旋翼-机体耦合动力稳定性的主动控制现状与发展

直升机的地面共振和空中共振主动控制技术是一种新兴的很有发展潜力的技术。目前的控制方法包括桨距控制法和后缘附翼控制法。本文综述国内外学者在这一领域的理论研究工作，并加以评论，指出存在的问题和将来的研究方向。

旋翼/机体耦合动稳定性试验仿真

本文根据直升机旋翼/机体耦合系统的动力稳定性分析模型,采用数学工具软件Maple推导了该系统的全量动力学方程,编写了相应的仿真程序,并对旋翼/机体耦合系统动稳定性试验装置进行了"地面共振"试验仿真,通过仿真结果与试验结果的对比分析,表明本文建立的旋翼/机体耦合系统动稳定性全量动力学方程及其数值计算方法是正确的,仿真结果对直升机"地面共振"试验具有重要指导意义。

共轴式直升机旋翼/机体耦合系统动力学仿真

本文运用CATIA、ADAMS建立共轴式直升机旋翼/机体动力学模型,在ADAMS平台上对其进行动力学特性仿真。分析了共轴式直升机旋翼/机体耦合系统动不稳定的机理,上旋翼出现摆振后退型,且旋翼对机体产生的离心激振力频率与机体在起落架上的振动频率相近时,发生动不稳定现象,下旋翼对系统动稳定性产生不利影响,并确定了系统发生动不稳定的旋翼转速范围。与理论结果进行对比,验证了模型的有效性。

基于矩阵运算的直升机旋翼/机体耦合动力学模型

针对直升机旋翼/机体耦合动力学建模中,小角度线性简化带来的计算精度下降以及适用范围缩小等问题,在计算桨叶速度及加速度时,基于矩阵运算,保留了运动的非线性。对不同机体运动幅值和频率情况下的小角度线性简化对桨叶速度的影响进行了仿真分析,结果发现,随着机体运动幅值的增加,线性简化影响越来越大,滚转幅值15°时,简化带来的误差超过5%;俯仰幅值15°时,简化带来的误差超过6%,且随着机体运动频率的减小,误差越来越大。对不同桨距的情况进行仿真,结果表明,所建模型可以很好地模拟直升机的动态响应,采用该模型可进行直升机旋翼/机体耦合动态响应仿真分析。

民用直升机旋翼/机体耦合稳定性适航技术

直升机旋翼/机体耦合稳定性问题一直是困扰型号研制和发展的一项难题,历史上就存在由于类似问题造成灾难性事故的现象,这就要求在设计和研发直升机的过程中,必须非常重视其耦合稳定性问题。旋翼/机体耦合稳定性是直升机特有的一种自激振动问题,这种自激振动发生在直升机地面运转、起飞和着陆过程中,称为地面共振。

含不同桨尖的无轴承旋翼直升机气动机械稳定性

直升机旋翼桨尖形状可以有效提高旋翼气动性能,但可能会降低旋翼气弹稳定性.这方面的研究包括不同桨尖形状的旋翼气动性能、孤立旋翼气弹稳定性、无铰式旋翼直升机气动机械稳定性.不同桨尖形状的无轴承旋翼直升机的气动机械稳定性研究还未见到报道.研究了含不同桨尖无轴承旋翼直升机的气动机械稳定性,基于哈密顿原理和中等变形梁理论,并通过桨尖形状引起的非线性位移协调条件,建立了含不同桨尖形状的无轴承旋翼/机体耦合系统的气动机械动力学模型.计算的ITR无轴承旋翼直升机地面共振和空中共振的稳定性与实验结果一致,证明了建立的气动机械动力学模型的准确性。计算了桨尖前掠、后掠、上反、下反、尖削和形状组合对无轴承旋翼直升机地面共振和空中共振稳定性的影响,计算结果表明,桨尖形状能有效改变无轴承旋翼直升机的气动机械稳定性.

一种分离加速度变量的直升机动力学仿真方法

针对直升机旋翼/机体耦合动态响应仿真中,定义加速度符号变量计算时间过长的问题,采用从变量矩阵中分离加速度变量的方法,分别计算动力学模型中的加速度系数矩阵和非加速度向量,实现快速的响应迭代求解。对比两种不同仿真方法的计算用时发现,分离加速度变量的方法计算用时仅为定义符号变量方法的1‰,可快速为直升机旋翼故障仿真研究提供大量数据样本。以旋翼气动不平衡为例,采用上述仿真方法对旋翼/机体耦合动态响应进行仿真,结果表明上述方法能很好地模拟旋翼不平衡对旋翼/机体耦合动态响应的影响,经分析发现的影响规律可用于旋翼不平衡故障诊断研究。

重型直升机飞行动力学刚弹耦合建模及空中共振稳定性分析

针对重型直升机(HLH)大重量、低转速的固有特性,提出了一种适用于重型直升机的飞行动力学刚弹耦合建模方法。该方法结合传统直升机飞行动力学与旋翼机体耦合动力学,将传统飞行力学的分析频段拓展到了5 Hz,额外考虑了桨叶和机体的弹性变形,基于阻抗匹配法推导出了显式的旋翼/机体耦合动力学方程,模拟了真实飞行状态下的直升机气弹耦合特性,利用该模型计算并分析了算例重型直升机的悬停飞行特性和空中共振稳定性。结果表明:旋翼机体耦合导致摆振前进型和机体弹性模态的阻尼-转速曲线先相互靠近至同一点再分离,可能引起直升机的高频瞬态振动;在摆振等效阻尼不足时,旋翼摆振后退型是不稳定的,但随着等效阻尼增加,摆振二阶周期型模态和机体弹性模态会出现耦合;桨叶弹性变形与机体弯曲模态及挥舞集合型耦合,但不会引起明显的不稳定现象。