共轴双旋翼直升机舰面耦合稳定性分析研究

发布时间：2020-07-23 02:20

【摘要】：随着世界各国对海洋事业的发展以及舰载直升机越来越多的投入使用,舰载直升机在舰面运动以及复杂海况等情况下起飞降落的安全问题显得特别重要。但是每当在发生“舰面共振”的情况下很容易就会发生机毁人亡,所以对于直升机舰面耦合稳定性问题的研究显得尤为重要。本篇论文主要建立适用于单旋翼直升机以及共轴双旋翼直升机与舰面耦合的动力学模型,进行“舰面共振”问题的探索与研究。本文在前人基础上基于多体动力学的方法,建立了共轴双旋翼直升机在舰面工作时的旋翼/机体/起落架/舰船耦合的动力学模型,用于舰载直升机的动力学仿真研究。机体模型考虑了纵向、横向、垂向的三个平动自由度和滚转、俯仰、偏航的三个转动自由度。旋翼模型使用了刚性桨叶并且考虑了旋翼的挥舞及摆振自由度。基于哈密顿变分原理所建立的模型通过计算机编程更易实现且能够很容易的加入各部件的参数对所建模型的影响。其次,对于所建立的旋翼/机体/起落架/舰面耦合动力学方程,主要采用状态空间特征值法和四阶龙格库塔法对耦合系统的动力学稳定性进行分析,针对不同的舰船激励振幅和频率,研究了舰载单旋翼直升机旋翼/机体系统的时间历程响应和动力学稳定性,分析计入了不考虑气动力影响后共轴双旋翼直升机旋翼/机体/起落架/舰面耦合系统的动态响应情况,在考虑了气动力对系统动态响应影响后,也对其共轴双旋翼直升机旋翼/机体/起落架/舰面耦合系统的动态响应情况进行了分析。通过对本文的分析为共轴双旋翼直升机的旋翼/机体/起落架/舰面耦合系统动力学设计提供了理论指导。
【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】：2019
【分类号】：V275.1
【图文】：

第一章 绪论1.1 引言直升机作为现代社会一种重要的航空器，能在较小的地方垂直起落甚至空中悬停，这是目前固定翼航空器无法实现的功能，而且旋翼自转提供给驾乘人员以极大的安全性。伴随着这么多年的发展，直升机结合迅速发展起来的复合材料、振动控制、传感器、微电子等技术在各个领域都获得了广泛的应用，比如，抢险救灾、农林防护、短途运输以及后方保障等。直升机越来越多的在人类的日常生活和军事战争中扮演着不可替代的重要作用。直升机根据旋翼布局形式的不同分成几种构型，常见的主要有单旋翼带尾桨常规直升机、横列式双旋翼直升机、共轴式双旋翼直升机等构型。虽然共轴式直升机在早期存在一系列问题，但经过这么多年的发展，其在直升机的构型中已成为一个重要的类型。前苏联卡莫夫设计局所研究制造的 ka 系列直升机中的代表机型就是共轴式双旋翼直升机，其在 50 年代到本世纪初从卡-8 到卡-52（图 1.1）发展了一系列的共轴式双旋翼直升机，其在共轴式双旋翼直升机的型号研制方面居于全球领先水平。

第一章 绪论1.1 引言直升机作为现代社会一种重要的航空器，能在较小的地方垂直起落甚至空中悬停，这是目前固定翼航空器无法实现的功能，而且旋翼自转提供给驾乘人员以极大的安全性。伴随着这么多年的发展，直升机结合迅速发展起来的复合材料、振动控制、传感器、微电子等技术在各个领域都获得了广泛的应用，比如，抢险救灾、农林防护、短途运输以及后方保障等。直升机越来越多的在人类的日常生活和军事战争中扮演着不可替代的重要作用。直升机根据旋翼布局形式的不同分成几种构型，常见的主要有单旋翼带尾桨常规直升机、横列式双旋翼直升机、共轴式双旋翼直升机等构型。虽然共轴式直升机在早期存在一系列问题，但经过这么多年的发展，其在直升机的构型中已成为一个重要的类型。前苏联卡莫夫设计局所研究制造的 ka 系列直升机中的代表机型就是共轴式双旋翼直升机，其在 50 年代到本世纪初从卡-8 到卡-52（图 1.1）发展了一系列的共轴式双旋翼直升机，其在共轴式双旋翼直升机的型号研制方面居于全球领先水平。

图 1.3 美国 X-2 高速直升机 图 1.4 美国 S-97 高速直升机据不完全统计，大量的直升机飞行事故都与尾桨的受损有关。虽然共轴双旋翼直升机因尾部旋翼从而避免了这类事故的发生，但由于舰船在海面上横摇、纵摇、升沉的幅度都，再加上舰面流场比较复杂，共轴双旋翼直升机在舰面上起降条件非常恶劣，很容易在动的情况下发生其他事故。根据第 28 次南极科考队的经历，我国科考队装备的卡-32 共翼直升机于 2011 年的一次运输作业任务结束返航时出现事故（图 1.5），在冰面迫降时出现象，桨叶打到冰面导致坠毁。据后来研究人员分析该现象正是由于旋翼桨叶/机体/起落

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本文编号：2766715