疲劳试验机及其使用 该试验设备的用途是模拟直升机主桨毂在起飞降落状态和飞行状态下所受的载荷,在地面进行瞬变疲劳和振动疲劳试验,以考核关键部件主桨毂的疲劳性能,为主桨毂取得适航证提供试验数据和保证。     

主动扭转智能旋翼频域研究及仿真

以直升机主动扭转智能旋翼的数学模型作为控制对象,以主动桨尖偏转引起的桨毂五力素的4阶谐波分量作为输出项,以主动桨尖偏转角作为输入项,建立了多输入多输出控制系统;在此基础上,对主动扭转智能旋翼数学模型进行仿真控制试验,研究不同频率组合的控制信号对桨毂五力素4 Ω谐波分量的抑制影响.     

带气弹稳定性约束的复合材料浆叶减振优化设计

研究以降低直升机旋翼激振力为目标的复合材料桨叶结构动力学减振优化设计 ,分析了桨叶结构特性及桨尖后掠角等参数对N次 /转旋翼桨毂振动载荷的影响。在建立的桨叶二维结构特性有限元分析方程中 ,计入了桨叶剖面翘曲变形的影响 ,并利用哈密尔顿原理推导了旋翼桨叶的一维非线性运动微分方程。以桨毂交变载荷为目标函数 ,直接以复合材料桨叶典型剖面构造节点数据、铺层设计参数和桨尖后掠角等为设计变量 ,引入桨叶挥舞惯量、固有频率和气弹稳定性约束 ,进行旋翼的动力学优化设计 ,并结合 3片桨叶旋翼的设计进行了算例分析 ,优化结果使 3次/转的桨毂载荷降低了 2 4 .9%～ 33%。