直升机全机振动分析与控制

本文对近二十年来直升机全机振动分析和控制的发展与现状作了综合述评。主要内容包括:旋翼振源分析,机体结构在旋翼激振力作用下的振动响应(计算与试验),以及现代直升机所采用的几种全机振动控制方法。     

编者的话

随着科学技术的发展,振动问题的研究愈来愈为人们所重视。特别是航空、航天工程,飞行器在各种飞行环境中可能产生各种振动问题,往往导致严重的后果。大气紊流、发动机、直升机旋翼等多种振源引起强迫振动,突风、着陆、机炮产生动力响应,以及各种动力不稳定问题(如飞机颤振、直升机“地面共振”等),不仅影响到飞行器的结构强度和飞行品质,而且直接关系到飞行器的性能,威胁到飞行的安全。同时,由于发展了主动控制技术,还带来了新的受控结     

共轴式直升机地面共振非线性仿真

建立了共轴式直升机旋翼/机体耦合的非线性动力学模型。在不考虑桨叶减摆器和起落架非线性因素的前提下，通过求解某模型直升机不同转速时桨叶摆振和机体运动的时域响应，确定了该直升机发生地面共振的转速范围，并与特征值分析确定的共振转速范围进行了对比验证。最后，分别采用非线性动力学模型和线性化模型对不同转速时的上、下旋翼桨叶摆振和机体运动响应进行了动态仿真计算，发现：在稳定区内，系统 非线性因素的影响不大；在不稳定区，非线性系统与线性化系统的响应特性呈现显著差异，且非线性系统将出现极限环现象。     

某型飞机局部结构改装振动响应增量预估

研究了某型飞机局部结构改装振动响应增量预估问题，根据对原型飞机和改装结构－加装天线罩的分析，提出了振动响应增量预估的分析原理，方法与技术路径，即以天线罩引起的气动载荷为输入，以天线罩及周围机身为受激对象，计算或测量天线罩上及机身内外某些点的振动响应增量。为此，本文通过缩尺模型的吹风试验，测量了天线罩上的脉动气动载荷，通过地面振动测量，测量了改装结构的频响函数，并进行了计算预估与模拟加载响应测量预估     

撬式起落架动刚度及阻尼特性试验研究

起落架动刚度及阻尼特性是研究直升机“地面共振”问题两个重要参数。刚进入国产化阶段的橇式起落架迄今尚无靠的理论计算方法来确定这两个参数。本试验研究利用某型直升机真实的橇式起落架为试件，采用机械阻抗测量法来研究该起落架的动刚度及阻尼特性。试验使用电液伺用激振设备，对橇式起落架进行不同频率的激振，实时测量相应的载荷及位移响应，从而得出了橇式起落激振设备，对橇式起落架进行不同频率的激振，实时测量相应的载荷     

直—九直升机地面共振当量模型及稳定性分析

本文推导了直升机地面共振当量模型中的当量质量、当量刚度与当量阻尼的计算公式，分析了机体动力特性及其主要影响因素，并运用当量地面共振二维模型计算了直－九直升机旋翼／机体耦合地面共振稳定性。在此基础上分析了机体阻尼与旋翼阻尼各自对直－九直升机地面共振稳定的影响。计算与分析结果表明，未国产化的直－九直升机在使用范围内不会发生地面共振，这与直－九直升机实际使用情况相符合。所用计算模型及计算机程序可直接用于     

直升机传动系统扭转振动特性分析

传动系统扭转振动是直升机研制过程中必须考虑的一个动力学问题。本文通过分析计算，回答在改型设计中“增装的液压泵与交流发电机对原型直升机传动链的扭转振动特性是否会带来不利影响”的问题。采用阻抗匹配法进行分析，导出各子系统的动刚度表达式，对Ｘ型直升机传动系统扭转振动特性进行分析计算，并与原型机进行比较。     

橇式起落架动刚度及阻尼特性试验研究

起落架动刚度及阻尼特性是研究直升机“地面共振”问题两个重要参数。刚进入国产化阶段的模式起落架迄今尚无可靠的理论计算方法来确定这两个参数．本试验研究利用某型直升机真实的模式起落架为试件，采用机械阻抗测量法来研究该起落架的动刚度及阻尼特性。试验使用电液伺服激振设备，对模式起落架进行不同频率的激振，实时测量相应的载荷及位移响应，从而得出了模式起落架的动刚度及阻尼。试验模拟了直升机完全停机及半升力卸载情况，在机场及冰面降落情况，以及３个不同方向的受载情况。试验结果已直接用于某型直升机的“地面共振”分析。     

直－九直升机地面共振当量模型及稳定性分析

本文推导了直升机地面共振当量模型中的当量质量、当量刚度与当量阻尼的计算公式，分析了机体动力特性及其主要影响因素，并运用当量地面共振二维模型计算了直一九直升机旋翼／机体耦合地面共振稳定性。在此基础上分析了机体阻尼与旋翼阻尼各自对直－九直升机地面共振稳定性的影响。计算与分析结果表明，未国产化的直－九直升机在使用范围内不会发生地面共振，这与直一九宜升机实际使用情况相符合。所用计算模型及计算机程序可直接用于直－九直升机国产化中地面共振稳定性分析。     

一种小型无人直升机飞控舱减振及飞行验证

研究了起飞质量为100kg的小型无人直升机飞控舱减振问题,通过建立飞控舱耦合系统有限元模型,利用大量实物模态试验得出的试验数据,对所建有限元模型进行修正.利用修正过的模型对飞控舱进行振动计算及参数影响分析,得到了满足强度和振动特性要求的减振器.经过大量飞行试验,验证了飞控舱减振系统具有良好性能,故解决了飞控舱振动过大难题,为无人直升机进行自驾飞行提供了安全保证.     

ANSYS在压电天平设计中的应用

利用ANSYS力电耦合的有限元分析方法，对一台三分量压电天平的性能进行评估。主要进行了静力、模态和瞬态响应特性分析，静力分析的目的是获得天平输出与施加载荷之间的关系，评估压电天平各分量的主灵敏度系数和分量间干扰灵敏度系数；模态分析的主要目的是获得压电天平的各阶振动频率和振型，用于评估天平的频率响应特性；瞬态响应特性分析主要用于评估天平在瞬态载荷下的响应特性，评估加速度计惯性补偿的有效性。ANSYS分析结果表明:压电天平的各分量主灵敏度较高，具有较好的分量间抗干扰能力，设计的天平频响较高，加速度计实现了对天平输出信号中惯性振动信号的补偿，能够满足激波风洞测力试验的需求。天平校准和风洞试验结果表明:天平的实际性能与有限元评估结果一致。     

火星探测器减速着陆过程中若干问题的研究

围绕火星探测器减速着陆过程中涉及的开伞控制技术、降落伞拉直过程的绳帆现象、降落伞充气性能以及物伞系统动力学特性等关键技术问题进行了研究。通过对探测器进入轨道的分析,提出了一种以动压为控制目标的自适应开伞控制方法,并对其原理和实现方法进行了研究。采用降落伞拉直过程多刚体、多质点、多自由度动力学模型,对绳帆现象进行了数值仿真分析,发现开伞攻角是绳帆现象的主要成因,并提出了设计控制措施。采用降落伞轴向-径向动量守恒充气模型研究了大气密度对降落伞充气性能的影响,得到了大气密度对降落伞充气时间、充气距离、充气过程中伞衣面积变化及开伞载荷的影响规律或特点。利用物伞系统动力学模型,研究了物伞系统减速下降过程的动力学特性。本文研究内容对于中国火星探测器减速着陆系统的工程设计、试验及性能评估等均具有较好的参考价值。     

民用飞机发动机吊挂部段静力试验与静强度分析

根据民用飞机发动机吊挂部段静力试验技术需求,研制了一套用于吊挂部段静力试验的试验系统,解决了吊挂支持模拟、加载边界模拟等关键技术,完成了吊挂应急着陆、航向侧移两种危险工况试验,并结合试验台架-吊挂有限元分析模型对吊挂进行了静强度分析.试验结果表明,试验系统工作稳定可靠,吊挂在应急着陆等工况下未发生有害塑性变形,其强度、刚度满足设计要求.对比显示:试验最大应力与有限元分析相对误差均小于8％,验证了分析模型的准确性.试验结果可作为民用飞机发动机吊挂部段强度性能的评定依据,有限元建模方法可应用于吊挂部段改型设计.     

含气穴效应的起落架落震动力学研究

针对某无人机前起落架在落震试验中地面载荷上升阶段出现的异常波动现象,通过对落震试 验结果中缓冲器压缩状态和地面载荷关系的分析,判断该现象是由于缓冲器主油孔较小,主 油腔中的气泡不能顺利转移到空气腔导致。建立了包含缓冲器主油腔气穴效应的起落架落震动 力学模型,采用数值分析方法求解了该模型的动力学特性,计算结果与试验结果符合较好。 通过震荡方法排除缓冲器主油腔中气穴后,落震试验得出的试验结果和不包含气穴效应的模 型计算结果符合。落震试验对比表明：缓冲器轴向载荷波动现象由气穴效应引起;通过消除 气穴方法后,起落架地面垂向载荷峰值下降0.3 kN,起落架系统缓冲效率提高2%。     

大柔性飞机起落架缓冲器参数设计

为解决现行飞机起落架缓冲器设计不考虑机体柔性存在的问题,以大柔性飞机支柱型起落架油气式缓冲器为例,采用三质量块飞机着陆模型和功量预估分配法选择缓冲器参数,并对其进行着陆响应动力学分析。研究结果表明,机体一阶模态频率和起落架与机体连接点位置是影响机体储存着陆功量的两个主要因素:机体一阶模态频率小于2 H z时,机体储存的着陆功量预估公式计算误差小于5%;机体储存能量的耗散效率较低。     

聚焦式液弹隔振系统的传递特性分析

为降低机身振动水平,提出了一种能够高效隔离旋翼振动载荷的聚焦式液弹隔振系统。通过对液弹隔振器和聚焦式隔振系统进行建模,分析了聚焦式液弹隔振系统的传递特性。通过建模计算,讨论了阻尼、安装角及惯性液体质量对隔振效率的影响。     

飞机起落架落震试验测控系统开发与应用(英文)

针对"海鸥300"飞机起落架落震试验的技术要求,研制了起落架落震试验测控系统。提出飞机起落架落震试验电液伺服系统的设计方案,采用可编程式逻辑控制器(PLC)技术实现了试验过程的自动化,解决了起落架落震试验机轮水平载荷、垂直载荷、机轮转速等测量技术难点。根据CCAR-23-R3要求,完成了"海鸥300"起落架落震试验。结果表明:试验系统工作稳定可靠,数据采集精度高,符合"海鸥300"飞机起落架试验技术要求,可作为其飞机适航取证的依据。     

带有连接结构的导弹动特性试验研究方法

导弹的头体连接对导弹的整体结构动力学特性会产生很大的影响,这种结构会呈现较强的非线性特征,其动特性参数会随着外界载荷和振动量级的变化而变化,而该参数又是飞行稳定控制系统设计的重要依据。因此,为了考察和评定带有间隙结构的导弹动特性参数随载荷和振动量级变化的情况,本文阐述了一种不同于以往导弹全弹结构动特性试验的新的试验思路-加载试验方法和变量级试验方法,针对一个具体的导弹型号,给出了典型载荷的加载实现方式,最后还给出了试验结果并对结果进行了原理性的解释。通过本文的研究表明,本文提出的试验方法在今后的导弹型号研制当中是十分必要和可行的。该方法也可推广到其他类似的民用结构的应用当中。     

基于ABAQUS的某型发动机涡轮叶片静强度及振动特性分析

应用ABAQUS有限元分析软件对某型发动机涡轮叶片的静强度和振动特性进行分析,得到了涡轮叶片的应力和位移分布云图,验证了涡轮叶片静强度的可靠性,得出涡轮叶片的各阶固有频率及振型,并绘制坎贝尔共振曲线图,计算涡轮叶片在发动机各工况下的共振裕度,对其发生共振的可能性进行了分析。根据静强度和振动特性的仿真结果,对涡轮叶片的维护修理和发动机试车等方面提出了相应建议。     

针对未来大运载火箭的缩比模型动特性仿真研究

本文针对未来发展的大型运载火箭所面临的全新振动特性问题，简要介绍了国外先进的技术水平，给出了动力学缩比模型的相似关系，进行了1／10缩比模型的试验及计算仿真探索，提出了本研究中发现的技术难点以及一些可行的解决途径。