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《考慮耦合變形的無軸承旋翼氣彈穩(wěn)定性分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、2010年10月沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報第27卷第5期JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineering0ct．2010V01．27No．5文章編號：1007—1385(2010)05—0001—05考慮耦合變形的無軸承旋翼氣彈穩(wěn)定性分析高文杰1張野2(1．北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京100191；2．葫蘆島鋅廠技工學(xué)校，遼寧葫蘆島125003)摘要：無軸承旋翼存在強烈的非線性扭轉(zhuǎn)一彎曲耦合變形。推導(dǎo)了槳葉的非線性應(yīng)變一位移關(guān)系，應(yīng)用Hamilton原理建立了多路傳力的無軸承旋
2、翼槳葉運動的有限元方程，氣動力模型采用二維準(zhǔn)定常片條理論，考慮了耦合變形對槳葉軸向彈性位移的影響，并構(gòu)造了一個新的15自由度梁單元，分析了懸停狀態(tài)下的無軸承旋翼氣彈穩(wěn)定性。數(shù)值結(jié)果表明：考慮耦合變形對軸向彈性位移的影響可以提高懸停狀態(tài)下的無軸承旋翼氣彈穩(wěn)定性分析的精度。關(guān)鍵詞：直升機；無軸承旋翼；多路傳力；氣彈穩(wěn)定性；耦合；懸停中圖分類號：V215．3文獻標(biāo)識碼：Adoi：10．3969／j。issn．I(X)7—1385．2010．05．001無軸承旋翼由于結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，操作功效很高，對要求大機動的武裝直升機具有特別重要的意義。
3、其產(chǎn)生是直升機旋翼技術(shù)的重大突破和飛躍，被稱為直升機技術(shù)的一次革命。然而無軸承旋翼由于取消了揮舞鉸、擺振鉸和變距鉸，柔性梁和扭矩套構(gòu)成載荷冗余的多路傳力系統(tǒng)，且存在強烈的非線性彎曲一扭轉(zhuǎn)耦合變形，因而無軸承旋翼氣動彈性穩(wěn)定性的分析極為困難。國外較早對無軸承旋翼氣動彈性進行研究的是Hodges，他利用中等變形梁理論分析了無軸承旋翼在懸停狀態(tài)下的地面和空中共振，每片槳葉假定為剛性，將柔性梁和扭矩套簡化為單根等效梁模型[1-2]。Dawson等人對無軸承旋翼模型在懸停狀態(tài)下的氣動彈性穩(wěn)定性進行了實驗測量"“j。Sivanefi等人采用有限元方
4、法分析了無軸承旋翼懸停狀態(tài)的氣動彈性穩(wěn)定性口j。柔性梁和扭矩管分別作為單獨的彈性梁處理，結(jié)果表明對于多路傳力的無軸承旋翼，不能把柔性梁和扭矩管作為單路傳力系統(tǒng)來處理，否則會導(dǎo)致錯誤的結(jié)論。Lim等人對具有復(fù)合材料柔性梁的無軸承旋翼的氣動彈性進行了分析∞J。Chopra等人對無軸承旋翼的氣彈穩(wěn)定性、地面共振和空中共振等進行了研究¨。1引。收稿日期：2010—09—05基金項目：國家自然科學(xué)基金(項目編號：10672011)作者簡介：高文杰(1968一)，男，湖南長沙人，副教授，博士研究生，主要研究方向：直升機動力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)等，E—m
5、ail：Gaowenjie@126．como目前國內(nèi)對無軸承旋翼的研究尚為起步階段，鄧景輝等對復(fù)合材料無軸承尾槳柔性元件的鋪層角對尾槳的撓度和扭轉(zhuǎn)角的影響進行了研究¨3
6、。江湘清等對無軸承旋翼尾槳懸停狀態(tài)下氣彈穩(wěn)定性進行分析¨引。徐明等利用中等變形梁理論分析了無軸承旋翼槳葉動力穩(wěn)定性【l5
7、。值得注意的是以上文獻均沒有考慮槳葉軸向彈性變形與揮舞、擺振變形的耦合作用。本文將無軸承旋翼視為多路傳力系統(tǒng)，采用中等變形梁理論建立槳葉的位移一應(yīng)變關(guān)系，氣動力采用二維準(zhǔn)定常片條理論推導(dǎo)，并利用Hamilton原理建立旋翼槳葉運動的有限元方程，研究考
8、慮耦合變形對槳葉軸向彈性位移影響條件下無軸承旋翼在懸停狀態(tài)的氣動彈性穩(wěn)定性。1槳葉運動有限元方程1．1應(yīng)變一位移關(guān)系利用Green—Lagrange應(yīng)變張量及小應(yīng)變假設(shè)可得槳葉的應(yīng)變一位移的非線性關(guān)系為‘16
9、：占。：“，+知應(yīng)+如以一口”E叼cos($+Oo)一fsin(毒+吼)]一IOn_[叼sin(毒+島)+g-cos($+吼)](1)7。=一f[07+(一t，’sinoo+tc77cosoo)(v％os00+叫”sinOo)](2)y《2叼[0’+(一v'sin00+1,O’cos00)(VnCOS00+塒”sin00)](3)
10、2沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報第27卷式中：M、穢和IV分別是槳葉軸向、擺振方向和揮舞方向的位移，O’表示對髫求導(dǎo)，$是槳葉的幾何扭轉(zhuǎn)角，0是槳葉的預(yù)扭角。1．2槳葉運動方程旋翼槳葉運動的方程可根據(jù)Hamilton原理推導(dǎo)：一2A主J(8u一8r一8形)dt=0(4)“I、式中：SU、8r和8W分別為槳葉的應(yīng)變能、動能和氣動力虛功的變分。其中：rt什8U=M(如。8占。+唧研87印+研《8y《)J0塒’。dxdT／df(5)式中：E是彈性模量，G是剪切彈性模量，z是旋翼槳葉的長度?！灰?T=J肛聆I，以d叩喈(6)。uj式中：V是旋翼槳葉上任意
11、點速度。』8W=JL。8u+L5v+L。8w+峨8咖(7)式中：￡。、L。L。和帆分別是Ⅱ以加、和咖方向槳葉單位長度上的氣動力，其值由二維準(zhǔn)定常片條理論得到。將旋翼槳葉分成若干個單元，則Hamilton原理
