基于槳葉模態(tài)修型的直升機減振優(yōu)化

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1、基于槳葉模態(tài)修型的直升機減振優(yōu)化——王紅州劉勇張呈林基于槳葉模態(tài)修型的直升機減振優(yōu)化王紅州劉勇張呈林南京航空航天大學直升機旋翼動力學國家重點實驗室，南京，210016摘要：基于Hamilton原理推導了模態(tài)修型減振優(yōu)化的有限元動力學模型，通過修改槳葉的剖面剛度和線密度來改變結(jié)構(gòu)的動力學模態(tài)。以最小振動載荷為目標函數(shù)，以槳葉剖面剛度及質(zhì)量為設(shè)計變量，以槳葉的頻率、自轉(zhuǎn)慣量、質(zhì)量及模態(tài)修型參數(shù)等為約束條件，進行了減振優(yōu)化。算例表明：在約束條件都滿足的情況下，優(yōu)化后，3／轉(zhuǎn)的槳根剪力減小了55．4，4／轉(zhuǎn)的槳根剪力減

2、小了66．5，5／轉(zhuǎn)的槳根剪力減小了53．4，優(yōu)化效果明顯。關(guān)鍵詞：氣彈動力學模型；模態(tài)修型；減振優(yōu)化；有限元模型中圖分類號：V211．47；V214．1文章編號：1004-132X(201O)l0—1157一()5HelicopterRotorVibrationReductionOptimizationbyModalShapingofBladesWangHongzhouLiuYongZhangChenglinNationa1KeyIaboratoryofRotorcraftAeromechanics，Nanj

3、ingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing，210016Abstract：TheaeroelasticandmodalshapingfiniteelementdynamicsmodelwasderivedfromHamiltontheory．Itcanbeanalyzedthesystematicstructuraldynamicsbychangingthestiffnessandmassofbladesection．Thestiffnessandmass

4、ofbladesectionwereusedasdesignvariables，con—straintsonfrequencyplacement，autorotationalinertia，massandMSPwereincluded，theobjectivefunctionwastominimizethebladevibration．Finally，comparedwiththeoptimizationresultsofthedesignedmodel。theresultshowsthattheoptimum

5、solutionresultswillcause55．4reductionofthe3／revrotorbladerootshears，66．5reductionof4／revrotorbladeshearsand549／6reductionofthe5／revrotorbladeshearundertheconstrainedconditions．Keywords：aeroelasticdynamicsmodel；modalshaping；optimizationforvibrationreduction；f

6、i—niteelPmentmodel0引言修改研究，他們推導了結(jié)構(gòu)參數(shù)修改引起動力特目前，國內(nèi)外已在模態(tài)修型及振動系統(tǒng)的動性改變的“正問題”，也研究了使系統(tǒng)的動特性滿力學修改方面開展了較多的研究，但通過模態(tài)修足預定的要求或避開某個范圍而改變結(jié)構(gòu)參數(shù)的“反問題”。型來實現(xiàn)直升機減振目的的研究還較少。Tay—本文在直升機旋翼氣彈有限元模型基礎(chǔ)上推lorll通過模態(tài)修型方法進行了直升機槳葉的動導了旋翼槳葉模態(tài)修型減振模型，并對旋翼槳葉力學修改研究，指出減小模態(tài)修型系數(shù)可減小槳進行了單次諧波載荷下的多階模態(tài)的減振優(yōu)化。

7、葉通過槳轂傳到機身的振動載荷，研究結(jié)果顯示，通過模態(tài)修型方法能使傳到槳轂的振動載荷減少1模型推導7O，同時，疲勞載荷降低2O～30。Prit—1．1旋翼氣彈動力學模型chard等開展了通過修改槳葉分布質(zhì)量來優(yōu)化基于Hamilton原理的槳葉及機身運動方減振的研究，使用有限元法建立了動力學模型，提程為出了模態(tài)修型的減振方法，并指出此法對于一階洫一-3T-31,V一。㈩諧波載荷下的一階模態(tài)振動載荷的減振有效，而式中，3U為應變能的改變量；3T為動能的改變量；8w為不適宜處理多階模態(tài)的振動問題。外力功的改變量。國內(nèi)在

8、動力學修改方面也開展了很多研究。旋翼應變能、動能及外力功引起的變化主要1987年，胡海昌_3提出和推導了使用攝動法及局是由于每片槳葉上應變能、動能及外力功疊加在部修改法對剛度和質(zhì)量進行修改進而進行動特性一起的緣故，應變能、動能及外力功的變分可寫為研究。2000年，傅志方等_4]開展了結(jié)構(gòu)動力學的N66u一8uR+3UF一(∑3Ub)+F(2)收稿日期：2O09一O7一O2·1157·一