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。     

铰接式单旋翼直升机“地面共振”简化分析

以往在设计阶段,对铰接式单旋翼直升机作“地面共振”分析时,机体桨毂中心横向动力学特性一般分频段采用单自由度动力学模型。但是两架单旋翼直升机的试验表明,这种模型在高频段和试验结果不符。本文则采用不计模态间耦合阻尼的二自由度模型,其动力学特性与试验结果基本符合。 频率无因次化后利用Nyquist稳定准则给出了铰接式单旋翼直升机“地面共振”的判别公式。据此分析了模态参数对“地面共振”的影响。 以上结果可供设计阶段控制模态参数、排除“地面共振”参考。     

无轴承旋翼直升机气动机械稳定性分析

采用模态综合技术建立了旋翼与机体耦合气动机械稳定性分析模型,并以采用无轴承旋翼的轻型直升机为研究对象,依据机体动力学特性试验数据和旋翼设计数据,进行了地面共振和空中共振分析.研究了一些设计因数对稳定性的影响,讨论了从设计上增大阻尼的方法和在分析方法上还应注重的研究内容,研究结果表明,安装减摆器,并提高其阻尼效率,以及设计对阻尼有利的桨叶气弹耦合是消除无轴承旋翼地面共振和空中共振的重要设计措施.     

基于分岔理论的直升机地面共振分析

基于拉格朗日法建立了旋翼/机体耦合的直升机地面共振动力学模型,该模型考虑了非线性桨叶摆振阻尼的影响.采用非线性分岔理论对无阻尼地面共振动力学系统的自激振动边界进行了预测,并与经典的Cloeman特征方程法得出的结果进行了对比验证.随后利用该理论分析了无阻尼及含桨叶非线性摆振阻尼的地面共振系统的动力学特性.结果表明,采用非线性桨叶摆振阻尼使地面共振动力学系统在自激振动区域呈现出有限幅度的极限环振动,同时也避免了系统在该区域运动发散,且极限环振动幅值与非线性阻尼相关.     

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。     

采用磁流变阻尼器的直升机"地面共振"分析

针对磁流变阻尼器的非线性特性，采用能量法得到了磁流变阻尼器的等效线性阻尼。建立了机体平面二自由度和刚性桨叶的“地面共振”分析模型，得出了直升机“地面共振”的稳定性区域。通过分析计算可以得出，磁流变阻尼器能在不同情况下提供“地面共振”所要求的阻尼，达到抑制“地面共振”的目的。     

一种分析滑橇式起落架直升机"地面共振"的方法

针对滑橇式起落架直升机，提供了一种“地面共振”动力稳定性分析的方法。首先，针对滑橇式起落架在承受直升机重量与旋翼升力时产生大变形的特点，逐级用有限元法计算其刚度和变形，并通过与地面库伦摩擦系数的比较，判断滑橇式起落架与地面接触的橇筒所受摩擦力的大小以及与地面产生的相对运动；其次，考虑滑橇式起落架与直升机相连阻尼器的作用，将有限元计算弹性刚度的方法拓展到适用于复刚度的计算；最后，根据直升机旋翼桨毂不同的结构形式，用桨叶振动模态法对滑橇式起落架的直升机进行“地面共振”动力稳定性分析，并通过算例得到验证。工程实例分析结果表明，本文方法具有物理概念清晰、运用方便的特点，能适用于各种旋翼结构形式的滑橇式起落架直升机的“地面共振”分析。     

直升机"地面共振"的输出反馈最优控制

在导出采用 Ｓ Ａ Ｓ的桨距控制的直升机“地面共振”空间模型的状态方程和输出方程的基础上，研究抑制直升机“地面共振”的控制律综合设计方法。鉴于工程实用性，宜采用可测得的输出作反馈控制；由于直升机旋翼工作转速范围宽，反馈控制应保证旋翼从起动到最大工作转速范围内闭环系统全速稳定。因此，提出并研究满足上述要求的基于输出反馈的次最优控制法与基于观测器的输出反馈最优控制法。仿真计算表明了这些方法对抑制直升机“地面共振”的有效性。     

8米×6米风洞直升机旋翼机身组合模型试验台的动态特性测试及初步分析

本文介绍了8米×6米风洞直升机旋翼机身组合模型试验台的动态特性测试,给出了试验台在不同工况下的固有频率及振型。并在试验的基础上,进行了试验台安装 BO-105旋翼模型时的地面共振问题的分析计算,确定了旋翼临界稳定转速。同时,初步分析了有关参数对试验台动态特性的影响。     

WZ—1直升机旋翼桨叶的设计

从气动、动力学和结构设计三个方面介绍了直升机旋翼桨叶设计的一般要求，分析了桨叶扭转角、平面形状、浆尖形状等参数对直升机性能、旋翼气动特性和动力学特性的影响，并结合ＷＺ－１无人驾驶直升机的使用要求对其旋翼桨叶进行了初步设计，给出了桨叶的构形和“共振图”。本文的设计和分析方法可用于指导其他直升机的旋翼桨叶设计。     

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。     

变直径旋翼直升机飞行性能研究

为了研究旋翼直径变化对直升机性能的提升作用,将旋翼动力学综合模型与机身模型相耦合,采用前飞配平方法计算稳态时旋翼操纵量和机身姿态角,从而计算直升机需用功率。通过研究直升机功率与旋翼半径、前飞速度、直升机起飞重量以及飞行高度之间的关系来确定直升机需用功率的降低幅度,同时也分析了旋翼桨距和机体倾斜角随旋翼半径和前飞速度的变化趋势。在中高速飞行时,特别是高速飞行时,旋翼半径的变化可以显著地提升直升机的性能。当飞行速度为200km/h、旋翼半径减小20%,需用功率可降低37.6%。随着飞行高度的不断增加,在低速到中速飞行时直升机功率减小幅度会减小,在高速时功率减小幅度会增大。旋翼总距和纵横向周期变距随旋翼半径减少而增加,机体纵横向倾斜角随半径减小而减小。     

旋翼洗流影响直升机红外辐射的计算分析

针对在旋翼洗流作用下,高速、高温的发动机喷流对直升机的红外辐射特性有着相当大影响的问题,提出了一种计算分析方法。该方法首先利用自由尾流技术对旋翼下洗流场进行计算;在此基础上,将旋翼洗流视为一种横流干扰,以计算得出的洗流速度为边界条件,进行了发动机热喷流模拟;然后,计算了喷流截面的温度涡线分布,并以此确定了旋翼洗流影响下的机体温度分布;最后,计算和分析了旋翼洗流对直升机红外辐射强度的影响。对某型直升机计算分析表明,该方法稳定可靠,结果符合实际情况,适于工程分析和预估。该方法还可用于直升机机体温度场的工程求解。     

应用机械阻抗技术确定直升机旋翼—机身组合系统的固有频率

本文以Y—2直升机为例,从理论分析和机械阻抗的实际测试来阐述如何利用机械阻抗技术确定直升机旋翼——机身组合系统的固有频率,以及旋翼与机身动态特性之间的相互影响。文中不仅给出了组合系统的共振图,而且也提供了在旋翼动力特性设计计算中关于如何处理边界条件影响的一个实例。     

旋翼结构参数及动力学参数对直升机操纵稳定性的影响研究

分析了直升机旋翼的预锥角，预掠角，桨叶根部的约束刚度和阻尼对直升机操纵性和稳定性的影响。旋翼的动力学模型采用有挥舞铰和摆振铰外伸量，桨叶根部在挥舞和摆振两个方向上都带有不弹性约束的形式；旋翼桨盘处的诱导速度分布采用自前向后直线增大的形式。分析结果表明：旋翼的预锥角和预掠角对直升机全朵的稳定性和操纵性的影响可以略去不计，而桨叶银部挥舞方向上的弹性约束刚度对直升机全机的操纵稳定性有较大影响，摆振方向上     

共轴刚性旋翼飞行器配平特性及验证

针对共轴刚性旋 翼与常规旋翼的区别，从挥舞运动、变距操纵和诱导速度3方面建立共轴刚性旋翼的气动力模型。采用等效挥舞运动概念，建立共轴刚性旋翼的挥舞运动方程;引入提前操纵角概念，建立与共轴刚性旋翼挥舞频率相适应的变距操纵模型；引入上下旋翼干扰因子，建立共轴刚 性旋翼的诱导速度模型。在此基础上，建立共轴刚性旋翼飞行器飞行动力学模型，并以XH-59A 直升机为例计算纯直升机飞行模式的配平特性，使用飞行试验数据验证了理论模型的正确性，同时讨论了共轴刚性旋翼飞行器与常规直升机配平特性的异同点。     

直升机吊挂飞行稳定性和操纵性分析

建立直升机吊挂飞行的直升机/吊挂物/吊索耦合飞行动力学模型.其中直升机基本飞行动力学模型,包括挥、摆耦合的旋翼桨叶挥舞、摆振模型和弹性扭转模型,采用动态入流理论的旋翼尾迹模型,并考虑了旋翼尾迹对吊挂物的影响,还有直升机六自由度运动模型;建立了吊挂物刚体运动模型和根据风洞实验结果确定的吊挂物气动力模型,吊索采用柔索模型.在此基础上,比较了无吊挂配平操纵量与实验结果和吊挂飞行配平计算结果,分析了吊挂物对直升机平衡稳定性的影响以及直升机质心位置和吊点位置对稳定性的影响,在频城里进行了吊挂飞行的操纵性分析,计算结果与飞行实测进行了对比,二者吻合较好.     

直升机旋翼非线性液压减摆器几何耦合及参数影响分析

为研究几何耦合与设计参数对非线性液压减摆器等效阻尼的影响，建立了直升机前飞时，计入几何耦合的旋翼液压减摆器的分析模型，根据浆叶与减摆器之间的关系和减摆器力－速度曲线，导出了浆叶的摆振运动方程，用4阶龙格－库塔法对摆器轴向速度在时域内的响应进行了计算；用能量平衡的原理计算了非线性液压减摆器的等效线性阻尼；计算并分析了几种典型的几何耦合形式，减摆器的安装形式和设计参数对轴向速度和等效阻尼的影响，结果表明，前飞时变距几何耦合将使液压减摆器的有效阻尼大幅度下降，通过改进减摆器的安装型式，选择合理的几何参数可以显著降低轴向速度，提高等效线性阻尼。     

带桨间磁流变阻尼器的直升机"地面共振"开-关控制研究

防止直升机出现“地面共振”是直升机研制过程中必须解决的动力学问题。磁流变阻尼器作为可控阻尼器具有结构紧凑、功耗小及输出力大等优点。本文建立了带有桨间磁流变阻尼器的直升机“地面共振”空间模型运动方程,采用开—关(on—off)控制方法来抑制“地面共振”,并进行了仿真计算和控制结果分析。结果表明,采用桨间磁流变阻尼器抑制“地面共振”比粘弹性阻尼器有更好的可控性。     

基于自由尾迹方法的共轴式双旋翼流场分析

建立了一个适合于共轴式直升机双旋翼流场特性分析的自由尾迹计算方法.该方法中,桨叶模型采用了升力面/涡格法,尾迹则使用畸变的自由尾迹模型,以更好地模拟流场特性及计入桨尖三维效应.通过旋翼下洗速度的计算值与可得到的实验值对比,表明了该计算方法的有效性.然后,着重计算分析了共轴式直升机的旋翼尾迹结构和诱导速度分布,并与单旋翼情况进行了对比.结果表明:悬停时,与单旋翼相比,共轴式双旋翼在旋翼下方的诱导速度更大,但并非两幅单旋翼诱导速度的迭加;前飞时,随前飞速度的增加,上下旋翼间的相互干扰逐渐减弱.