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带叶间减摆器直升机气动机械稳定性研究

刘伦德  
【摘要】: 直升机旋翼/机体耦合系统的气动机械动稳定性问题是直升机动力学的基本问题之一,长期以来一直受到人们的普遍关注。为了提高稳定性,解决的办法之一是在旋翼系统中安装减摆器。传统的减摆器布置是桨叶-桨毂式;上个世纪90年代,欧直公司开始在EC155上使用叶间减摆器,减摆器不是布置在桨叶和桨毂之间,而是布置在相邻两片桨叶之间。EC155的飞行试验证明,这种减摆器布置方式对提高稳定性效果明显;这种布置方式的另外一个优点是可以简化桨毂,降低其气动阻力,对多桨叶(四片和四片以上)直升机有重要意义。为了研究这种新型布置减摆器对直升机稳定性的影响,本文所作研究工作如下: 首先,本文利用广义的Hamilton原理建立了适用于不同状态(地面、悬停和前飞)的旋翼/机体耦合系统的动力学模型,该模型中将机体固定可以用来分析孤立旋翼的稳定性问题。分别用时间有限元方法和四阶的Runge-Kutta方法对方程进行了求解。 然后,在稳态响应的基础上利用雅各比矩阵对非线性方程进行了线化,线化后的方程利用多桨叶坐标变换转换到固定系下后,利用直接特征值分析(地面、悬停)或Floquet理论(前飞)对系统进行了稳定性分析;同时,对系统进行了瞬态响应分析;在系统达到稳态的基础上进行扫频激励,用FFT变换求得系统频率,进而用移动矩形窗方法分析得到系统的阻尼。后面将两种方法的结果进行了分析、比较,并同国外试验数据进行了对比,验证了所建模型以及程序的正确性。 本文重点推导了带叶间减摆器(减摆器带三个外伸量:展向,垂向和旋转方向)的旋翼/机体耦合系统的非线性动力学方程,针对该方程提出了一种改进的多桨叶坐标变换方法。最后用上述两种分析方法对带叶间减摆器的旋翼/机体耦合系统的气动机械稳定性问题进行了分析研究。研究结果表明,适当的调节减摆器的阻尼和刚度,可以使系统避免“地面共振”等动不稳定现象。最后,针对减摆器的三个外伸量进行了参数影响研究,提出了一些新的结论,对后续研究具有一定的指导意义。


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1 刘伦德;带叶间减摆器直升机气动机械稳定性研究[D];南京航空航天大学;2006年
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