共轴双旋翼无人机传动系统振动特性分析

发布时间：2017-08-18 07:06

  本文关键词：共轴双旋翼无人机传动系统振动特性分析

  更多相关文章： 共轴双旋翼 刚-柔耦合 扭转振动 动响应 灵敏度分析

【摘要】：共轴双旋翼无人机比一般无人飞行器应用领域更广,但同时也决定了其工作环境的复杂性,而其自身的结构特点也决定了其振动特性更为复杂。为此,本文结合国家“863”计划项目-“重载荷智能化物探专用无人直升机研制”(2013AA063903),针对目前共轴双旋翼无人机振动分析在整机设计阶段的重要性,采用数学建模和仿真分析相结合的方法,进行了共轴双旋翼无人机旋翼系统和传动系统的振动特性分析,掌握了其振动特性和影响规律,进行了相应的减振设计。首先,计算了发动机、减速箱、传动轴系等主要动力传动系统的当量扭转刚度和当量转动惯量,建立了整个系统的扭转振动模型。其次,推导了跷跷板式旋翼的挥舞、摆振、扭转的振动微分模型,基于Rayleigh-Ritz法和MATLAB计算出较为准确的振型和频率;分析了旋翼转速?、桨叶的的抗弯刚度EI、桨叶刚度GJ、操纵系统线性刚度K?对固有频率和振型的影响规律;绘制了桨叶共振频率图,指导正常工作转速的设定。然后,基于ANSYS和ADAMS刚-柔耦合建模分析,搭建了包括旋翼在内的传动系统的振动仿真模型,分析了分体和系统在刚-柔耦合前后振动特性的变化;绘制了系统的前5阶扭转振型图和前6阶弯曲振型图,得出了旋翼摆振与外轴扭转、旋翼挥舞与内轴弯曲的耦合作用规律;进行了自旋、巡航、盘旋转弯不同飞行状态下的扭转、弯曲振动响应,得出了外轴、内轴的最大响应点位置。最后,进行了系统各关键参数对振动频率和响应的灵敏度分析,得出了桨毂转动惯量、轴承支承刚度对系统扭振和弯曲的各自影响规律,并得出首选优化部位;针对低频下较为薄弱的内轴进行了结构动力修改,通过灵敏度分析,实现减重和提高固有频率的多目标优化,实现轻量化和规避共振的双重目的。
【关键词】：共轴双旋翼 刚-柔耦合 扭转振动 动响应 灵敏度分析
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 研究背景及意义9-11
• 1.2.1 课题来源9
• 1.2.2 研究背景及意义9-11
• 1.3 国内外研究概况11-16
• 1.3.1 共轴双旋翼无人机发展现状11-13
• 1.3.2 共轴式直升机振动特性研究现状13-15
• 1.3.3 共轴式直升机减振设计研究现状15-16
• 1.4 主要研究内容16-17
• 第2章 传动系统动力学模型的建立17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 多体动力学理论基础17-19
• 2.2.1 无阻尼自由振动18-19
• 2.2.2 有阻尼强迫振动19
• 2.3 系统各部件的当量简化19-26
• 2.3.1 当量简化原则19-20
• 2.3.2 发动机的简化20-24
• 2.3.3 离合器的简化24
• 2.3.4 锥齿轮的简化24-25
• 2.3.5 传动轴的简化25-26
• 2.4 系统当量模型的建立26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第3章 旋翼系统振动特性分析29-53
• 3.1 引言29
• 3.2 旋翼振动形式分析29-30
• 3.3 挥舞振动模态分析30-43
• 3.3.1 刚体挥舞振动模态分析30-31
• 3.3.2 弯曲挥舞振动微分方程的建立31-36
• 3.3.3 基于Rayleigh-Ritz法的求解36-43
• 3.4 摆振运动模态分析43-46
• 3.5 扭转运动模态分析46-50
• 3.6 桨叶共振分析50
• 3.7 本章小结50-53
• 第4章 传动系统振动特性分析53-77
• 4.1 引言53
• 4.2 刚-柔耦合仿真模型的建立53-63
• 4.2.1 刚性模型的建立53-55
• 4.2.2 柔性轴的建立55-59
• 4.2.3 柔性桨叶的建立59-60
• 4.2.4 刚-柔耦合模型的建立60-62
• 4.2.5 基于ADAMS/Vibration的振动分析62-63
• 4.3 系统扭转模态分析63-67
• 4.3.1 模态参与因子63-65
• 4.3.2 扭转振型图65-67
• 4.4 系统横向弯曲模态分析67-69
• 4.4.1 模态参与因子67-68
• 4.4.2 弯曲振型图68-69
• 4.5 系统强迫振动响应分析69-76
• 4.5.1 系统激振力的计算70-72
• 4.5.2 相同激励下的扭转振动响应72-73
• 4.5.3 不同飞行状态下的扭转振动响应73-74
• 4.5.4 不同飞行状态下的弯曲振动响应74-76
• 4.6 本章小结76-77
• 第5章 关键参数对振动的灵敏度分析及减振优化77-87
• 5.1 引言77
• 5.2 灵敏度分析理论77-81
• 5.2.1 基本方法和理论77-79
• 5.2.2 有限差分法灵敏度分析79
• 5.2.3 Sobol法灵敏度分析79-81
• 5.2.4 基于ANSYS的灵敏度分析法81
• 5.3 桨毂转动惯量灵敏度分析81-82
• 5.4 轴承支承刚度灵敏度分析82-83
• 5.5 传动轴灵敏度分析及多目标优化83-86
• 5.5.1 设计变量及优化目标83-84
• 5.5.2 灵敏度分析84-85
• 5.5.3 优化结果分析85-86
• 5.6 本章小结86-87
• 第6章 总结与展望87-89
• 6.1 全文总结87-88
• 6.2 工作展望88-89
• 参考文献89-93
• 攻读硕士学位期间所取得的科研成果93-95
• 致谢95

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宋亚平;浅谈旋翼的防腐维护[J];航空维修与工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文编号：693229