TECH NOLOG YTECH NOLOG YW INDW IND[摘 要] 无轴承旋翼最为目前最先进的直升机旋翼结构形式，代表着直升机旋翼动力学结构未来发展的趋势。在进行无轴承旋翼直升机的结构强度设计时，需要对其气动机械稳定性能进行分析，以确定旋翼工作时的振动原因，并采取措施进行消振。本文主要对影响无轴承旋翼直升机气动机械稳定性的相关设计参数进行了分析，并就消除旋翼共振进行了简要总结。[关键词] 无轴承旋翼；气动机械稳定性；分析无轴承旋翼直升机气动机械稳定性分析王小三（ 交通运输部南海第一救助飞行队飞行保障部，广东珠海519015 ）无轴承旋翼作为一种新兴的直升机旋翼结构形式，代表着未来直升机旋翼结构的发展趋势。与传统的铰接式旋翼桨毂结构相比，无轴承旋翼具有诸多优势。由于其采用了大量复合材料，因而结构强度、韧性与重量都有很大的改善。特别是在桨叶旋转工作的情况下，作为无轴承旋翼结构的主承力部件柔性梁的力学性能有了很大提高。基于复合材料的柔性梁本身的弹韧性较好，在离心力的作用下，会发生一定的摆振、扭转变形，这作用于与之相连的桨叶，就能改善桨叶的运动特性，实现挥转、摆振和变距等运动形式。但是，正因为柔性梁的柔性系数较大，其在受力作用下的机械振动形式更加复杂，不能用传统的刚性模型来进行模拟分析。本文通过对旋翼及机体进行建模米乐M6(MiLe)亚洲官方网站- 赔率最高在线投注平台，并运用模态动力学综合分析方法，对桨叶的振动特性、地面共振以及空振等情况进行了相关分析研究。在此基础上，总结了相应的减振及消振方法和措施。1 模型建立一般而言，直升机的机体对旋翼结构的振动情况影响较小，因而可以将其假设为刚体。机体的运动约束和外力作用主要在起落架部分。考虑到起落架的结构布局方式多样，而不同的方式对机体的受力和约束方式影响不同，因此有必要首先确定其结构。本文所建立的模型主要是以滑橇式为主的起落架结构方式，其机械振动特性可以通过实验装置测量出来。同时为了简化机体模型，将其振动模态参数转化成桨毂中心处的等效量。在进行机体动力学分析时，把空间模型转换成平面模型，以便于相关计算分析。对于旋翼模型的建立，则主要考虑的是无轴承旋翼桨叶的动力学特性。通过对桨毂与桨叶、减摆器之间的动力、运动传递进行模态耦合分析，并利用有限元法进行仿真实验，分析各主要设计参数对旋翼机械稳定性能的影响。2 稳定性分析通过对无轴承旋翼直升机机身和旋翼结构的动力学建模仿真，可以对影响其机械稳定性的因素进行分析，相关分析结果如下：2.1 桨叶振动特性分析通过仿真实验可以发现桨叶的振动特性对直升机气动机械稳定性的影响。例如，由于桨叶的实际运动过程包含挥舞、摆振和扭转动作，因此其耦合动作模态比较复杂。当耦合的振动模态倾向于前摆时，由于此时桨叶的扭矩增大，使得其挥舞动作发生较大改变；反之，当耦合的振动模态倾向于挥舞时，此时桨叶的扭矩同样增大，使摆振加剧。这种动力学耦合关系将不利于桨叶的正常转动，使其运动阻尼增大，影响直升机的气动机械稳定性。但是，从实验中可以发现，轴套和变距线系的刚度对耦合的振动模态影响很大。如果适当确定轴套和变距支臂的刚度，并对其布局进行合理设计，就完全可能优化耦合振动模态的作用方式，减少其气动阻尼大小，增强气动机械稳定性能。2.2 地面共振分析通过对模型的地面共振情况分析，可以发现旋翼的气动机械稳定性主要与机体模态阻尼和阻尼器刚度有关。进一步分析可以看到，提升机体的模态阻尼系数可以抑制桨叶的耦合异常振动，明显改善直升机的气动机械稳定性能。而提升阻尼器的刚度相比之下对直升机的气动机械稳定性影响较小。因此，可以通过增加机体的模态阻尼来达到改善气动机械稳定性的目的。2.3 空中振动分析无轴承旋翼直升机的空中振动情况是气动机械稳定性分析的一个主要内容。通过仿真实验可以看到，桨叶的挥舞、摆振和扭转运动的耦合模态对直升机的气动机械稳定性影响最大。例如，在考虑桨叶的耦合振动模态为挥舞后退形式时，气动力对直升机的机械稳定性表现出极大的阻尼作用，呈现高阻尼模态。这会造成直升机的机械控制能力下降，影响其气动稳定性能。但是，通过减摆器对机体提供阻尼力，可以有效控制桨叶不稳定的耦合振动产生的失控。此外，还可以发现变距控制系统刚度对直升机空中稳定性的重要作用。较高的变距控制系统刚度可以有效控制桨叶的耦合模态振动形式，使其工作在稳定状态。3 结论通过以上对无轴承旋翼直升机的建模及相关气动机械稳定性的分析，我们发现可以改善直升机的一些相关设计参数，实现优化其气动稳定性的目的。例如：通过在旋翼桨毂上安装减摆器，可以有效避免直升机的地面共振和空振情况。考虑到空中振动情况下，桨叶的耦合振动模态对其气动性能影响较大，因此可以利用高刚度的变距控制系统加以控制。此外，桨叶的结构布局及轴套和变距支臂的刚度对桨叶的动力学特性也有重要影响。通过对其进行合理优化，可以极大的改善桨叶的气动阻尼特性。为了降低无轴承旋翼直升机的地面共振效应，可以增大机体的模态阻尼，使稳定性得到提高。[ 参考文献][1] ,韩景龙.无轴承旋翼 / 减摆器的气动弹性力学研究[J].中国矿业大学学报,2008.[2] 高文杰.柔性梁刚度对无轴承旋翼桨叶气动特性的影响[J].沈阳航空工业学院学报,2010.科技前沿43米乐M6(MiLe)亚洲官方网站- 赔率最高在线投注平台(访问: hash.cyou 领取999USDT）