直升机桨叶载荷校准试验的解耦实践

本文围绕直升机桨叶载荷校准试验中出现的摆-挥、挥-摆耦合问题,阐释了一种快速、高效的摆-挥、挥-摆解耦方法。该方法通过建立摆振方向加载角度与挥舞电桥输出电压之间线性拟合关系实现摆-挥解耦,并通过计算挥-摆耦合系数,估算、调整摆振单片位置实现挥-摆解耦。最后,本文以某型直升机桨叶载荷校准试验的解耦结果、校准曲线和载荷方程,验证了该解耦方法的正确性和有效性。     

直升机旋翼桨叶载荷标定新方法研究

直升机飞行时桨叶会产生挥舞、摆振和扭转等复杂运动,受到这三种复合载荷的作用,必须辨识、解耦和提取载荷测量信号.为了消除挥舞对摆振的影响,提供一种新的方法以确定桨叶实际预扭角,消除挥舞对摆振的耦合,弥补了以往方法的不足,从而得到了更为真实的载荷数据.     

一种高效率的桨叶载荷标定方法

在桨叶的载荷测量和疲劳试验之前,都要对桨叶进行载荷标定。确定桨叶的挥舞面或摆振面是载荷标定的重要内容,本文介绍的就是一种快速确定桨叶挥舞面和摆振面的方法。     

变转速模型旋翼挥舞摆振低阶载荷试验研究

为研究变转速旋翼挥舞和摆振方向低阶载荷,以无铰式复合材料模型旋翼为研究对象,通过试验研究,探讨了旋翼桨叶根部挥舞和摆振零阶及前3阶载荷随旋翼转速、前飞速度和旋翼拉力的变化关系。试验结果表明,在相同的配平条件(前飞速度、旋翼拉力、俯仰力矩及滚转力矩)下,降低旋翼转速有利于减小模型旋翼摆振零阶载荷,明显降低旋翼需用功率,进而提升直升机性能。当旋翼转速较低时,随着旋翼转速的降低,挥舞前3阶载荷幅值均较大。旋翼转速较低时,摆振弯矩前3阶也较大。当旋翼工作于摆振1阶共振转速附近时,旋翼挥舞前2阶和摆振前2阶载荷突增较为明显,挥舞3阶和摆振3阶变化相对较小,其中以摆振1阶载荷变化最为明显,需特别注意旋翼工作于共振转速附近时的载荷问题。     

悬停状态下无铰旋翼模型气弹稳定性试验

通过悬停状态下2m直径旋翼模型试验, 研究了旋翼结构参数及动力学参数对无铰旋翼桨叶气弹稳定性的影响, 参数包括桨叶总距角、预锥角、预掠角、摆振频率和旋翼转速。桨叶为挥-摆-扭耦合结构, 并能构成面内柔软和面内刚硬旋翼。试验采用在垂直方向以摆振后退型频率进行周期变距激振的新方法, 得到了与理论相一致的结论。      

直升机在俯冲拉起状态下的主桨叶实测载荷分析

首先以主桨叶为研究对象,理论分析了直升机俯冲拉起状态下主桨叶实测载荷的影响因素;其次,以某型直升机旋翼载荷试飞为例,选取其主桨叶上的关键剖面,采用电阻应变计法进行飞行载荷测量,得到了不同重量重心、不同高度、不同法向过载等情况下的实测载荷;分析了实测的主桨叶挥舞弯矩、摆阵弯矩载荷值在直升机整个俯冲拉起过程中的变化规律,分析了实测载荷值随法向过载等的变化规律。为该型直升机试飞提供技术支持的同时,也为后续其他直升机法向过载包线拓展验证试飞提供重要支持。     

直升机复合材料国产化桨叶剖面特性的分析

由于国产复合材料性能较进口复合材料有较大变化,根据替代前后桨叶的动力学特性基本不变的原则对原桨叶结构进行了调整。采用薄壁梁横截面剪流相等的原理推导了桨叶扭转刚度的计算公式,基于挥舞刚度、摆振刚度、质量分布的定义得到了迭代公式。对某直升机替代前后桨叶的剖面特性进行了计算。结果表明：替代前后桨叶的扭转刚度、挥舞刚度、摆振刚度及单位长度质量分布完全一致,说明替代前后桨叶的剖面特性有很好的一致性。     

旋翼桨叶载荷测量中的解耦方法研究

为了解除直升机旋翼桨叶挥舞面载荷和摆振面载荷在测量中的耦合效应,提出了两种解耦方法:分析解耦法和物理解耦法。通过对两者的分析比较,确定两者的优缺点,为型号应用提供方法借鉴。     

基于飞行测量的弹性轴承试验载荷谱修正和寿命评估方法

球柔性旋翼系统在我国自主设计的直升机上获得了广泛的应用，弹性轴承在其中承担着重要角色，它提供了旋翼旋转过程中桨叶的挥舞、摆振和扭转运动，传递了旋转产生的离心力、挥舞方向的升力和摆振方向扭矩产生的切向力。文章讨论了不同设计阶段弹性轴承载荷谱的获得，基于飞行载荷测量的弹性轴承载荷谱修正，不同载荷谱对弹性轴承损伤影响的等效分析方法和弹性轴承寿命评估。     

悬停状态下旋翼桨叶气动弹性稳定性分析及试验

研究直升机旋翼桨叶在悬停状态下挥舞-摆振-扭转全耦合运动的气弹稳定性。应用哈密顿原理推导桨叶运动的非线性偏微分方程, 推导气动载荷时采用了准定常气动理论, 并应用Galerkin有限元素法离散空间变量, 利用特征值分析来研究系统的稳定性。以海豚直升机为工程实例, 分析计算了其桨叶的气弹稳定性, 还进行了旋翼模型气弹稳定性试验研究, 确定旋翼结构参数对气弹稳定性的影响, 并同计算结果进行了比较, 得到了一些有意义的结论。      

直升机无轴承尾桨柔性梁标定与解耦

本文介绍了一种直升机无轴承尾桨柔性梁标定与解耦技术,该技术能有效地解决无轴承尾桨柔性梁在试验中挥舞弯矩与摆振弯矩的耦合问题,并能有效分离截面上各分项试验载荷,减少其试验误差。     

直升机旋翼轴弯矩特征及应用

针对球柔性桨毂构型的直升机,分析了各支臂mΩ挥舞力动载、挥舞力静载不平衡量和摆振力动载、离心力动载、离心力静载不平衡量产生的旋翼轴弯矩的幅值、频率、相位和分布规律。对某直升机制定了飞行载荷测量方案,获取了测量数据,分析了旋翼轴弯矩的特征,建立了有效性判据,判别了无效数据,编制了实测载荷谱。某直升机的分析结果表明：在旋翼坐标系下旋翼轴动弯矩远大于静弯矩,旋翼各支臂挥舞力静载不平衡量和和离心力静载不平衡量较小;旋翼轴弯矩以1Ω载荷为主,主要由旋翼各支臂1Ω的挥舞力、摆振力和离心力产生;合成弯矩呈大小相等的旋转弯矩特征,沿旋翼轴不同周向位置的弯矩幅值相近,相位差与周向的夹角相同。     

地面开车状态下桨叶频率配置对载荷的影响分析

以某模型旋翼为研究对象,开展地面开车状态下桨叶各阶频率与气动激振力频率耦合对桨叶各剖面载荷的影响的研究。绘制了旋翼真空中共振图以及空气中共振图,根据共振图得出旋翼各阶频率与气动激振力频率耦合时的转速。分别计算了孤立旋翼在挥舞、摆振、扭转频率与气动激振力频率耦合转速下地面开车的桨叶各剖面载荷,并与前飞状态进行对比。计算结果表明,在耦合转速下地面开车,桨叶各剖面动载小于前飞时桨叶各剖面动载,不会影响桨叶寿命。     

风力机柔性叶片振动变形对其气动阻尼的影响分析

为了研究大型水平轴风力机柔性叶片的振动变形对其气动阻尼的影响,用叶素动量理论计算了风力机叶片气动力,用有限元法计算了结构动力响应,基于能量损失法建立了风力机的气动阻尼分析模型.重点分析了叶片振动扭角、挥舞倾角、摆振倾角对攻角的影响,考虑了挥舞速度,摆振速度对入流速度、入流角的影响.以某5MW海上风力机为例,分析计算了风力机整个叶片的气动阻尼.结果表明挥舞倾角、扭角对挥舞方向气动阻尼影响较大,会使其减小;摆振倾角对摆振方向气动阻尼的影响较大,会使其增大;振动变形对气动阻尼沿叶片的分布没有影响.     

颗粒阻尼对直升机旋翼桨叶减振效果的试验

 为探索直升机减振技术的新方法,研究颗粒阻尼技术在直升机旋翼桨叶减振中的应用,设计了直升机旋翼桨叶模型及其相应的颗粒阻尼器形式,利用试验方法研究了颗粒阻尼对非旋转及旋转桨叶模型的阻尼减振效果。试验结果表明：颗粒阻尼可以有效提高非旋转桨叶模型的前3阶阻尼水平,尤其可使桨叶第3阶模态阻尼比提高一个数量级甚至更多;在较低的转速范围内,颗粒阻尼还可以克服离心力作用,使旋转桨叶模型的挥舞和摆振加速度响应水平均得到有效削减,充分表明了颗粒阻尼作为一种振动控制手段应用于直升机旋翼桨叶的可行性。     

阻尼器叶间布置的旋翼动态摆振角分析

阻尼器的主要作用是提供摆振方向的约束刚度和约束阻尼,然而,叶间布置的阻尼器在集合型整体振动不提供摆振刚度和阻尼,这样,桨毂支臂的摆振角度会大一些。为了避免桨毂支臀碰撞桨毂中央件,需要对旋翼桨叶摆振角度进行详细的计算,并进行合理的设计。但是,旋翼摆振角受直升机飞行状态、过载系数、重心位置等因素的影响,属于多约束条件的动态非线性问题,本文介绍了一种通过数值仿真计算直升机旋翼摆振角的工程设计方法和思路。     

带气弹稳定性约束的复合材料浆叶减振优化设计

研究以降低直升机旋翼激振力为目标的复合材料桨叶结构动力学减振优化设计 ,分析了桨叶结构特性及桨尖后掠角等参数对N次 /转旋翼桨毂振动载荷的影响。在建立的桨叶二维结构特性有限元分析方程中 ,计入了桨叶剖面翘曲变形的影响 ,并利用哈密尔顿原理推导了旋翼桨叶的一维非线性运动微分方程。以桨毂交变载荷为目标函数 ,直接以复合材料桨叶典型剖面构造节点数据、铺层设计参数和桨尖后掠角等为设计变量 ,引入桨叶挥舞惯量、固有频率和气弹稳定性约束 ,进行旋翼的动力学优化设计 ,并结合 3片桨叶旋翼的设计进行了算例分析 ,优化结果使 3次/转的桨毂载荷降低了 2 4 .9%～ 33%。     

无轴承旋翼挥舞角与摆振角的测量方法与应用

在分析国内外资料的基础上,提出了一种在国内现有条件下可行且满足精度要求的无轴承旋翼挥舞角、摆振角的试验测量方法.其要点为先利用激光方法测得的无轴承旋翼静态位移-载荷关系得到角度-载荷关系,结合应变方法测得的无轴承旋翼旋转状态下的载荷,最终通过转换得到无轴承旋翼旋转状态下挥舞角、摆振角.基于CAMRADII软件的计算分析与试验结果具有良好的相关性,这表明该方法可行且具有较高的准确度.     

直升机尾桨轴疲劳试验技术研究

尾桨轴为直升机传动系统中的关键部件,疲劳破坏为其主要的失效模式。本文结合某直升机尾桨轴的疲劳试验,介绍了疲劳试验设计、试验实施方案设计的工作内容和方法。考虑试验的考核要求,对锥齿面啮合处约束边界进行工程简化,设计了防扭结构。将试验载荷分解到作动器上进行协调加载,实现旋转弯矩和剪力绕尾桨轴轴线的旋转,模拟了真实载荷的传递和分布。根据飞行谱和使用载荷确定低周疲劳载荷谱,并给出了既满足加载要求,又易于实现的加载方法。     

直升机旋翼瞬态气弹运动有限元模型研究

从能量变分原理出发建立了旋翼的瞬态气弹有限元模型,模型考虑了旋翼转速加速度对桨叶动能变分的影响。采用叶素理论建立了桨叶在复杂流场中的气动载荷模型,模型计入了旋翼主轴纵倾和横滚角的影响,研究了流场风速分量的计算。运用所建模型仿真分析了直升机在护卫舰尾流场内起动时桨叶的挥舞、摆振、扭转(变距)等瞬态运动过程。模型可用于旋翼的振动仿真分析、噪声估计和故障诊断方法的验证。