旋翼桨叶载荷确定技术

本文简要介绍了旋翼桨叶载荷确定技术。它是一种解决“逆问题”即由测量得到的桨叶应变来确定旋翼桨叶载荷——桨叶结构内力和气动外载的技术。本文首先叙述发展这一技术的目的与背景,然后介绍这一技术的基本思想与方法,包括:(1)由实测应变确定测量剖面内力;(2)根据测量的、有限剖面的桨叶内力与已知的桨叶模态内力或位移,用“最小二乘法”或“正交分析法”计算广义坐标,(3)由广义坐标确定桨叶内力分布;(4)确定桨叶上分布的气动载荷。最后,列出了两个例子的结果,以表明这一技术的可行性及进一步发展的价值。     

大变形复合材料柔性梁刚度计算与试验验证

根据复合材料柔性梁的结构与变形特点,基于Halpin-Tsai等公式对材料模量进行修正,采用桨叶专用软件Blade computer aided desigh(BCAD)对柔性梁的刚度（ 除扭转刚度）进行计算,扭转刚度采用经验公式进行计算。结果表明该方法不仅能提高柔性梁剖面刚度计算的准确性,而且也为无轴承旋翼/尾桨的动力学、载荷计算的准确性提供了保证。     

大挠度复合材料柔性梁的静力学分析与试验

提供了一种处理具有结构耦合的大挠度复合材料柔性梁的分析方法。在将三维弹性问题分解为二维线性剖面特性分析和一维非线性分析的基础上，采用有限元法计算梁的二维剖面刚度特性，编制了具有多个单元库的程序软件，它能有效地处理复杂剖面形状，对参考剖面点的翘曲位移未加任何限制；一维非线性分析时用Ｅｕｌｅｒ角描述梁的空间变形位置，建立的非线性微分方程组适用于任意大变形情况。文中给出了详细的分析与试验结果，并着重分析和试验了根部安装角分别为０°，４５°的两种情况，揭示了结构耦合对变形的影响，试验与分析具有良好的一致性，表明本文方法及处理简便、可行。     

旋翼异形桨叶大变形气弹动力学分析与试验研究

采用大变形梁理论建立一种旋翼桨叶气弹动力学分析方法,桨叶应变能分析分解为一维非线性分析和二维剖面特性分析,将应变能方程中的广义应变用桨叶参考轴线处弹性运动表示,保留所有非线性项,推导出的桨叶大变形应变能公式在气弹分析中使用更为方便.集成惯性力与气动力计算模型形成气弹分析方法.异形桨叶模态试验的计算结果与试验测试结果以及国外大变形梁试验结果的比较,验证了本文结构模型的正确性.计算了旋翼的气弹稳定性,研究了异形桨叶几何参数对旋翼桨叶气弹稳定性的影响,计算结果表明了分析方法的有效性,分析精度得以明显提高.     

旋翼桨叶跨音速绕流的全势方程计算方法

在随桨叶旋转的坐标系中,用有限差分法求解非守恒格式的全势方程,建立了一个适用于矩形桨尖和后掠桨尖桨叶跨音速流场计算的方法。该方法运用了Ｊａｍｅｓｏｎ的旋转差分技术,并采用等效迎角方法计入旋翼尾迹的影响。作为算例,首先对无升力状态下具有矩形桨尖和后掠桨尖的ＯＮＥＲＡ桨叶进行了计算,取得了与试验数据相吻合的计算结果。然后,对有升力桨叶,也分别就悬停及前飞状态下的桨叶剖面压力分布进行了计算,通过与试验值的对比,进一步验证了该方法的可靠性。     

非均匀弹性基础上变刚度梁弯曲和稳定计算

本文对非均匀弹性基础上变刚度梁弯曲和稳定计算进行了研究,导得通用的传播公式。编写程序简单,易于用计算机求解。 本文综合经典力法和位移法解静不定问题的思想,应用于传播矩阵法中,定义了“超静解传播系统”与“静解传播系统”等概念,给出並证明了一个求解“超静解传播系统”的定理。按此定理求解具有中间刚性支承和中间饺的多跨变刚度梁,原理简明,方便实用。最后经实例计算证明,结论是正确的,解法是有效的。     

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。     

复合材料机载天线罩有限元内力计算和屈曲稳定性分析

本文用有限元法计算了复合材料机载天线罩的内力,并对其进行了稳定性分析,得到了均布载荷作用下天线罩的内力和稳定性临界载荷及屈曲模态。文中选用轴对称截锥单元来离散天线罩,在应变向量阵中引入了横向剪切应变,从而考虑了剪切影响。为了避免剪切自锁,刚度的计算采用一点高斯积分法,几何刚度的推导采用Stricklin法。最终将稳定性问题归结为特征值问题。数值算例表明,对于复合材料旋转壳,横向剪切变形使其临界载荷降低;天线罩内力较大的区域集中在头部附近,失稳发生在根部附近,增加根部的厚度可改善天线罩的稳定性。     

桨叶全耦合振动的动力特性分析

本文应用有限元素法推导梁元素的弹性刚度矩阵、几何刚度矩阵、振动惯性矩阵和离心惯性矩阵,建立桨叶挥舞弯曲、弦向弯曲和扭转全耦合振动方程。采用子空间迭代法求它的特征解。Y—2直升机的玻璃钢桨叶进行动力特性分析。结果表明,桨叶全耦合振动的固有频率与不考虑耦合振动的固有频率相差很小,但固有模态应考虑耦合分量。     

复合材料旋翼桨叶剖面扭转刚度计算

本文对Krahula,J.L.等人提出的“圣维南扭转的有限元解”作了合理的改进,使改进后的公式能很方便地编成计算程序,作复合材料旋翼桨叶的扭转刚度计算。还应用改进后的公式计算了两种型号直升机旅翼桨叶的扭转刚度,计算值和试验值有很好的一致性。     

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。     

适用于复杂空间结构的快速载荷提取技术

应用有限元理论中的节点力公式并对其进行矢量合成,解决了复杂空间结构计算规模较大无法获取截面动载荷的问题。该方法基于截面单元刚度矩阵和节点位移列阵的物理信息,具有不改变截面连接刚度、求解速度快的优点,对静力学和动力学载荷提取均有较好的求解精度,其正确性已通过典型梁、壳、体单元模型算例验证。该方法原理清晰,具有普适性,后续可推广到运载火箭和空间飞行器截面载荷计算工作中。另外还针对不同计算规模给出可行有效的载荷提取方案。     

复杂布局机翼结构多约束优化设计

机翼结构需要同时满足强度、刚度、气弹和设备安装等要求,布置多个外挂设备的机翼结构设计约束更加复杂,传统方法难以得到最优方案。本文提出了通过约束机翼剖面弯曲刚度和扭转刚度来控制气动弹性的方法,研究了稳定性和位移敏度计算理论,结合工程准则法和数学规划法,搭建了适用于复杂布局机翼结构的多约束优化流程,以国产结构分析软件HAJIF为平台进行了程序实现,并结合工程机翼案例进行了方法验证。优化结果表明,本文方法能够以静力分析模型为基础,同时考虑强度、刚度和稳定性等多种约束形式,在有限计算机时内给出最优设计方案,具有一定的工程应用价值。     

基于双目立体视觉的直升机旋翼桨叶位移变形测量方法

为实现直升机旋翼桨叶位移变形的非接触测量,提出了基于双目立体视觉的三维测量方法。采用编码标记方式,在旋翼桨叶表面粘贴具有唯一编码信息的标记点,以高频激光器提供纳秒级瞬态照明,同步触发高速CCD相机采集桨叶瞬态图像,基于双目立体视觉原理计算标记点的三维坐标,进而计算得到旋翼桨叶的位移变形参数。试验结果表明:该测量方法的测量精度小于0.1 mm,测量准度小于0.3 mm,可满足直升机旋翼桨叶位移变形的高精度测量需求。     

短粗梁的固有振动计算

用有限单元法计算,选取总线位移、弯曲转角和剪切转角为节点自由度,舍弃常剪力假设,总线位移取三次函数,剪切转角为线性函数,满足几何边界条件。由简支梁、悬臂梁和自由梁的计算结果表明,精度是比较高的。     

不规则结构有限元分析的并行处理及其在YH-1上的实现

在结构分析中,有限元方法是一个重要的数值方法。近些年来,关于单元刚度矩阵计算与总刚度矩阵合成的并行处理问题,A.K.Noor,梁维泰等人已进行了富有成效的工作,但他们的工作都是面向几何形状规则的结构分析问题。本文结合YH—1机的特点,对不规则结构分析问题,在提出单元分组技术的基础上,给出了一个单元刚度矩阵计算的并行算法ESVC,和变带宽存储格式下一个总刚度矩阵合成的并行算法ESVS。通过在YH—1并行机上对实例的计算结果表明:当同时计算的单元数r取120时,加速比s可达9.5,且r愈大,s就愈高。     

一种几何非线性复合材料梁瞬态动响应计算方法

建立了一种高效准确的复合材料梁瞬态动响应计算方法,运用VABS程序求解二维复合材料梁剖面特性,基于中等变形梁理论和有限元法建立几何非线性梁模型,应用无条件稳定的Newmark算法对时间进行微分,得到复合材料梁瞬态动响应的位移-时间曲线、速度-时间曲线和加速度-时间曲线。对某复合材料机翼大梁进行了算例计算,对比分析了机翼根部、中部、尖部附加质量对动响应的影响。研究结果表明,几何非线性梁瞬态响应分为非线性阶段和线性阶段,附加集中质量距离翼根越近,翼尖振动位移响应越小。     

简化碰撞模型对直升机桨叶扬起下坠动响应影响

采用含阻尼项的简化碰撞模型模拟铰接式旋翼桨叶与限动块之间碰撞时的碰撞力变化,并研究了桨叶扬起下坠动响应过程。运用Hamilton原理建立桨叶扬起下坠动力学方程,并采用Newmark积分法求解桨叶下坠过程的动响应。分析扭转弹簧刚度、阻尼比和积分步长对挥舞铰处碰撞力矩的影响,计算结果表明：扭转弹簧刚度增大1 000倍时,碰撞力矩的峰值相应增大22.0倍;阻尼比从0增大到0.05时,碰撞力矩的峰值增加10.4%;积分步长变小时,计算的精度有所提高,但计算效率却有所降低。     

楔形杆单元刚度矩阵计算特殊变载面构件配筋的探讨

本文利用楔形杆单元刚度矩阵，计算出特殊变截面构件每一点处的内力，然后根据控制内力进行截面配筋计算。该方法在计算内力时，考虑了截面变化的影响，因此，较其余方法具有较好的精度，更能反映实际受力情况。     

具有随机刚度薄板小挠度问题的数值分析

从薄板小挠度问题的控制方程出发,将结构的随机参数统一到刚度随机场中,采用局部平均法对刚度随机场进行离散,并将其融于二阶差分方法的列式中,给出了求解刚度随机时薄板上各点位移的数字特征的随机有限元法。该方法不但可以解决复杂边界下的薄板小挠度问题,而且进一步解决了结构的可靠度问题。文中最后对算例进行了计算,用解析解验证了本文方法的正确性。