变转速旋翼直升机动力学建模及仿真分析
发布时间：2021-06-27 12:11
直升机的广泛应用对直升机的性能提出了更高的要求,变转速旋翼概念重获关注。通过降低旋翼的转速,提高直升机的前飞速度,最大升限,降低需用功率,降低油耗,增加航时航程,扩展飞行包线,是直升机发展历程的一个重大突破。同时,旋翼转速的变化也可能会带来一些问题,旋翼转速降低,桨盘两侧的气流不对称加剧,反流区加大等因素会影响到旋翼的振动问题。本文建立了直升机的飞行力学模型,以黑鹰直升机为研究对象,旋翼气动力以叶素理论为基础,考虑反流区的影响,结合机身、尾桨、平尾和垂尾模型,进行直升机的全机配平,并与黑鹰直升机的飞行试验数据做对比,验证飞行力学模型的准确性。在此基础上,通过降低旋翼的转速研究旋翼转速变化后,直升机操纵量和姿态角的变化规律。除此以外,本文针对黑鹰直升机的需用功率进行计算,总结和归纳了变转速条件下直升机需用功率的变化规律并讨论和分析其原因。针对直升机振动载荷的研究,本文基于大变形梁模型建立桨叶的结构模型,结合线性入流、粘性涡粒子法和二维非定常气动力模型建立旋翼气动模型,并利用哈密顿变分原理建立了旋翼气动结构耦合动力学模型。在载荷计算方面,采用将反力法和力积分法相结合的混合法。以小羚羊直升机...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
XH-51A复合直升机
变转速旋翼直升机动力学建模及仿真分析机的飞行速度达到了 487.2km/h，创造了当时的直升机最快飞行速度记录。同年，该机开量生产，并命名为 AH-56A 复合直升机“夏延”，其主旋翼是由四片刚性旋翼组成，并且机侧设计有一对机翼，前飞时，机翼可以提供一部分升力，主旋翼转速可适当降低，有利于前飞速度。美国陆军和空军为了实现垂直起降技术而研制的 XV-3 倾转旋翼机，为后来V-15 和“鱼鹰”V-22 的倾转旋翼技术提供了大量的理论和试验基础，XV-15 和 V-22 的旋有两个工作转速。“鱼鹰”V-22 倾转旋翼机是由美国贝尔直升机公司和波音公司联合设计的一款中型运输机，具有直升机的垂直起降能力和固定翼螺旋桨飞机的高速，高效，航程远耗低的特性。2008 年美国西科斯基公司又推出一款高速攻击型直升机 X-2，它主要的特点采用了共轴双旋翼构型和前行桨叶概念（Advanced Blade Concept），前行桨叶概念是旋翼采用共轴刚性双旋翼构型，两个旋翼转向相反，在高速飞行时，旋翼的前行桨叶提供主要，后行桨叶卸载，由此消除了桨叶发生失速时的大扭矩和飞行限制。在高速飞行时，为了气流压缩引起的阻力增大的问题，两个旋翼同时减小旋翼转速，同时采用无尾桨构型，结寸紧凑，气动特性和机动特性都有大幅提升。
油耗低的特性。2008 年美国西科斯基公司又推出一款高速攻击型直升机 X-2，它主要的特点就是采用了共轴双旋翼构型和前行桨叶概念（Advanced Blade Concept），前行桨叶概念是旋翼系统采用共轴刚性双旋翼构型，两个旋翼转向相反，在高速飞行时，旋翼的前行桨叶提供主要升力，后行桨叶卸载，由此消除了桨叶发生失速时的大扭矩和飞行限制。在高速飞行时，为了解决气流压缩引起的阻力增大的问题，两个旋翼同时减小旋翼转速，同时采用无尾桨构型，结构尺寸紧凑，气动特性和机动特性都有大幅提升。图 1. 1 XH-51A 复合直升机 图 1. 2AH-56A“夏延”复合直升机
【参考文献】：
期刊论文
[1]变转速模型旋翼挥舞摆振低阶载荷试验研究[J]. 黄东盛,吴世杰,韩东. 航空学报. 2016(03)
[2]优化转速旋翼性能分析与应用[J]. 刘士明,杨卫东,董凌华,武庆中,吴裕平. 南京航空航天大学学报. 2014(06)
[3]基于几何精确桨叶模型的旋翼刚柔耦合建模[J]. 吴杰,杨卫东,虞志浩. 科学技术与工程. 2014(31)
[4]变转速旋翼直升机性能及配平研究[J]. 韩东. 航空学报. 2013(06)
[5]基于Broyden法的旋翼多体系统气动弹性分析[J]. 虞志浩,杨卫东,张呈林. 航空学报. 2012(12)
[6]变转速倾转旋翼机多体系统气弹响应分析[J]. 杨卫东,董凌华. 哈尔滨工业大学学报. 2006(02)
[7]直升机后掠桨尖旋翼气弹稳定性研究[J]. 杨卫东,邓景辉. 南京航空航天大学学报. 2003(03)
[8]直升机旋翼/机身耦合系统的气弹响应分析（一）旋翼系统的建模[J]. 郑兆昌,程永明,任革学. 应用力学学报. 1999(01)
[9]后掠桨尖旋翼气弹响应及载荷分析[J]. 杨卫东,张呈林,王适存. 南京航空航天大学学报. 1998(01)
博士论文
[1]直升机旋翼气动弹性振动载荷研究[D]. 吴杰.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]变转速刚性旋翼载荷分析与试验研究[D]. 孙宇.南京航空航天大学 2016
[2]黑鹰直升机飞行特性研究[D]. 郑文东.南京航空航天大学 2009
本文编号：3252822
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
XH-51A复合直升机
变转速旋翼直升机动力学建模及仿真分析机的飞行速度达到了 487.2km/h，创造了当时的直升机最快飞行速度记录。同年，该机开量生产，并命名为 AH-56A 复合直升机“夏延”，其主旋翼是由四片刚性旋翼组成，并且机侧设计有一对机翼，前飞时，机翼可以提供一部分升力，主旋翼转速可适当降低，有利于前飞速度。美国陆军和空军为了实现垂直起降技术而研制的 XV-3 倾转旋翼机，为后来V-15 和“鱼鹰”V-22 的倾转旋翼技术提供了大量的理论和试验基础，XV-15 和 V-22 的旋有两个工作转速。“鱼鹰”V-22 倾转旋翼机是由美国贝尔直升机公司和波音公司联合设计的一款中型运输机，具有直升机的垂直起降能力和固定翼螺旋桨飞机的高速，高效，航程远耗低的特性。2008 年美国西科斯基公司又推出一款高速攻击型直升机 X-2，它主要的特点采用了共轴双旋翼构型和前行桨叶概念（Advanced Blade Concept），前行桨叶概念是旋翼采用共轴刚性双旋翼构型，两个旋翼转向相反，在高速飞行时，旋翼的前行桨叶提供主要，后行桨叶卸载，由此消除了桨叶发生失速时的大扭矩和飞行限制。在高速飞行时，为了气流压缩引起的阻力增大的问题，两个旋翼同时减小旋翼转速，同时采用无尾桨构型，结寸紧凑，气动特性和机动特性都有大幅提升。
油耗低的特性。2008 年美国西科斯基公司又推出一款高速攻击型直升机 X-2，它主要的特点就是采用了共轴双旋翼构型和前行桨叶概念（Advanced Blade Concept），前行桨叶概念是旋翼系统采用共轴刚性双旋翼构型，两个旋翼转向相反，在高速飞行时，旋翼的前行桨叶提供主要升力，后行桨叶卸载，由此消除了桨叶发生失速时的大扭矩和飞行限制。在高速飞行时，为了解决气流压缩引起的阻力增大的问题，两个旋翼同时减小旋翼转速，同时采用无尾桨构型，结构尺寸紧凑，气动特性和机动特性都有大幅提升。图 1. 1 XH-51A 复合直升机 图 1. 2AH-56A“夏延”复合直升机
【参考文献】：
期刊论文
[1]变转速模型旋翼挥舞摆振低阶载荷试验研究[J]. 黄东盛,吴世杰,韩东. 航空学报. 2016(03)
[2]优化转速旋翼性能分析与应用[J]. 刘士明,杨卫东,董凌华,武庆中,吴裕平. 南京航空航天大学学报. 2014(06)
[3]基于几何精确桨叶模型的旋翼刚柔耦合建模[J]. 吴杰,杨卫东,虞志浩. 科学技术与工程. 2014(31)
[4]变转速旋翼直升机性能及配平研究[J]. 韩东. 航空学报. 2013(06)
[5]基于Broyden法的旋翼多体系统气动弹性分析[J]. 虞志浩,杨卫东,张呈林. 航空学报. 2012(12)
[6]变转速倾转旋翼机多体系统气弹响应分析[J]. 杨卫东,董凌华. 哈尔滨工业大学学报. 2006(02)
[7]直升机后掠桨尖旋翼气弹稳定性研究[J]. 杨卫东,邓景辉. 南京航空航天大学学报. 2003(03)
[8]直升机旋翼/机身耦合系统的气弹响应分析（一）旋翼系统的建模[J]. 郑兆昌,程永明,任革学. 应用力学学报. 1999(01)
[9]后掠桨尖旋翼气弹响应及载荷分析[J]. 杨卫东,张呈林,王适存. 南京航空航天大学学报. 1998(01)
博士论文
[1]直升机旋翼气动弹性振动载荷研究[D]. 吴杰.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]变转速刚性旋翼载荷分析与试验研究[D]. 孙宇.南京航空航天大学 2016
[2]黑鹰直升机飞行特性研究[D]. 郑文东.南京航空航天大学 2009
本文编号：3252822
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