直升机结构动特性建模技术研究

在直升机设计阶段通过建模分析进行全机动特性设计，准确地预测全机振动响应是控制和降低直升机振动水平的关键技术，本文以直11型直升机为研究对象，对机体结构的动特性建模技术进行了深入的研究，采用从部件到全机建模的研究策略，把整个机体分成尾段，舱门，机身段，分别进行有限元建模，动特性试验，相关分析，模型修改技术和建模准则的研究，在此基础上，对部件连接界面建模分析，组建修改后的各部件模型，建立全机动特性分析模型，通过对直11型机全机动力学建模，试验相关分析与模型修改，大大增强了分析模型的预测能力，达到了40Hz以内的频率误差小于11％的预测精度，突破了对直升机复杂结构建模关键技术，建立了适用于直升机结构动力学分析的建模准则，在直11型机动特性设计中取得了成功。     

直升机机身振动响应有限元分析

某型直升机的响应计算通过建立该机全机有限元模型，采用标准软件MSC．nastran提供的求解序列SOL111，即频率响应的模态求解法完成全机传递函数计算。然后根据该型机旋翼桨毂载荷，计算了频率等于旋翼一阶通过频率的旋翼桨毂载荷作用下的机身的加速度振动响应，计算结果为该型机全机振动水平预估提供原始数据。     

全机有限元模型修正及验证方法研究

有限元分析现已成为飞行器设计的重要工具,若要提高有限元仿真的准确性,需要对有限元模型进行必要的修正。以某型直升机全机静力试验有限元模型为研究对象,基于静力试验实测的应变值,进行变量参敏度分析和模型优化,针对全机试验测点多、模型自由度大的特点,提出适用于验证全机模型的相关性算法;基于该算法,应用某一工况下的试验结果,对全机有限元模型的部分参数进行修正,得到与试验结果符合较好的模型参数结果;应用其他工况的结果对修正后的模型进行验证,结果表明:其他工况下修正后模型的计算结果与试验值也很接近,证明了该相关性算法和全机模型修正及验证方法的可行性和有效性。     

基于集中质量模型的直升机全机固有频率计算方法

良好的机体动力学设计可以有效地降低直升机机体的振动水平。直升机机体动力学设计的前提是准确计算直升机机体主模态的固有频率。提出了基于集中质量模型的全机固有频率计算方法,并以某型直升机为例将此方法计算结果与有限元计算结果以及试验结果进行对比,结果表明该方法相比传统有限元方法具有计算快,能够突出全机的主要动力学特征,同时避免局部模态对主模态的干扰的特点,计算精度满足工程实际应用的需要。     

飞行中直升机频率响应试验方法

为更好定义直升机稳定性裕度和操纵特性，最近在CH－53E直升机上完成了一项综合试验和分析研究计划，该计划称做C／MH－53E技术评估计划（TEP），包括114小时的飞行试验，机身静挠度试验，全机悬吊振动 试验和广泛的模型分析研究。广泛的飞行试验实际是飞行振动试验，试验是在无外挂载荷和带有10000，20000，25000和30000 1b的单点和双点外挂载荷的基本型直升机上进行的，激励输入从低振动水平开始并逐渐增加到机体结构和发动机振动极限，即增加到机组振动容差极限。使用控制系统开，闭环稳定技术在悬停时及以70kn速度进行了试验，使用离散频率，组合正弦，连续频率扫描和飞行员诱发输入，通过波特图确定了飞机和控制系统的响应特性，开发的技术变成了适合于与从先进通用直升机模型导出的稳定性分析预测值进行比较的标准。     

大展弦比机翼模态测试研究

建立大展弦比长直机翼有限元模型,采用谐响应法,以机翼一弯和航向振动为例,仿真再现了基于纯模态法的全机地面振动试验的模态测试过程,分析了激振力矢量对相同位置的不同自由度测量点相位和指示函数的影响。结合某型飞机全机地面振动试验,分析了是否考虑航向自由度响心对模态广义质量的影响,解释了机翼航向振动模态参与计算的颤振分析结果偏低的现象,并提出了航向振动模态参与计算的原则。     

基于非定常动量源方法的全机耦合气动分析

基于非定常动量源方法开展了直升机全机耦合气动分析研究。首先,以定常动量源模型为基础给出了高效的求解方法并验证其准确性。然后,将动量源项随时间变化添加至虚拟桨叶的所在位置,建立了能够体现流场非定常特性的非定常动量源模型。在此基础上,应用所建立的模拟方法深入开展了直升机全机耦合气动计算与分析。最后,结合飞行平衡模型分析了飞行参数对直升机气动特性的影响。研究结果表明,所建立的非定常动量源方法可以准确地模拟出桨叶的涡尾迹,可用于直升机全机耦合的气动分析研究。     

直升机稳定性与操纵性的一种计算分析方法

苏制中型直升机,自1972年以来曾多次发生严重“空中振动”故障,直接危及飞行安全。这类故障都是在飞行中发生的,并有明显的姿态变化,为此必须首先弄清该直升机的操稳特性。为了故障分析,摸拟空中动态响应,进行全机模拟计算分析是十分必要的。首先须提供该直升机的操稳导数。     

直升机振动响应与重心的关系研究

阐述了重心不同对直升机的影响,通过对某型直升机的飞行试验数据进行分析研究,得出直升机在稳定平飞时旋翼基频的振动特性,进而研究直升机的振动响应随重心的变化规律。研究表明,直升机不同方向的振动响应受重心位置变化的影响不同,侧向振动响应随重心的变化主要受旋翼拉力变化的影响,垂向振动响应随重心的变化受旋翼桨叶在旋转过程中产生的升力不平衡影响较大。研究结果对直升机的重心包线设计具有参考价值,同时对后续直升机的振动试飞中振动测量位置的选择和试飞构型、状态的安排均有重要的指导意义。     

复合式常规旋翼高速直升机机身气动布局风洞试验研究

复合式常规旋翼高速直升机是国内外高速直升机重点发展的几种构型之一。本文首先简要介绍了某300kg复合式常规旋翼高速直升机的机身气动布局形式，针对该机设计并加工了1∶1.5机身风洞试验模型，在4m×3m风洞开展了机身气动特性风洞试验。通过对比不同机身部件组合状态在不同迎角、侧滑角条件下的气动力及纵横向气动导数，获得了全机及各部件气动性能。根据风洞试验结果，结合已建立的旋翼气动力模型和螺旋桨气动力模型，建立了全机飞行力学模型，并分析了不同飞行速度下全机的静稳定性，验证了该复合式高速直升机具有合理的机身气动布局，研究结果可为复合式常规旋翼高速直升机的进一步发展提供参考。     

直升机动部件的疲劳损伤与可靠性分析

针对直升机动部件的载荷特点和疲劳损伤型式,在确定某型直升机旋翼检查周期时, 以Weihull型S-N曲线公式为基础,结合Miner线性累积损伤法则计算安全使用寿命,依据概率断裂力学理论建立具有角裂纹型初始缺陷结构的损伤容限分析模型,由此可获得保证一定可靠度的使用寿命和检查周期,对此型直升机旋翼动部件寿命评定与监控有重要的工程应用价值。     

直升机尾传动系扭转振动的分析

 在简化直升机尾传动系结构的基础上，根据轴段的扭转动力学方程，用分离变量法获得轴段的扭转主振型。再根据轴段、支点的扭转动力学方程和边界条件，用振型叠加原理求得尾传动系扭转振动的精确解，并进行了扭转振动分析。提出直升机的尾传动系是多个轴段和圆盘的串联系统。给出了尾传动系扭转频响函数的变化幅值的测试方法。     

航空发动机燃烧室外机匣瞬态动力分析

瞬态动力分析是确定随时间变化载荷作用下的结构响应的技术分析,输入数据作为时间函数的载荷,输出数据是随时间变化的位移和其它导出量,如应力和应变 [1].燃烧室外机匣是发动机承力和混合传力的重要部件,承受各种动态载荷,分析其瞬态振动位移及应力应变的变化很有必要.采用UG建模和ANSYS有限元分析相结合的方法对航空发动机燃烧室外机匣进行瞬态动力分析.结果显示,该方法是有效的.     

直升机主减机匣结构振动噪声分析与优化

针对直升机主减速器机匣的振动噪声问题,对机匣进行基于频率响应和模态贡献量的结构动力学特性分析,给出机匣的振动特性,并确定对结构振动特性起主要影响的模态.利用间接边界元与有限元相结合的方法,应用基于结构面板声功率贡献量的分析方法,进行结构噪声功率分析和结构噪声功率面板贡献量分析,给出机匣的声学辐射特性,找出相应激励频率下对结构噪声功率贡献量最大的面板.以该面板为设计域进行结构拓扑优化,并根据优化结果合理布置加强筋,以提高结构刚度,达减振降噪的目的.结果表明:结构速度频率响应峰值下降了36%,减振效果良好,结构声功率级有了明显的降低,其中声功率级峰值下降了5dB,降噪效果良好,为直升机主减机匣提供了一种可行的减振降噪方法.      

直8型机动部件疲劳定寿

直8型机动部部件结构形式特殊,关键部位众多,主要承受高频率、低幅值的高周振动疲劳载荷,属高周疲劳结构,是直升机疲劳定寿的主体,与定翼机的疲劳定寿有很大差别。本文全面叙述直8型机动部件定寿中采用的所有工程技术关键,重点介绍了全尺寸结构的S-N曲线确定方法和实测载荷谱的编制技术。     

直升机动力传动系统扭转振动整体传递矩阵分析

研究了复杂多轴齿轮传动系统整体传递矩阵方法及在直升机动力传动系统扭转振动分析中的应用.首先说明了直升机传动系统传递矩阵方法力学模型,推导了传动系统中典型齿轮副啮合传递矩阵、并车级和行星级齿轮啮合传递矩阵,说明了这种具有多种齿轮副啮合的复杂多轴系统整体传递矩阵模型组集方法,最后用这种方法进行了典型直升机动力传动系统扭转振动特性分析,讨论了这种直升机动力系统振动特性的特点.      

HELICOPTER VIBRATION REDUCTION TECHNIQUE WITH HARMONIC ACTIVE CONTROL

ＨＥＬＩＣＯＰＴＥＲＶＩＢＲＡＴＩＯＮＲＥＤＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＩＱＵＥＷＩＴＨＨＡＲＭＯＮＩＣＡＣＴＩＶＥＣＯＮＴＲＯＬＹａｎｇＹｉｄｏｎｇ；ＹｕａｎＳｕｏｚｋｏｎｇ；ＹｕａｎＷｅｉｄｏｎｇ（Ｄｅｐｔ．ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｎｔｒｏｌ，Ｎａｎ...     

民用飞机副翼舱结构振动疲劳寿命预计

副翼舱是民用飞机重要部件之一,主要作用为连接副翼并对安装副翼提供支持,将副翼的气动载荷传递到主翼盒上。当受到气动力及其他激励时副翼舱结构产生结构振动响应。副翼舱结构振动疲劳寿命需满足民用飞机适航条款要求,为表明满足适航条款符合性,对随机动载荷激励下副翼舱结构进行振动疲劳寿命预计具有重要意义。以民用飞机副翼舱结构为研究对象,基于试飞实测应变数据、金属材料的随机振动S-N曲线和改进声疲劳寿命估算法,提出了一种适用于振动疲劳寿命预计的工程处理方法。通过飞行试验、有限元仿真、数据分析等相结合的方法进行副翼舱结构优化前后的振动疲劳寿命预计。副翼舱结构优化前损伤位置预测寿命最低为59飞行小时,符合实际损伤位置寿命情况。副翼舱结构优化后应力水平明显降低,寿命满足要求。结果表明：基于实测数据的副翼舱结构振动疲劳寿命预计方法有效,可作为振动疲劳寿命预计的工程处理方法。     

直升机全机动态特性有限元分析

本文以某直升机的研制为背景，在设计过程中借助大型标准通用分析软件MSC／NASTRAN对此直升机的全机动态特性进行了有限元分析，计算结果与后续的全机动态特性试验结果比较，主要的固有频率值吻合较好，为全机的结构动态特性设计提供了依据．并且验证了理论分析的正确性。