新型横列式直升机旋翼/机翼耦合系统动特性及动响应分析

发布时间：2022-12-10 20:35

　　本文针对一种新构型的横列式直升机,阐述了其优越性及独特的操纵方式,与常规单旋翼带尾桨式直升机相比,该型直升机采用了万向铰桨毂,旋翼无周期变距,操纵更为简单。与此同时,横列式直升机的旋翼、翼墩和机翼之间的耦合效应较一般直升机更复杂,对其动力学建模和动特性的分析一直是横列式直升机动力学设计的难点。针对该构型直升机,本文基于哈密顿原理,采用多体动力学方法描述各动力学部件空间运动关系,建立了半展横列式直升机旋翼/机翼耦合动力学分析模型,并在建模的过程中充分考虑了横列式直升机弹性旋翼和弹性机翼之间的惯性及结构耦合。基于该耦合动力学模型,分别计算了桨叶、旋翼系统和机翼子系统的动特性,计算结果与参考文献中的分析结果和试验数据吻合良好,验证了本文所建立模型的正确性。在此基础上,对旋翼/机翼耦合系统动特性进行研究,分析了结构参数对于耦合系统的固有特性影响。最后,为进一步研究旋翼和机翼之间耦合动特性,建立了旋翼/机翼气弹耦合动力学模型,给出了耦合系统动响应的求解方法,分别对悬停和前飞两种状态下非线性耦合系统的动响应进行了计算,并对旋翼/机翼耦合特性进行了分析,得到一些有意义的结论,这些研究结论对于新型横列... 

【文章页数】：101 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
注释表
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 横列式直升机发展历史
        1.2.2 横列式直升机动力学研究概况
    1.3 新型横列式直升机综述
    1.4 本文主要研究内容
第二章 无周期变距旋翼/机翼耦合系统动力学建模
    2.1 引言
    2.2 无周期变距旋翼/机翼耦合系统坐标系
    2.3 无量纲化与量级规定
    2.4 无周期变距旋翼动力学模型
        2.4.1 桨叶虚应变能
        2.4.2 桨叶虚动能
        2.4.3 离散化桨叶动力学方程
        2.4.4 桨叶有限元模型离散化
        2.4.5 桨毂虚应变能
    2.5 翼墩模型
    2.6 弹性机翼模型
        2.6.1 机翼虚应变能
        2.6.2 机翼虚动能
        2.6.3 离散化机翼动力学方程
        2.6.4 机翼有限元模型离散化
    2.7 旋翼/机翼耦合系统动力学方程
    2.8 本章小结
第三章 旋翼动力学模型计算分析
    3.1 引言
    3.2 旋翼/机翼耦合系统动力学模型组集
    3.3 旋翼桨叶动力学特性模型计算
        3.3.1 固支梁模型
        3.3.2 铰接式旋翼桨叶模型
        3.3.3 无铰式旋翼桨叶模型
    3.4 旋翼系统动力学模型分析
        3.4.1 万向铰旋翼系统动力学方程
        3.4.2 WRATS旋翼桨叶动力学特性
        3.4.3 WRATS旋翼系统动力学特性
    3.5 无周期变距旋翼动力学特性
        3.5.1 桨叶动力学特性
        3.5.2 桨叶调频规律
        3.5.3 桨叶结构耦合
        3.5.4 旋翼系统动力学特性
    3.6 机翼动力学特性
    3.7 小结
第四章 旋翼/机翼耦合系统动力学特性分析
    4.1 引言
    4.2 多桨叶坐标变换
        4.2.1 自由度变换
        4.2.2 方程变换
    4.3 旋翼/机翼耦合系统动力学特性
    4.4 旋翼/机翼动力学特性参数影响分析
        4.4.1 预锥角影响
        4.4.2 万向铰刚度影响
        4.4.3 翼墩高度影响
        4.4.4 翼墩安装位置影响
        4.4.5 机翼垂向弯曲刚度影响
        4.4.6 机翼弦向弯曲刚度影响
        4.4.7 桨叶摆振刚度影响
    4.5 小结
第五章 无周期变距旋翼/机翼耦合系统动响应分析
    5.1 引言
    5.2 气动力虚功
        5.2.1 桨叶气动力虚功
        5.2.2 均匀入流模型
        5.2.3 机翼气动力虚功
    5.3 结构动响应计算方法及流程
        5.3.1 数值积分法
        5.3.2 结构动响应计算流程
    5.4 旋翼/机翼耦合系统动响应
        5.4.1 悬停状态耦合系统动响应
        5.4.2 前飞状态耦合系统动响应
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]动力学参数对倾转旋翼机气弹稳定性的影响[J]. 薛立鹏,张呈林.  南京航空航天大学学报. 2011(01)
[2]倾转旋翼机前飞动力学稳定性分析[J]. 岳海龙,夏品奇.  航空动力学报. 2007(11)
[3]直升机旋翼/机身耦合系统气动/机械稳定性分析[J]. 王浩文,高正,郑兆昌.  航空动力学报. 2001(01)

博士论文
[1]采用摆振柔软式旋翼的倾转旋翼机动力学研究[D]. 侯鹏.南京航空航天大学 2013
[2]倾转旋翼机气动/动力学多学科设计优化研究[D]. 薛立鹏.南京航空航天大学 2011
[3]倾转旋翼/机翼气弹耦合动力学研究[D]. 董凌华.南京航空航天大学 2011
[4]倾转旋翼机倾转时旋翼/短舱/机翼耦合结构气弹响应研究[D]. 岳海龙.南京航空航天大学 2010

硕士论文
[1]复合材料旋翼桨叶参数化建模与减振优化方法研究[D]. 曹冬冬.南京航空航天大学 2013
[2]摆振柔软倾转旋翼/机翼气弹耦合稳定性分析[D]. 周涛.南京航空航天大学 2012
[3]新型横列式直升机刚性旋翼气动性能分析[D]. 陈晓.南京航空航天大学 2012
[4]倾转旋翼机气弹响应及稳定性若干问题研究[D]. 贾大伟.南京航空航天大学 2007
[5]倾转旋翼飞行器旋翼/机翼/机身气动干扰计算[D]. 徐恺.南京航空航天大学 2007



本文编号：3717470