机翼刚心位置对回转颤振稳定性边界的影响分析

基于哈密顿原理,建立了适合快速开展回转稳定性设计参数评估的倾转旋翼/短舱/机翼多体气弹耦合动力学分析模型,并通过参数影响分析,获得机翼刚心位置前移有利于提高倾转旋翼机回转颤振稳定性边界的重要结论。所建立的分析方法和获得的结论,对工程设计具有重要的指导意义,可以在机翼气动外形约束条件下,通过调整机翼内部结构特性,合理将机翼的刚心位置向机翼前缘移动,达到提高该构型飞行器回转颤振稳定性裕度的目的。

倾转旋翼桨叶构型对回转颤振的影响

如图1所示,倾转旋翼机是一种介于直升机和固定翼飞机之间的新构型飞行器,其特点是旋翼相对于机翼可以向前倾转90°。倾转旋翼机同时具备直升机垂直飞行和螺旋桨飞机高速前飞的能力,但同时也存在很复杂的动力学问题,特别是在飞机模式高速前飞时,由于旋翼摆振面内剪切气动力与机翼弹性变形之间的激励耦合造成的一种气动弹性不稳定现象——回转颤振。

倾转旋翼回转颤振参数影响规律研究

基于Hamilton原理,利用多体方法描述动力学部件的空间运动关系,充分考虑倾转旋翼/弹性机翼之间强耦合非线性的气动、惯性及结构耦合,建立倾转旋翼/机翼气弹耦合动力学分析模型,开展倾转旋翼回转颤振参数影响研究,分析参数包括:机翼弹性、耦合刚度、机翼几何参数、桨毂构型参数、挥舞变距调节等基本动力学设计参数。分析研究得到了一些有意义的结论与参数影响规律,这些结论可以用于指导倾转旋翼机的动力学设计。

倾转旋翼机回转颤振研究

建立倾转旋翼机飞机模式的分析模型,分析系统的频率和阻尼特性,揭示了对系统稳定性起主要作用的一些模态;分析了旋翼摆振运动、机翼气动力和自转状态假设对系统稳定性的影响;分析了系统一些重要参数,如桨叶固有频率和机翼固有频率,对系统回转颤振稳定性的影响。分析结果表明:本文建立的模型可以有效地分析倾转旋翼机的回转颤振特性。

倾转旋翼机回转颤振及桨毂中心运动图像

在铰接式旋翼、刚性短舱、弹性机翼、短舱与机翼之间刚性连接假设的Johnson九自由度模型基础上,考虑短舱与机翼之间的弹性连接,建立了倾转旋翼机前飞时分析旋翼/短舱回转颤振和机翼不稳定性的十一自由度气弹动力学模型.在建立旋翼/短舱/机翼耦合系统运动方程时,考虑了短舱俯仰和摆动运动对旋翼惯性力和哥氏力的影响、短舱运动和旋翼旋转产生的陀螺力矩的影响、短舱支撑刚度与阻尼的影响、短舱运动对旋翼入流变化的影响以及短舱运动对机翼运动的影响等.根据试验模型参数,计算了各模态随前飞速度变化的系统频率和阻尼比以确定系统失稳的临界速度.通过改变短舱支撑刚度对失稳临界速度的影响,区分倾转旋翼机前飞时的失稳形式,即机翼的垂向颤振发散运动或旋翼/短舱系统的回转颤振.通过绘制的旋翼桨毂中心运动轨迹,揭示了倾转旋翼机回转颤振和机翼变形失稳下桨毂中心的运动图像,直观描述了回转颤振问题发生时桨毂中心的运动形态.

倾转旋翼机复合材料机翼动特性仿真分析

倾转旋翼机可在直升机模式、固定翼飞机模式和两者之间过渡模式飞行,集直升机和固定翼飞机飞行特点与一身。相比传统直升机,倾转旋翼机的飞行速度大幅提高,飞行包线更大,应用范围更加广阔;与固定翼飞机相比,倾转旋翼机大大降低了对场地的要求,提高了空间灵活性。然而,倾转旋翼机特殊的结构设计使其兼具了类似于直升机“地面共振”“空中共振”以及固定翼飞机回转颤振的动力学不稳定问题,其中回转颤振是倾转旋翼机设计不容忽视的自激不稳定性问题。

动力学参数对倾转旋翼机气弹稳定性的影响

在建立倾转旋翼机飞机模式和直升机模式下的旋翼/短舱/机翼系统耦合气弹动力学分析模型的基础上,分析了倾转旋翼、机翼动力学参数对倾转旋翼机气弹稳定性的影响,得到了不同动力学参数对前飞时回转颤振速度和悬停时模态阻尼的影响曲线,对于倾转旋翼机动力学设计具有理论指导意义。

倾转旋翼机气动弹性稳定性研究进展

文中从分析模型入手,对倾转旋翼/动力舱回转颤振及旋翼/动力舱/机翼气弹稳定性分析进行了概述,包括飞行参数及设计参数对气弹稳定性的影响等,并对气弹稳定性的风洞试验及飞行试验进行了介绍,对于开展倾转旋翼机气弹稳定性研究起到一定的引导作用.