直升机旋翼/机身耦合系统气动/机械稳定性分析新方法(英文)

研究了前飞状态下直升机旋翼 /机身耦合系统的气动 /机械稳定性问题。根据柔性多体系统动力学理论 ,通过构造一种 2 4自由度的刚柔混合单元得到旋翼 /机身耦合系统的周期时变运动方程 ,建模中考虑了桨叶预锥、后掠、中等弹性变形以及直升机机身和传动轴的弹性影响 ,体现出铰接式桨叶绕挥舞、摆振和变距铰的整体刚性运动与桨叶中等弹性变形之间的动力学耦合作用 ,推导中对桨叶挥舞、摆振和变距转角幅值未加任何限制。根据 Floquet理论对稳态周期解的稳定性进行研究 ,采用 Newmark直接数值积分方法得到转移矩阵。对某新型直升机的气动 /机械稳定性进行了分析 ,结果发现对于给定的前飞状态是稳定的 ,但是随着传动轴弯曲和扭转刚度的降低出现不稳定现象。     

直－九直升机地面共振当量模型及稳定性分析

本文推导了直升机地面共振当量模型中的当量质量、当量刚度与当量阻尼的计算公式，分析了机体动力特性及其主要影响因素，并运用当量地面共振二维模型计算了直一九直升机旋翼／机体耦合地面共振稳定性。在此基础上分析了机体阻尼与旋翼阻尼各自对直－九直升机地面共振稳定性的影响。计算与分析结果表明，未国产化的直－九直升机在使用范围内不会发生地面共振，这与直一九宜升机实际使用情况相符合。所用计算模型及计算机程序可直接用于直－九直升机国产化中地面共振稳定性分析。     

诱导速度分布和挥舞摆振耦合对旋翼力气动导数和直升机动稳定性的影响

本文研究了旋翼诱导速度的一阶谐波分布和挥舞摆振弹性耦合因素对旋翼力气动导数和动稳定性的影响。描述了根据王适存涡流理论诱导速度和环量封闭形式的特点所导出的诱导速度场,在无铰旋翼直升机稳定性中的应用。 本文以某典型直升机为例,说明了诱速分布和挥摆耦合对旋翼力气动导数和动稳定性的影响程度,绘制了旋翼力气动导数随μ的变化曲线。     

旋翼-机身动力分析的耦合技术

本文提出了铰接式直升机旋转平面内旋翼与机身耦合的一种动力分析方法,并以玻璃钢旋翼的Y-2小型直升机为例,作了理论与实验的综合分析,还特别指出了机身旋翼轴端各向异性的动刚度对旋翼旋转平面内固有动力特性的影响。     

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。     

旋翼／机体耦合动稳定性计算与试验的对比

采用带外伸量及弹性约束的当量铰桨叶模型，考虑了旋翼挥／摆结构耦合及动力入流非定常气动力，建立了悬停状态旋翼／机体耦合动稳定性分析方法，适用于星形柔性及无铰式等旋翼系统。分析时挥舞、摆振、机体运动及动力以均以复数变量表示。通过各自由度之间相互作用分析，揭示了动不稳定的机理及动力入流均以复数变量表示。     

无轴承旋翼直升机气动机械稳定性分析

采用模态综合技术建立了旋翼与机体耦合气动机械稳定性分析模型,并以采用无轴承旋翼的轻型直升机为研究对象,依据机体动力学特性试验数据和旋翼设计数据,进行了地面共振和空中共振分析.研究了一些设计因数对稳定性的影响,讨论了从设计上增大阻尼的方法和在分析方法上还应注重的研究内容,研究结果表明,安装减摆器,并提高其阻尼效率,以及设计对阻尼有利的桨叶气弹耦合是消除无轴承旋翼地面共振和空中共振的重要设计措施.     

旋翼挥舞运动特性和挥舞规律

旋翼挥舞运动对直升机飞行起着重要作用,是直升机稳定性和操纵性分析的难点,也是区别于固定翼飞机的关键点。由于直升机飞行中旋翼姿态是各种挥舞运动的综合体现,因此本文重点分析旋翼自然挥舞运动特性及其规律。     

直—九直升机地面共振当量模型及稳定性分析

本文推导了直升机地面共振当量模型中的当量质量、当量刚度与当量阻尼的计算公式，分析了机体动力特性及其主要影响因素，并运用当量地面共振二维模型计算了直－九直升机旋翼／机体耦合地面共振稳定性。在此基础上分析了机体阻尼与旋翼阻尼各自对直－九直升机地面共振稳定的影响。计算与分析结果表明，未国产化的直－九直升机在使用范围内不会发生地面共振，这与直－九直升机实际使用情况相符合。所用计算模型及计算机程序可直接用于     

旋翼／机身耦合系统的固有特性研究

直升机的旋翼与机身在桨毂处是机械耦合的，用旋翼阻抗和机身阻抗在桨毂处匹配的方法分析旋翼／机身耦合系统的固有特性。旋翼阻抗由旋翼在固定坐标系中的运动方程得到，这个运动方程由旋翼旋转坐标系中的桨叶模态方程导出，机身阻抗可由此可见 身的有限元分析计算或振动试验获得，还设计与加工了一个旋翼／梁耦合模型，对此模型进行了试验研究，试验结果和计算结果比较表明，分析旋翼／机身耦合系统固有特性的方法是可行的，且具有较高的精度。     

WZ—1直升机旋翼桨叶的设计

从气动、动力学和结构设计三个方面介绍了直升机旋翼桨叶设计的一般要求，分析了桨叶扭转角、平面形状、浆尖形状等参数对直升机性能、旋翼气动特性和动力学特性的影响，并结合ＷＺ－１无人驾驶直升机的使用要求对其旋翼桨叶进行了初步设计，给出了桨叶的构形和“共振图”。本文的设计和分析方法可用于指导其他直升机的旋翼桨叶设计。     

直升机模式下倾转旋翼机多体气弹动力稳定性分析

通过多体动力学方法建立了倾转旋翼机动力学分析模型。结合动力入流，研究了直升机模式下倾转旋翼机非线性非定常气弹耦合动力学特性。集成了非定常动态入流方程与倾转过渡状态的多体动力学方程，建立了倾转旋翼机时域非定常气弹耦合分析模型。以半展长弹性机翼全铰接式倾转旋翼机模型为例，在直升机模式下分析了桨叶摆振刚度及飞行速度对倾转旋翼机气弹稳定性的影响。数值计算表明：建立的多体动力学模型能够快速分析直升机模式下倾转旋翼机复杂的旋翼／机翼气弹耦合动力学特性。     

海豚型旋翼桨叶气动弹性稳定分析

本文通过对海豚型旋翼桨叶的气动弹性稳定性分析,研究了一类介于铰接式与无饺式之间旋翼桨叶的气动弹性稳定性。首先,从应变张量出发,运用Hamilton原理推导出旋翼浆叶全耦合运动偏微分-积分方程组;然后,运用摄动法对悬停状态的旋翼桨叶作了颤振分析,从而确定了该桨叶某些在生产、使用和改型中易变的参数,如:挥、摆、变距方向上的约束刚度和阻尼的变化,气动扭转的变化,飞行高度的变化等对气动弹性稳定性的影响关系。研究的结果对海豚型旋翼桨叶的国产化具有一定的实际意义,对进一步探求这类旋翼桨叶的气弹稳定性也具有一定的参考价值。     

利用自然低温的旋转叶片结冰风洞试验系统设计

为开展风力机旋转叶片结冰风洞试验研究,设计了一种利用寒冷地区自然低温环境的具有可变截面试验段的结冰风洞试验系统。该系统在原有常规结冰风洞的基础上改进了试验段,设置了喷雾区与非喷雾区,风力机叶片实验台可设置在非喷雾区内,而旋转叶片在转至喷雾区时进行结冰测试。为测试该系统的各项参数以及研究系统的可行性,对该试验系统的3个主要环境变量:试验段速度分布、温度分布和液态水含量分布进行了测试和标定。在此基础上,进行了绕轴旋转圆柱和叶片段的结冰试验,对2个系统下的无因次结冰面积及结冰形状进行了对比分析。结果显示该系统各项参数稳定,利用2个系统得到的结冰形状相似度高,结冰面积一致性较好,表明该系统可用于进行旋转机械结冰风洞试验研究。     

新型微型涡扇方案及其复合压缩转子初步设计

在分析国内外已有微型涡扇发动机方案可行性及利弊的基础上,提出一种紧凑型复合压缩系统微型涡扇发动机方案,可在保证结构简化与紧凑的前提下有效降低发动机耗油率。该方案风扇转子与斜流压气机转子构成串列叶片结构,通过对串列叶片独立作用机制和耦合作用机制的研究,认为合理设计串列叶片转子(全串列或半串列形式)能显著提高内涵压缩性能。通过对该方案的总体性能建模及参数分析,给出了一个设计实例的设计参数及性能参数,该实例中,耗油率比相同性能水平微型涡喷发动机约降低24.4%。对复合压缩系统转子进行了初步设计并进行流场数值模拟,得出转子系统内涵在设计流量下压比5.2,效率91%,外涵在设计流量下压比1.6,效率84%。结合对内外涵流场的分析,表明内外涵均可在较高效率下完成增压作用。     

小流量下周向弯曲叶片叶顶泄漏流动的PIV研究

对带有周向前弯和周向后弯叶片的低压轴流风机,采用PIV技术测量小流量工况下叶顶区域瞬态速度场.基于小流量压力峰值工况下的瞬态测量结果,详细阐述了周向弯曲叶片叶顶泄漏涡的演化过程.结果表明:小流量压力峰值工况下,周向弯曲叶片叶顶泄漏涡存在瞬态特性,泄漏涡起源向前缘方向迁移,涡核在向下游发展的过程中不断破碎,沿端壁向通道中部迁移,并发生径向迁移;周向后弯叶片的泄漏涡较周向前弯叶片迁移明显,涡核破碎过程剧烈;周向前弯叶片有利于叶顶泄漏涡的控制.     

带负扭转的复合材料桨叶蒙皮分层裂纹尖端场分析

蒙皮分层是复合材料浆叶疲劳破坏的主要形式.本文采用非线性桨叶结构模型,推导广义二雏下带负扭转的直升机菜叶蒙皮的位移方程及应力一应变关系;在此基础上,基于Stroh理论,采用各向异性界面断裂力学分析了蒙皮存在分层裂纹时裂尖应力场和位移场的渐近解.通过数值算例分析了离心力作用下带不同负扭转桨叶蒙皮分层裂尖的振荡系数、应力场及应力强度因子,所得结果合理,表明本文方法可以为复合材料菜叶蒙皮分层破坏提供分析依据.     

悬停状态下旋翼模型桨叶气弹稳定性试验研究

详细介绍了旋翼桨叶气弹稳定性试验采用的试验模型，试验设备，试验状态和试验方法。重点论述了先进旋翼的结构形式，以及简单可靠的周期变矩激振方法。试验用液压作动简对自动倾斜器的不动环激振，共进行４６种状态结果，其结果符合要求，与理论分析结果有较好的一致性。该项试验的激振方法和数据采集处理技术可直接用于直升机型号研制中的旋翼气弹稳定性试验，为进一步发展我国旋翼气弹稳定性试验技术打下了良好的基础。