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高速共轴式直升机总体方案设计及操纵机构力学分析

孟佳东  
【摘要】:直升机是指具有垂直起降、悬停、低空等飞行能力的旋翼飞行器。直升机因其独特的飞行性能在军事和民用领域得到了广泛的使用。由于旋翼桨叶存在激波和失速现象,迫使直升机的速度和航程都低于固定翼飞行器,但是由于在实际应用中,飞行器易受到起降场地的限制,使得直升机的作用不能被其他飞行器替代,因此直升机一直是飞行器爱好者研究的对象;同时使用直升机可以很好的将海陆空联系起来增强国防力量,因此,从军事应用上来说,研制高机动性、高速度和长航程的直升机也极为重要;还有由于直升机应用领域需要拓展,使得高机动性、高速度和长航程的直升机有着迫切的需求。根据高速直升机的应用需求、研制的重要性和迫切性,本文提出了共轴式主旋翼加装推进螺旋桨布局的复合式高速共轴式直升机,并对其进行了一定的研究。 本文首先根据设计目标和应用需求,制定了高速共轴式直升机的使用性能指标,并参考国内外高速直升机和共轴式直升机的参数,借助直升机设计理论,确定了高速共轴式直升机的总体参数,同时根据高速共轴式直升机的发动机的技术需求和市场供给情况,完成了发动机的选型,为直升机的进一步设计奠定了一定的基础;然后采用模块化设计方法,运用机械设计理论,依据发动机接口和直升机总体参数详细设计了主旋翼减速器和操纵机构、推进螺旋桨的动力电机和推进系统减速器,完成了高速共轴式直升机的传动系统和操纵系统零部件的设计。在上述工作的基础上,根据设计的主旋翼操纵机构的工作原理,对主旋翼操纵机构受力情况进行了分析,并基于实验样机基本尺寸,在MATLAB环境下,对自动倾斜器处于极限位置时的主旋翼操纵机构受力进行了离散化分析,用有限元分析软件对其主要零部件进行了仿真分析,为直升机的进一步优化奠定了理论基础;同时根据主旋翼操纵机构的工作机理、零部件结构以及现代传感器的发展应用情况,制定了桨距角、变距拉杆受力、旋翼转速及方位角等测量方案,并根据传感器的使用要求、设计了相关的硬件电路,此外,还根据使用要求对传感器的信号进行了解调,使其转为数字信号,而且基于目前所具备的实验条件,对硬件电路进行了实验验证,确保了测试方案的可行性、硬件电路的正确性。 本文确定了高速共轴式直升机的总体参数、完成了其传动系统和操纵系统主要零部件的详细设计、分析了主旋翼操纵机构静力学和设计了桨距角、旋翼铰链力矩、旋翼转速及方位角等测量方案。但对于整个高速共轴式直升机研制来说还有许多工作要做。


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