智能旋翼—一种极有前途的直升机振动主动控制技术

在直升机旋翼各片桨叶后缘安装主动控制附翼（ＡＣＦ）的智能旋翼新概念，发展十几年来，特别是在智能材料技术取得重大进展、得到广泛应用的今天，正越来越受到直升机界的重视。本文简要概述了智能旋翼概念的由来、发展现状以及主动附翼控制振动的基本问题，指出该技术是一种具有卓越潜能、极具应用前景的直升机振动控制方法。     

基于智能变距拉杆的旋翼平衡实时调整方法

旋翼不平衡是造成直升机振动的重要原因,而传统旋翼平衡调整是一种定期维护方法,耗时长且无法长时间保持维护后的振动水平。本文研制了一套基于智能变距拉杆的旋翼平衡实时调整（In flight tuning,IFT）系统,可以根据计算机发出的数字指令控制智能变距拉杆长度实现桨叶变距输入,进而完成旋翼动平衡调整。试验发现智能变距拉杆杆端位移量对旋翼转频振动分量的影响呈线性规律,由此确定拉杆调整系数矩阵。当获取旋翼不平衡振动信息后,根据相位选择相应拉杆作为调整器,根据振幅在调整矢量方向投影的大小关系设计了调整策略,得到拉杆完成平衡调整所需的位移量。通过旋翼塔试验验证了该方法的有效性,结果表明该方法可以在直升机飞行过程中实时降低旋翼振动水平,有效提高了旋翼动平衡调整效率。     

智能桨叶振动自适应控制研究

以德国宇航研究院的智能桨叶为原型，研究了智能桨叶振动控制的实时仿真。以两台高速信号处理器（ＤＳＰ）为核心，辅以其他器件，构造智能桨叶振动控制实时仿真系统。其中一台ＤＳＰ用于智能桨叶动态特性的实时在线模拟，另一台用于实时控制。所提出的采用ＭＸ滤波器模拟智能桨叶的动态特性和反馈与自适应前馈组合控制方法均由专用汇编程序实现。在此系统上实现了对智能桨叶在４Ω、８Ω（Ω为旋翼转速）谐和激励下桨叶振动的控制，     

旋翼／机身耦合系统的固有特性研究

直升机的旋翼与机身在桨毂处是机械耦合的，用旋翼阻抗和机身阻抗在桨毂处匹配的方法分析旋翼／机身耦合系统的固有特性。旋翼阻抗由旋翼在固定坐标系中的运动方程得到，这个运动方程由旋翼旋转坐标系中的桨叶模态方程导出，机身阻抗可由此可见 身的有限元分析计算或振动试验获得，还设计与加工了一个旋翼／梁耦合模型，对此模型进行了试验研究，试验结果和计算结果比较表明，分析旋翼／机身耦合系统固有特性的方法是可行的，且具有较高的精度。     

直升机旋翼失衡特性分析

旋翼桨叶相互不平衡，是引起直升机附加振动的主要原因之一，减小桨叶间不平衡（本文称失衡）引起的直升机附加振动，工程上依据旋翼失衡诊断的方法，旋翼失衡诊断技术是正在研究的课题之一。本文针对旋翼失衡诊断技术中的旋翼失衡特性分析，应用叶素理论，导出直升机旋翼失衡情况下，桨叶的运动特性和引起的附加激振力特性的数学分析模型。为验证数学分析模型，对某旋翼试算了失衡下桨叶运动特性和附加激振力特性。结果表明，数字分析模型是合理的．本文为旋翼失衡特性分析提供了一种理论分析、计算方法。     

直升机旋翼旋转噪声的估算

准确地预估直升机噪声水平是直升机噪声研究的主要目标之一。本义以Farassat的亚音速时域公式1A为基础,给出了旋翼旋转噪声的估算方法,适用于任意观察位置和各种直线飞行状态。在不考虑桨叶弹性的条件下,导出了用于数值计算的延迟时间方程和声压计算公式中各被积函数的表达式。本文以国内Z—8直升机旋翼和国外1/4缩比的UH—1旋翼模型为算例,对悬停飞行条件下的旋翼旋转噪声进行了计算。在此基础上,讨论了桨叶叶尖马赫数、桨盘载荷和桨叶翼型对噪声的影响。     

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。     

基于独立桨距控制的电控旋翼主动振动控制

电控旋翼利用桨叶后缘襟翼偏转通过气弹作用带动桨叶变距，从而实现对旋翼的控制。但由于其系统的复杂性，桨叶间易存在扭转刚度和质量不相似，从而引起较严重的旋翼振动。针对该情况，提出了基于独立桨距控制的主动振动控制方法，并以某原理性电控旋翼为算例进行了数值仿真，验证了所提出控制方法对电控旋翼由扭转刚度和质量不相似引起振动的减振有效性，最佳减振水平可达90%。     

直升机旋翼模型结冰风洞试验技术

为满足我国直升机旋翼结冰风洞试验需求，中国空气动力研究与发展中心在大型多功能结冰风洞研制了直升机旋翼模型结冰试验系统，发展了旋翼模型结冰风洞试验方法和数据采集与处理方法，规范了结冰试验的流程，能够安全可靠地开展旋翼模型结冰试验研究。通过开展国内首次直升机旋翼模型结冰风洞试验，研究了典型工况下旋翼模型的结冰特性，获得了结冰过程中旋翼模型气动载荷和振动载荷变化特性。试验结果表明:随着结冰时间增加，旋翼拉力急剧下降，功率急剧增大；伴随着桨叶表面“冰脱落—生成—再脱落—再生成”过程，旋翼性能出现较大波动；旋翼桨叶表面出现冰脱落之前，试验数据重复性良好可靠。     

基于小波变换和神经网络的直升机旋翼不平衡故障诊断方法

依据直升机旋翼不平衡故障空间与多点机体振动空间存在一对一映射关系的理论,采用某旋翼试验台设置桨距不平衡、质量不平衡以及后缘调整片不平衡的方法获取试验数据。利用小波变换和神经网络处理直升机机体振动信号,并对直升机旋翼单故障和复合故障进行诊断。最终实现了一种利用小波变换处理机体振动信号诊断旋翼不平衡故障的方法。     

Optimizing Control for Rotor Vibration with Magnetorheological Fluid Damper

The aim of this work is to analyze and design a control system for vibration reduction in a rotor system using a shear mode magnetorheological fluid （MRF） damper. A dynamic model of the MRF damper-rotor system was built and simulated in Matlab/Simulink to analyze the rotor vibration characteristics and the vibration reduction dfeet of the MRF damper. Based on the numerical simulation analysis, an optimizing control strategy using pat- tern search method was proposed and designed. The control system was constructed on a test rotor bench and ex- periment validations on the effectiveness of the proposed control strategy were conducted. Experimental results show that rotor vibration caused by unbalance can be well controlled whether in resonance region （70~） or in non- resonance region （30 ~）. An irregular vibration amplitude jump can be suppressed with the optimization strategy. Furthermore, it is found that the rapidity of transient response and efficiency of optimizing technique depend on the pattern search step. The presented strategies and control system can be extended to multi-span （more than two or three spans） rotor system. It provides a powerful technical support for the extension and application in target and control for shafting vibration.     

SMART STRUCTURES USING PIEZOELEMENTS FOR ACTIVE VIBRATION AND NOISE SUPPRESSION IN AVIATION AND AEROSPACE

具有减振降噪功能的压电智能结构是智能材料与结构的一个重要分支。在航空航天领域存在一些典型结构，如飞机机舱、空间站、卫星太阳能帆板和通讯天线以及直升机旋翼等，其振动与辐射噪声造成很多不利影响。为了研究这些结构的振动与噪声控制方法，制作了几个实验模型如大型薄壁复合材料圆桶、柔性梁、钢架及旋翼系统模型，通过压电传感器、驱动器布置数量和位置的优化，采用不同的控制算法，在基于个人计算机的测控平台上进行了振动控制实验，取得了明显的减振降噪效果。     

旋翼变距拉杆关节轴承磨损故障特征及磨损程度识别

在旋翼故障试验台上设置不同程度的变距拉杆关节轴承磨损故障,分别测量其引起的机体振动信号,通过频谱分析技术提取该类故障的机体振动特征。取故障信号频谱分量作为训练和测试样本,利用径向基神经网络的良好逼近能力,实现了仅用机体振动信号来识别变距拉杆关节轴承磨损程度,识别平均误差小于10%。该诊断方法简捷可行,为进一步开发旋翼状态监测与故障诊断系统提供技术基础。     

航空发动机振动与平衡研究

转子不平衡引起的振动故障是航空发动机常见并且危害较大的故障,对发动机转子平衡是降低发动机振动的重要措施。本文主要以CFM56系列发动机为研究对象,介绍其静平衡和动平衡的基本原理和具体方法,为航空发动机相关维护以及振动平衡研究提供参考。     

圆柱-球体三自由度超声电机及其控制

研制了一种一阶纵振和二阶弯振模态组合的圆柱-球体三自由度超声电机。研究了其中两个自由度的运动轨迹跟踪控制策略,并将其应用于电机样机的控制。其中,运转速度的控制采用激励电压幅值调节法,针对位置控制提出了两种运动轨迹控制策略一种是逐点比较控制,另一种是矢量分解控制。本文提出了调节激励电压幅值的3种脉冲宽度调制(PWM)方法,对这些方法作了比较,并通过一系列实验得到验证。结果表明当改变激励电压幅值时,保持3个振动模态的相位差不变和激励电压信号不失真,是简化控制过程、提高控制性能的关键;矢量控制法效果较好,并有轨迹跟踪误差小、运动平稳和噪声小等优点。     

多维随机振动试验条件制定方法研究

提出了一种以产品遥测振动时域信号为基础的多维随机振动试验条件制定方法。应用此方法确定的多维随机振动参考谱矩阵满足正定性要求。实例自闭环多维随机振动试验控制结果表明,本文方法合理可行。     

基于直接转矩控制电励磁同步电机转子励磁电流控制策略

同步电机转子励磁电流控制方式直接影响电机的运行特性。针对直接转矩控制电励磁同步电机提出一种全速度范围内转子励磁电流优化控制策略,它直接利用转矩给定和定子磁链给定计算出转子励磁电流给定值。仿真和实验结果表明:额定转速以下转子励磁电流较小,降低了转子绕组的发热;额定转速以上转子励磁电流较大,提高了电机负载能力;恒转矩区和恒功率区之间转换不需要设定过渡区,过渡平滑;全速度范围内电机的外功率因数均近似等于1。     

新型无铰式旋翼气弹综合分析的全本征方程方法

针对新型无铰式旋翼构型存在的大变形几何非线性及根部多路传力的特点，并考虑非定常气动载荷作用，建立了无铰式旋翼气弹综合分析的全本征方程。发展了高精度的伽辽金法变阶有限单元，利用Newmark平均速度法和牛顿松弛迭代，实现了旋翼动力学与气动力的紧耦合求解。经过算例的对比验证表明，本文方法能够准确模拟新型无铰式旋翼根部多路传力条件，并在稳态气弹响应、振动载荷以及气弹稳定性计算等方面具有较好的精度。