螺旋桨周期变距系统在螺旋桨飞机姿态控制上的应用研究(下)

二、周期变距桨的设计 1.周期变距螺旋桨的结构形式 周期变距螺旋桨结构主要由桨毂、变距摇臂、桨叶、倾斜盘、桨轴、作动器、操纵拉杆组成.     

基于实测载荷的直升机变距拉杆损伤计算方法研究

变距拉杆作为直升机操纵链系和传力路径上极其重要的关键组件,在飞行过程中受载严重,疲劳问题突出,从试飞安全的角度考虑,有必要对其飞行过程中的结构损伤情况进行监控。本文结合飞行实测得到的变距拉杆载荷,基于结构有限元计算结果,采用名义应力法对直升机不同飞行状态下的变距拉杆疲劳寿命和损伤情况进行计算,得到了较为准确的变距拉杆疲劳损伤计算结果,建立了一种直升机变距拉杆疲劳损伤计算方法,为试飞过程中该部件结构损伤监控提供了方案,同时对于直升机飞行过程中其他动部件的结构完整性监测也有借鉴意义。     

变转速刚性旋翼性能与载荷风洞试验

为研究转速变化对旋翼性能与振动载荷的影响,研制了一副无铰式刚性缩比模型旋翼,开展动力学和马赫数相似的悬停试验与风洞试验。试验研究不同旋翼拉力和吹风速度时变旋翼转速对配平、性能、桨叶与拉杆载荷、桨毂载荷等多个方面的影响,以性能和交变载荷的重复性与周期性证明试验结果是可信的。结果表明：降转速可降低旋翼悬停和前飞状态的需用功率,且拉力越低效果越明显;降转速对桨毂振动载荷影响不明显,但增加了配平所需的周期变距操纵,会增加桨叶与变距拉杆的旋翼转速频率振动载荷,对旋转部件疲劳寿命不利;变旋翼转速应避开旋翼固有频率,防止因共振而导致交变载荷增大。     

直升机主桨毂支臂疲劳验证技术研究

主桨毂支臂是直升机复杂关键件承受复杂疲劳载荷的代表之一,疲劳破坏是主要的失效模式。回顾了主桨毂支臂疲劳验证的发展历程,研究了球柔性主桨毂支臂疲劳验证的试验方案设计、正确性检验设计和寿命评定。对球柔性主桨毂支臂进行载荷力系研究、疲劳载荷谱分析研究、低周疲劳试验载荷设计和高周疲劳试验载荷设计,形成低周、高周全尺寸疲劳试验相结合且动态调整的疲劳验证方案,有效验证支臂各疲劳危险部位。     

直升机主桨毂疲劳试验技术研究

直升机旋翼系统主桨毂是直升机关键部件，在地面运转及首飞前必须进行疲劳试验，根据试验结果确定初步疲劳寿命。本文以某型号直升机旋翼系统主桨毂疲劳试验为例，总结出多点协调加载试验台的设计方法及试验调试方法，并按照试验台的组成，从控制系统、泵站、伺服动作器、测量系统及试验台体等方面，详细阐述了设计内容及其工程效果。     

两种桨尖形状旋翼模型试验特性对比

本文介绍了一副研制型旋翼模型在CARDC 8m×6m低速风沿的试验概况,给出了两种桨尖形状旋翼模型试验的悬停效率、前飞需用功率、变距拉杆载荷、桨叶载荷及振动特性的对比结果。并对结果进行分析,得出不同桨尖形状对旋翼一些特性的贡献。     

球柔性主桨毂中央件疲劳设计研究

为保证直升机动部件满足疲劳寿命可靠性要求,疲劳强度工作应贯穿于整个设计研制和使用过程中。本文介绍了新型球柔性主桨毂的核心部件中央件设计研制阶段疲劳工作的内容和方法,论述了其中的关键、难点以及解决办法。为我国直升机疲劳设计工作提供一些可借鉴的思路。     

某型机钛合金桨毂中央件设计改进及试验评估

本文介绍了某型机钛合金桨毂中央件设计改进以提高中央件疲劳寿命,主要阐述了中央件疲劳试验提前失效原因、设计及工艺改进措施,同时阐述了设计改进后的中央件试验考核结果。为钛合金在其它型号的设计应用提供参考。     

某机主桨毂用疲劳试验机的故障排除

某型机是引进国外制造技术,在国内研制生产的新型直升机。按外国公司规定:飞机上的关键部件要经疲劳试验合格后方准装机试飞;试制时试验数据要经外方签证确认方可。该机主桨毂用的疲劳试验机是一个关键试验设备。 1.疲劳试验机及其使用 该试验设备的用途是模拟直升机主桨毂在起飞降落状态和飞行状态下所受的载荷,在地面进行瞬变疲劳和振动疲劳试验,以考核关键部件主桨毂的疲劳性能,为主桨毂取得适航证提供试验数据和保证。     

模型旋翼风洞试验中变距拉杆载荷的测量

桨叶变距拉杆操纵载荷是旋翼设计的重要参数之一。在参考了常规飞机模型风洞试验测力元件及国外测量方法的基础上,研制了具有足够刚度和强度,且有较高载荷灵敏度的新式变距拉杆测力元件,解决了高刚度与高的载荷灵敏度要求这一矛盾。同时采用了信号放大技术,将其成功地应用于旋翼模型试验,并获得了操纵载荷这一重要参数。     

金属机身飞机框间距及截面参数分析

目前,大部分设计参考书目中对于机身隔框间距都是以经验值20 in作为说明,对于框距值的确定原因以及影响因素未作详细的分析。通过以隔框间距参数为设计变量,以机身强度和机身局部稳定性为设计约束,并以机身重量为目标函数对隔框间距值的确定进行研究,给出一种隔框框距值的确定方法,并通过实例计算验证150座级飞机框间距20 in的经验值;同时利用有限元分析(FEA)和试验设计(DOE)方法对飞机普通隔框的截面形式进行结构参数分析,分析隔框各个设计参数对蒙皮应力水平的影响大小,给出150座级飞机隔框截面参数可行域。结果表明:本文分析计算值与一般150座级飞机的隔框间距设计经验值20 in (508 mm)相比,结果吻合很好;采用有限元分析,腹板高度设计为80～95 mm,内缘条宽度和外缘宽度条设计为15 mm;采用DOE分析,隔框外缘条宽度应大于内缘条宽度。     

Pitch link loads reduction of variable speed rotors by variable tuning frequency fluidlastic isolators

To reduce the pitch link loads of variable speed rotors, variable tuning frequency fluidlastic isolators are proposed. This isolator utilizes the variation of centrifugal force due to the change of rotor speed to change the tuning port area ratio, which can change the tuning frequency of the isolator. A rotor model including the model of fluidlastic isolator is coupled with a fuselage model to predict the steady responses of the rotor system in forward flight. The aeroelastic analyses indicate that distinct performance improvement in pitch link load control can be achieved by the utilization of variable frequency isolators compared with the constant tuning frequency isolators.The 4/rev(per revolution) pitch link load is observed to be reduced by 87.6% compared with the increase of 56.3% by the constant frequency isolator, when the rotor speed is reduced by 16.7%.The isolation ability at different rotor speeds in different flight states is investigated. To achieve overall load reduction within the whole range of rotor speed, the strategy of the variation of tuning frequency is adjusted. The results indicate that the 4/rev pitch link load within the whole rotor speed range is decreased.     

Suggestion for aircraft flying qualities requirements of a short-range air combat mission

Owing to the lack of a direct link with the operations in short-range air combat,conventional aircraft flying qualities criteria are inappropriate to guide the design of a task-tailored flight control law.By applying the mission-oriented flying qualities evaluation approach,various aircraft with different control law parameters are evaluated on a ground-based simulator.This paper compares the evaluation results with several conventional flying qualities criteria,and discusses the appropriate parameter combination to reflect the flying qualities requirements of short-range air combat,The comparison and analysis show that a short-range air combat mission requires a higher minimum short period mode natural frequency and a smaller maximum roll mode time constant,and allows a lower minimum pitch attitude bandwidth and a higher maximum short period mode damp ratio than those of conventional flying qualities criteria.Furthermore,a combination of the pitch attitude bandwidth,the pitch attitude magnitude at the bandwidth frequency,and the pitch attitude transfer function gain can define the flying qualities requirements of short-range air com bat.The new metric can successfully predict the flying quality levels of aircraft in a short-range air combat mission.     

Investigation of rotor control system loads

This paper concentrates on the aeroelasticity analysis of rotor blade and rotor control systems. A new multi-body dynamics model is established to predict both rotor pitch link loads and swashplate servo loads. Two helicopter rotors of UH-60A and SA349/2, both operating in two critical flight conditions, high-speed flight and high-thrust flight, are studied. The analysis shows good agreements with the flight test data and the calculation results using CAMRAD II. The mechanisms of rotor control loads are then analyzed in details based on the present predictions and the flight test data. In high-speed conditions, the pitch link loads are dominated by the integral of blade pitching moments, which are generated by cyclic pitch control. In high-thrust conditions, the positive pitching loads in the advancing side are caused by high collective pitch angle, and dynamic stall in the retreating side excites high-frequency responses. The swashplate servo loads are predominated by the rotor pitch link loads, and the inertia of the swashplate has significant effects on high-frequency harmonics of the servo loads.     

小型无人机L1自适应纵向控制设计

针对小型无人机模型的不确定性以及传统模型参考自适应控制瞬态性能差的不足,采用一种新的L1自适应控制方法对小型无人机进行纵向俯仰角控制设计.首先研究了L1自适应控制方法的基本数学理论及其在一般不确定系统中的应用;考虑存在不确定因素时的小型无人机纵向模型,利用L1自适应控制方法设计了小型无人机纵向俯仰角的控制器;最后对所设...     

悬停状态电控旋翼桨距控制

针对改进型电控旋翼系统,首先建立了其各控制环节的数学模型,采用串级PID(proportion in-tegration differentiation)控制算法设计了悬停状态下电控旋翼桨距控制律,PID参数根据Ziegler-Nichols方法进行整定.通过仿真计算分析,初步验证了该控制算法对于桨距控制的有效性.以上述控制方法为基础,进一步开展了悬停状态下电控旋翼桨距控制的闭环试验研究,成功的实现了电控旋翼桨距幅值和相位的控制,验证了串级PID电控旋翼桨距控制算法的正确性和有效性.      

基于载体姿态测量的微伺服吊舱

针对微小型无人机光电吊舱对光轴稳定与目标跟踪的需求,研究了一种基于载体姿态测量的光学平台稳定技术.该技术利用吊舱基座上的速率陀螺测量机体三轴姿态运动,通过控制光学平台的俯仰和偏航两通道伺服系统实现对光轴的惯性空间稳定.该系统使用步进电机来当执行机构,根据步进电机的特性,可以推导得到控制量与转速的关系,由此省去了在一般捷联稳定技术中的微分测速环节,得出了一种新的基于前馈控制的不变性原理.设计了解耦指令分配算法,将一个两轴耦合系统,转换为两个独立的单轴系统.在单轴控制中,分别设计了比例控制及比例积分控制算法实现对光轴的稳定控制和跟踪.最后通过在Matlab/Simulink环境下的仿真,以及实际的摇摆台试验,证明了基于载体姿态测量的稳定技术能够实现微小型无人机光电吊舱的光轴稳定.     

旋翼系统典型故障的诊断与预测方法

在分析直升机旋翼系统典型故障的基础上,提出了旋翼系统典型故障的诊断与预测方法,包括:桨叶疲劳寿命预测方法,桨毂疲劳寿命预测方法,拉杆疲劳寿命预测方法,自动倾斜器轴承故障诊断方法等。同时,介绍了基于飞行状态识别,基于虚拟传感器,基于载荷实测的疲劳寿命预测方法和自动倾斜器轴承故障诊断方法的关键技术,说明了旋翼系统典型故障的可测试性以及实现旋翼系统基于状态维修(CBM)的可行性。     

一种多级火箭飞行方案设计的工程方法

提出了一种进行单级和多级火箭飞行方案设计的一般方法。这是一种基于微积分变分原理的工程方法。其目的是根据给定导弹的攻角方案设计其俯仰角方案。最大攻角的优化根据给定的初始设计值采用正交法进行。该方法可以快速地进行多级火箭的飞行方案设计。     

无轴承式旋翼桨叶固有振动特性分析

利用传递矩阵法,研究了无轴承式旋翼桨叶的固有振动特性,计算出了套管根部固支约束和弹簧约束时旋翼振动的固有频率,并给出了套管根部变距/摆振耦合对固有频率的影响,同时也研究了不同的模型参数对固有频率的影响,最后给出了根部弹簧约束时的部分模态振型.结果表明,套管根部变距/摆振耦合对固有频率影响不大,总距角对各阶模态频率影响比...