加装格尼襟翼的旋翼结构设计

发布时间：2020-03-22 04:31

【摘要】：提升直升机飞行性能一直是直升机领域的研究热点之一,格尼襟翼在提升直升机性能、降低旋翼振动和噪声等方面具有很大的应用价值和潜力。本文给出了一种加装格尼襟翼的桨叶结构,主要通过在桨叶中安装压电悬臂梁驱动格尼襟翼。首先推导了分别基于Euler-Bernoulli梁模型和经典层合板理论的压电悬臂梁自由端的偏转位移表达式,采用算例验证了其有效性。通过有限元方法分析了压电悬臂梁各结构参数对自由端偏转位移的影响,结果表明,在其它条件一定的情况下,减小压电片厚度和压电作用区域越靠近悬臂梁根部能够获得相对较大的偏转位移。随后,对压电悬臂梁进行了动力学分析,通过模态分析与谐响应分析研究了结构参数对各阶模态固有频率和共振状态下的位移幅值影响,通过瞬态响应分析得到了在相同偏转位移下力与驱动电压的关系和在不同频率激励下的位移响应曲线。并且对在离心力场中的压电悬臂梁进行了静强度分析,结果符合强度要求。在此基础上,将格尼襟翼的驱动机构和桨叶进行集成设计,对驱动机构、格尼襟翼以及各部件在桨叶中的布置和安装进行了具体的分析,建立了加装格尼襟翼桨叶结构的三维模型,最终给出了用于研究压电悬臂梁驱动性能和格尼襟翼偏转位移的实验方案。
【图文】：

襟翼,作动

技术主要包括旋翼变转速、旋翼变直径、桨叶变弦长以及桨叶变负扭转角等。在翼型上加如襟翼之类的微型增升装置也可以有效提升直升机飞行性能。图 1.1 给出了一些广泛应用统作动襟翼，能够提供一定的增升效果。除了传统作动襟翼之外，自适应旋翼也可以为直旋翼提供显著的性能提升。但是这些气动增升装置存在着明显的不足，传统的作动襟翼机杂、体积庞大，在设计和安装上有一定的难度，而智能自适应结构技术实现难度较高、成较低。因此，格尼襟翼(Gurney Flap，GF)因其构造简单、设计成本低和可靠性高等特点引研究人员的广泛关注。a.克鲁格襟翼 b.开裂式襟翼c.单缝襟翼 d.双缝襟翼

示意图,格尼襟翼,示意图,增升

加装格尼襟翼的旋翼结构设计是 Libeck[2]，在对亚声速翼型的增升措施研究中，Libeck 对格尼襟后 Libeck 给出了加装格尼襟翼的 Newman 翼型低速风洞实验结果显示翼型的升力和阻力都会增加，Liebeck 推测在靠近翼型后缘的翼型后缘角的增大而增强。而在迎角小于 8°时，格尼襟翼产生的著的增升效果，他认为格尼襟翼的高度应该保持在 1%~2%弦长长度的升力系数与阻力系数同时增加，但在参数选取适当的情况下，，翼于阻力系数上升的幅值，从而使升阻比增大，增升效果提升，而且效果也不相同。此外，格尼襟翼还能够减轻直升机在高速前飞时的的气动性能。格尼襟翼应用于旋翼的优势在于：（1）体积小、重量高；（3）安装简便、便于维护；（4）增升显著、性能稳定。格尼襟翼常规增升设计而无须较大的结构变动。直升机旋翼的减振和降噪对直升机部件结构寿命等方面有重大意义，而格尼襟翼有利于结合作步提升旋翼性能或减振降噪。总而言之，加装格尼襟翼是提升直升，开展加装格尼襟翼的桨叶结构设计研究具有重要意义和实用价值
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V275.1

【参考文献】