惯性坐标系下的旋翼气弹稳定性建模

为了较好地描述直升机铰接式、无铰式及无轴承式旋翼的动力学特性，本文根据Hamilton原理。采用中等变形粱理论，用Chopra的15自由度有限元梁元进行离散，并将挥舞、摆振和变距铰运动作为广义坐标，采用二维准定常气动力模型，直接在惯性坐标系下，建立了旋翼气弹分析的动力学模型，并用Pitt—Peters动态入流模型计入动态入流对稳定性的影响。本文基于惯性坐标系的旋翼气弹建模方法简化了建模，方便地嵌入了动态入流模型。通过与Princeton粱实验数据、ITR旋翼试验数据和直升机分析软件UMARC的计算值的对比，验证了本气弹分析模型的正确性，指出误差来源于气动模型。     

旋翼／机体耦合动稳定性计算与试验的对比

采用带外伸量及弹性约束的当量铰桨叶模型，考虑了旋翼挥／摆结构耦合及动力入流非定常气动力，建立了悬停状态旋翼／机体耦合动稳定性分析方法，适用于星形柔性及无铰式等旋翼系统。分析时挥舞、摆振、机体运动及动力以均以复数变量表示。通过各自由度之间相互作用分析，揭示了动不稳定的机理及动力入流均以复数变量表示。     

计及诱速不均匀挥扭耦合的直升机侧风稳操特性

本文研究了无铰旋翼直升机在侧风下的稳定性和操纵件。旋翼动力学模型采取挥舞-变距(包括操纵系统的弹性变形)-扭转耦合的模型,桨盘诱速模型采用广义涡流理论所导出的诱速分布。推出的表达式除适用于研究侧风的影响外,还可以进一步研究剖面质心、气动力中心,弹性轴位置、操纵系统刚度和桨叶剖面扭转刚度对直升机稳定性和操纵性的影响。 本文以某典型直升机为例,详细考虑了诱速分布、挥扭耦合和侧风对直升机稳定性和操纵性的影响,计算结果和试飞数据有较好的一致。     

前飞状态旋翼桨毂载荷实测及计算

利用旋翼模型试验装置在４．２５ｍ×５．１ｍ风洞中进行了前飞状态旋翼模型试验研究。测量了两种前进比下，２ｍ直径４叶桨叶铰接式旋翼在不同的总距扰动及不同的正弦周期变距扰动时的桨毂力和力矩，建立了前飞状态旋翼桨毂载荷的分析方法，引入了动力入流模型。计算与试验值吻合较好。总距扰动时，动力入流影响很大，周期变距扰动时，动力入流影响较小。     

采用综合气弹分析方法的旋翼非定常气动载荷计算

提出一种桨叶结构、气动和惯性耦合的旋翼系统综合分析方法，将桨叶绕挥舞、摆振及变距铰的刚性转角作为广义坐标，计入了桨叶整体运动和自身中等弹性变形之间的动力学耦合效应，桨叶弹性变量通过有限元法进行离散，翼型剖面气动力采用Leishman—Beddoes二维非定常和动态失速模型，由自由尾迹模型得出桨盘的非均匀入流，依据柔性多体系统动力学方法推早出桨叶前飞状态下的非线性周期时变动力学方程。对Newmark隐式数值积分方法进行改进，用于求解旋翼桨叶的响应。以法国SA349／2小羚羊直升机的试飞测试数据为依据，验证了方法的有效性。     

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。     

直升机旋翼桨叶动态气动载荷计算方法

为研究桨叶上的气动力，用动态入流模型计算的诱导速度，挥舞变形运动带来的相对气流，以及由于桨叶扭转和操纵线系变形带来的桨距角变化综合计入翼型气动环境，然后用Ｌｅｉｓｈｍａｎ和Ｂｅｄｄｏｅｓ发展的非定常气动模型计算了翼型的气动力。同时，考虑了桨尖形状对气动力的影响。最后，采用状态空间法对方程进行了离散化处理，以适合于计算机计算。编制了相应的计算程序，用于计算桨叶的气动载荷及其变形，并用算例分析了本方法的适用性。     

无人旋翼机旋翼气动分析与试验研究

为支撑某无人旋翼机方案设计,采用叶素理论和动态入流建立旋翼气动模型,进行旋翼参数分析。评估了旋翼半径和总距对旋翼拉力及轴倾角的影响,得到旋翼拉力和操纵规律。在大尺寸低速风洞开展无人旋翼机的试验研究,对独立机身、机身+旋翼组合体进行吹风,得到了不同风速及迎角下机身和旋翼的升力与阻力,并与计算结果进行对比,从而验证计算方法的有效性。通过旋翼气动计算与试验结果分析,研究了旋翼气动特性与设计参数、飞行状态及轴倾角操纵之间关系。最后提出了旋翼拉力与飞行速度和轴倾角的关系公式。     

大机动飞行中孤立旋翼的非定常空气动力模型

为提高旋翼他轴响应的预测,气动模型应当计入机动旋翼的尾迹畸变效应,而准确表示尾迹弯曲参数Kn是关键。为表达机动导致的各种效应,增广Peters-He有限状态尾迹模型可以吸收随飞行状态变化的Kn值。根据烟流实验,该参数随旋翼前飞速度、拉力和机动角速率而变化。旋翼的空气动力实验表明,旋翼轴接受准阶跃输入后,同轴及他轴的空气动力响应有过冲,且俯仰速率愈大,过冲幅值愈大。理论和实验结果的对比显示,为了正确计算机动飞行中的旋翼气动力,特别是操纵的他轴响应,应在模型中采用随状态变化的尾迹弯曲参数Kn。此外,在当前模型基础上联合动态尾迹畸变模型,计算出的旋翼力和力矩更接近试验数据。     

适用于直升机俯仰与滚转机动分析的广义动态尾迹模型

现有的直升机操纵响应计算方法，给出的他轴耦合响应往往与飞行实测结果符号相反，这是由于仿真模型未计入机动时的尾迹弯曲。本文建立了尾迹弯曲的模型，推导出角速率与一次谐波入流分量之间的关系，据此对旋翼的广义动态入流模型进行了增广和修正；以某机型为算例，分析了直升机俯仰或滚转运动对他轴耦合响应的影响。本增广模型为通用模型，适用于任意机型，无需依赖特定机型的经验公式，即可正确计算直升机的他轴响应。     

独立桨叶变距对旋翼振动载荷影响规律分析

独立桨叶控制技术(Individual blade control,IBC)能够改善旋翼气动环境,降低桨毂振动载荷。本文采用Leishman-Beddoes动态失速模型和动态入流模型计算旋翼非定常气流下的气动响应;通过动力学软件ADAMS建立旋翼气弹动力学模型计算桨毂载荷;在周期变距基础上施加二阶和三阶谐波变距进行控制仿真,研究独立桨叶高阶谐波变距对桨毂载荷减振作用的规律。仿真结果表明,通过改变相应变距谐波的幅值和相位,能够使得振动水平大幅降低并达到最优。     

自转旋翼气动特性分析及试验研究

从理论分析和试验验证两方面对自转旋翼气动特性进行了研究.采用叶素理论,以数值积分的方法建立自转旋翼气动模型,通过建模计算分析得出自转旋翼气动特性桨盘分布及与参数的关系.从原理性到实用性对试验模型和方案进行了设计.通过风洞试验,既验证了理论计算方法和结果正确可行,又发现了实践中存在的最小风速和最低预转速规律等问题.     

倾转旋翼/机翼耦合系统过渡飞行瞬态响应分析

基于多体动力学方法建立倾转旋翼机过渡飞行瞬态响应分析模型,研究过渡飞行状态下倾转旋翼机非线性非定常气弹耦合动力学特性;通过引入倾转过程旋翼尾迹弯曲影响,修正直升机旋翼常规动态入流模型。集成非定常动态入流方程与倾转过渡飞行的多体动力学方程,建立倾转旋翼机过渡飞行状态下时域非定常耦合分析模型。以半展长弹性机翼全铰接式倾转旋翼机模型为例,分析倾转旋翼机倾转过渡飞行瞬态响应时间历程。数值计算表明:本文建立的时域模型能够快速有效分析倾转旋翼机在过渡飞行时的瞬态特性,能够反映倾转旋翼机旋翼/机翼间复杂的气弹耦合动力学关系。     

2米旋翼模型试验系统研制

旋翼模型试验系统是开展直升机理论与技术研究、新机研制的最基本和最重要的试验设备。本文简介由南京航空学院研制的2米旋翼模型试验系统、它的设计思想和主要特点等。该系统主要用于开展直升机空气动力学、动力学和飞行力学等方面的试验研究,也可直接为直升机型号研制服务。其主要设计原则是满足试验要求、与现已有的风洞相匹配和满足可行性与灵活性要求等。 本文对旋翼模型、操纵与激振系统,动力、传动系统,测量系统,数据采集与处理系统,安全监控与报警系统,以及中央控制台与显示系统等的主要特点均作了简略叙述;还简要介绍了系统调试中的几个问题:温升、振动、天平标定及变距标定等。 系统调试完成之后,已成功地进行了几个典型的空气动力学与动力学试验。试验结果达到预定要求,表明该试验系统的研制是成功的。     

共轴高速直升机振动载荷计算分析模型

共轴高速直升机上下旋翼之间存在强烈的气动干扰现象,这对旋翼的气动特性影响较大。本文根据这一特点并考虑气弹耦合计算效率,利用单旋翼自由尾迹模型的尾迹几何和固定尾迹计算的初始诱导速度分布作为共轴双旋翼预定尾迹模型的初始迭代值。与Leishman-Beddoes非定常动态失速模型、Pitt-Peters动态入流模型、共轴直升机上下旋翼桨叶全本征动力学方程及弹性桨叶与变距轴承边界约束条件等计算模块相结合,建立了一种考虑上下旋翼之间气动干扰及耦合迭代的共轴双旋翼振动载荷计算模型。为验证本分析模型的计算精度,以西科斯基公司的验证机XH-59A为研究对象,与国外风洞试验结果进行了对比,两者吻合较好。     

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。     

带大载荷吊挂直升机悬停纵向操纵性分析

建立带吊挂直升机飞行操纵性分析的理论分析模型。在广义动态入流理论的基础上，基于经典非定常气动栽荷理论，建立了尾迹畸变和尾迹耗散的实时分析模型。为模拟大负载情况下旋翼转速的波动，建立了双发准定常涡轮轴发动机实时仿真模型。吊挂模型为多段柔性吊索模型，包括吊钩模型和吊挂栽荷模型。最后，对比计算和分析了吊挂飞行时的悬停操纵功效。