双后缘小翼智能旋翼振动控制仿真分析

发布时间：2017-09-01 07:23

  本文关键词：双后缘小翼智能旋翼振动控制仿真分析

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【摘要】：直升机具有高效垂直起降、悬停、低速前飞甚至是倒飞等其他类型航空器不具有的特点,在军用与民用领域都得到广泛应用。由于直升机在前飞时旋翼桨盘左右气流不对称等原因,导致直升机的振动问题一直较为突出,在一定程度上影响了直升机的发展。旋翼系统作为直升机最主要的部件之一,同时也是直升机振动的主要来源,针对旋翼系统进行减振尤为必要。后缘小翼式智能旋翼在飞行中,可以根据飞行状态对后缘小翼施加控制规律产生主动偏转运动,利用小翼产生的附加气动载荷,部分抵消桨毂振动载荷,是一种十分有效的直升机旋翼振动主动控制技术。针对直升机振动问题,本文对双后缘小翼智能旋翼进行了仿真分析。在课题组旋翼动力学研究成果的基础上,建立了双后缘小翼智能旋翼动力学分析模型,采用Theodorsen薄翼型小翼二维气动模型计算小翼偏转运动产生的附加气动力,包括升力、阻力与力矩。以傅里叶级数形式将小翼控制输入展开,针对3片桨叶旋翼,主要研究了对桨毂3Ω通过频率振动载荷影响最为明显2Ω、3Ω和4Ω这三阶控制输入。通过对单一频率控制输入的扫相计算分析,研究了两片小翼不同频率控制输入对桨毂振动载荷的影响,发现单一频率的控制输入不能同时抑制桨毂振动载荷的六个分量。设置了三种不同配置的后缘小翼智能旋翼,并采用差分进化算法对小翼控制输入进行了优化,通过对比三种不同配置的智能旋翼的减振效果,验证和研究了双后缘小翼在旋翼减振方面的优势,双后缘小翼智能旋翼不仅减振效果更为明显,而且能够同时抑制桨毂振动载荷的六个分量。此外,本文还采用不同的程序语言,分别对控制规律优化模块和桨毂振动载荷计算模块进行了程序实现,控制规律优化模块可以同时调用多个桨毂振动载荷计算模块,大大提高了计算效率,并为后续研究中程序的改进提供了方便。
【关键词】：直升机 振动控制 双后缘小翼 智能旋翼 差分进化算法
【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】：2016
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 引言13-17
• 1.2 国内外研究情况17-20
• 1.3 本文的研究目的和主要研究内容20-22
• 第二章 带后缘小翼的旋翼气弹动力学模型22-29
• 2.1 引言22
• 2.2 坐标系定义22-25
• 2.3 旋翼动力学方程25-27
• 2.3.1 桨叶动能25-26
• 2.3.2 桨叶应变能26
• 2.3.3 外载荷做功26-27
• 2.3.4 动力学方程27
• 2.4 模型验证27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 双后缘小翼控制规律优化方法29-39
• 3.1 引言29-30
• 3.2 粒子群优化算法30-32
• 3.2.1 粒子群优化算法公式31-32
• 3.2.2 粒子群优化算法流程32
• 3.3 差分进化算法32-34
• 3.3.1 差分进化算法流程33-34
• 3.3.2 差分进化算法控制参数34
• 3.4 PSO与DE的验证和比较34-37
• 3.4.1 单极值函数测试35-36
• 3.4.2 多极值函数测试36-37
• 3.5 本章小结37-39
• 第四章 双后缘小翼振动控制仿真与控制规律优化39-51
• 4.1 引言39
• 4.2 旋翼系统和后缘小翼的基本参数39-40
• 4.3 小翼运动对振动载荷的影响40-44
• 4.3.1 内侧小翼扫相分析40-42
• 4.3.2 外侧小翼扫相分析42-44
• 4.3.3 内、外侧小翼扫相结果分析44
• 4.4 后缘小翼控制规律优化44-49
• 4.4.1 目标函数设定44
• 4.4.2 差分进化算法参数设定44-45
• 4.4.3 后缘小翼控制输入优化流程45-46
• 4.4.4 前进比 0.14情况下小翼控制规律优化46-48
• 4.4.5 前进比 0.05情况下小翼控制规律优化48-49
• 4.5 本章小结49-51
• 第五章 总结与展望51-54
• 5.1 本文所做的工作51-52
• 5.2 本文的创新点52
• 5.3 进一步工作展望52-54
• 参考文献54-58
• 致谢58-59
• 在学期间发表论文情况59

【参考文献】

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本文编号：770720