高速直升机前行桨叶概念旋翼技术

高速直升机通过构型的革新,可以在保留直升机使用特点的基础上提高飞行速度,是直升机未来的重要发展方向之一。本文对国外相继出现的各种构型的高速旋翼飞行器进行了简要回顾,介绍了采用前行桨叶概念旋翼构型的高速直升机,对前行桨叶概念旋翼的气动、动力学和操纵特性做了分析研究,并梳理了相关的在研关键技术。     

前行桨叶概念旋翼动力学分析方法

根据前行桨叶概念(ABC)旋翼配平方程中未知量多于方程数的特点,提出了一种基于优化的配平问题求解方法。进而结合计算流体力学(CFD)/计算结构动力学(CSD)松耦合策略,建立了ABC旋翼动力学分析方法。CFD分析中以非定常Euler/Navier-Stokes方程为控制方程,通过动态重叠网格及动网格方法实现桨叶的运动及变形;桨叶结构模型采用非线性中等变形梁理论建立。以XH-59A直升机为例,对不同前飞速度下的旋翼效率进行了仿真分析,计算结果与飞行试验值吻合良好。仿真结果表明,该旋翼动力学分析方法具有很好的分析精度和收敛性,可广泛应用于ABC旋翼动力学分析。     

高速升力偏置旋翼桨叶结构形变特性研究

对于共轴刚性旋翼而言,过大的桨叶结构变形可能导致上下旋翼桨尖发生碰撞,从而影响高速直升机的飞行安全.本文建立了一套含升力偏置配平目标的共轴刚性旋翼综合气弹分析模型,并利用XH-59A风洞试验数据验证了计算方法的有效性,获得了不同升力偏置和前进比状态下的桨叶结构变形特性,并进一步从剖面来流动压、剖面桨距角以及桨根挥舞弯矩...     

操纵策略对高速直升机前飞性能的影响分析

针对共轴刚性旋翼高速直升机的操纵冗余问题,开展基于旋翼/推力桨气动力分配的操纵策略研究,并分析其对飞行性能的影响。首先,基于动量-叶素理论与尾迹叠加模型发展了共轴刚性旋翼和推力桨的气动模型,并采用动量源方法建立计入旋翼干扰的机身气动力CFD计算模型。其次,根据所建立的各部件气动载荷求解方法,构建高速前飞状态全机操纵与姿态配平方法。最后,分析旋翼/推力桨不同气动力分配的操纵策略对高速直升机飞行性能的影响规律。研究发现,直升机在巡航高度高速飞行时,旋翼提供部分牵引力可以有效增大高速直升机的最大前飞速度,而操纵策略改变对斜爬升率影响不大。     

前行桨叶概念旋翼气动弹性响应分析

基于CFD/CSD松耦合策略,建立了前行桨叶概念（ABC）旋翼气动弹性分析方法.CFD计算中以非定常Euler/N-S方程为控制方程,通过动态重叠网格及动网格方法实现桨叶的运动及变形;桨叶结构模型通过中等变形梁理论得到;CFD和CSD数据每隔一个旋转周期交换一次.以XH-59A直升机为例,对不同前飞速度下的旋翼效率进行了分析,计算结果与试验值吻合良好.然后对旋翼振动载荷、桨尖间距、升力偏移量及桨叶载荷进行了分析,研究了前飞速度、旋翼交叉角、提前操纵角等参数对上述动力学性能的影响.该文方法具有很好的分析精度和工程适用性,分析结果可为前行桨叶概念旋翼设计提供重要参考.     

共轴刚性旋翼构型高速直升机发展研究

共轴刚性旋翼带推力桨构型在保留常规直升机优异近地面机动能力的基础上,可实现速度与航程提升一倍,是下一代军用直升机的主要构型.本文从直升机构型发展需求出发,系统梳理了共轴刚性旋翼的概念原理、技术攻关和型号预发展过程,并以美军未来高速直升机型号发展和直升机技术发展趋势,提炼并概括了以高速直升机装备为代表的下一代军用直升机的...     

共轴刚性旋翼直升机与单旋翼直升机操稳特性对比研究

为研究共轴刚性旋翼直升机与传统单旋翼直升机飞行动力学特性的差异,分别针对两种构型的直升机建立了飞行动力学模型。根据全机平衡方程进行了不同飞行速度下两种构型直升机的配平特性验证计算;依据“小扰动”假设建立了线化运动方程组,对悬停及前飞状态下的样例直升机进行了操稳特性的对比计算与分析。结果表明:两种构型样例直升机在操稳特性总体表现较为相似。在稳定性表现上,单旋翼构型直升机的非周期模态、螺旋模态及前飞时的操纵性能均优于共轴刚性旋翼构型直升机;不同于单旋翼构型,悬停及前飞状态下共轴刚性旋翼直升机的滚转与偏航操纵性能均变差。     

共轴高速直升机飞行力学建模与验证

针对共轴双旋翼带尾推力桨构型的高速直升机的多旋翼气动干扰问题,发展了一种不同转速多旋翼的时间步进自由尾迹模型。将多旋翼复杂气动干扰的诱导速度分析结果整理成表,为飞行力学计算中的旋翼非均匀入流模型提供修正数据,从而降低计算量、提高分析精度。对共轴高速直升机的刚性桨叶进行挥舞模态一阶等效,建立了兼顾精度和计算效率的共轴高速直升机飞行动力学模型,并将旋翼试验结果与XH-59A的试飞数据进行了对比验证。结果表明:所建模型对旋翼气动力计算误差小于10%;而在飞行力学分析中,相比于自由尾迹方法大幅降低了计算量,且总距、横向周期变距和总距差动等通道计算误差均小于1°。     

直升机旋翼桨叶除冰结构设计

直升机旋翼桨叶除冰技术对保证直升机飞行安全是十分重要的。由于种种原因,我国目前研制的直升机都没有装备旋翼桨叶除冰装置,相关的技术研究也刚刚起步。本文介绍了直升机旋翼桨叶除冰结构设计方法,并在某型直升机旋翼桨叶参考方案的基础上进行了除冰装置的结构优化设计,确定了一个满足除冰要求和旋翼桨叶的静、动特性及强度要求的结构设计方案。     

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.     

飞机操纵面功能余度研究

提出了飞机易损性减缩中功能余度的概念和功能余度的分析方法,建立了飞机的右副翼卡滞情况下的定常直线侧滑模型,通过实例,计算说明了飞机各操纵面之间功能余度的可能性,也证明了功能余度概念的存在性与正确性。     

桨叶负扭度对直升机涡环状态影响分析

利用部分旋翼涡环状态试验数据，采用神经网络误差反向传播算法（BP 算法），研究了桨叶负扭度对直升机涡环状态特性的影响问题，分析了负扭度变化对旋翼扭矩，拉力平均值及脉动幅度的影响，模拟结果表明，使用该模型可准确预测桨叶负扭度对直升机涡环状态的影响，从而减少试验次数，节约试验费用。     

某型直升机飞行控制系统仿真研究

介绍了基于M ATLAB开发的某型直升机飞行控制系统仿真软件包及快速原型的开发,说明了系统各单元的模型及系统仿真的实现。并对飞控系统的所有功能进行了仿真验证,仿真结果表明,控制系统的设计合理可行。在某型直升机飞行控制系统的设计过程中,本软件取得了较好的效果,对控制律的设计及验证发挥了较好的作用。     

直升机主动控制技术发展研究

介绍了直升机主动控制技术的发展历程,分析了高阶谐波控制、结构响应主动控制、单片桨叶控制、地面/空中共振主动控制和电控/智能材料主动控制的特点.     

基于传递函数分析的直升机旋转桨叶固有频率识别技术

直升机旋转桨叶的固有频率是影响旋翼动响应以及气弹稳定性的重要因素之一,频率配置是旋翼桨叶设计的重要内容。受旋翼这种旋转系统信号谐波成分多、气动干扰大、信噪比低、模态密集等特点的影响,一直以来,旋转桨叶的固有频率识别都是直升机行业的一个难点,也是型号研制中必须进行测试的内容之一。通过将固定坐标系下的激励位移信号与旋转坐标系下的桨叶响应信号同步采集、激励位移信号坐标系转换、激励响应信号重采样处理等步骤,发展了基于传递函数分析的旋转桨叶固有频率识别方法,并通过试验验证。试验结果表明该方法能综合运用幅频曲线、相频曲线、相干系数等信息识别旋转桨叶固有频率,物理概念清晰,测试结果易于判断、稳定可靠。     

直升机桨叶运动参数监测仪设计

利用激光相位—三角测距原理,设计了直升机桨叶桨距、摆振角、挥舞角和同锥度等运动参数的现场监测仪;给出了硬件结构图和关键电路设计;详细设计了主控单片机、SD卡以及USB之间的接口电路;在细致分析采样数据特点和监测要求的基础上,对激光位移传感器进行了选型。