一种新型桨尖驱动旋翼操控特性研究

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本文主要研究一种通过桨尖处安装的驱动螺旋桨带动旋翼旋转并实现对旋翼直接操纵的新构型旋翼。与常规的轴驱动直升机相比,旋翼产生的反扭矩被螺旋桨作用于旋翼上的驱动力矩所抵消。因此,不需要采取任何措施来平衡扭矩,消除了沉重的齿轮传动系统与反扭矩系统,有效地减小了系统的复杂性,从而简化直升机的整体结构,使机身结构更加紧凑。针对该新构型桨尖驱动旋翼,本文首先建立其旋翼模型。主要包括基于牛顿法建立的桨叶刚性挥舞/变距耦合动力学模型、螺旋桨惯性载荷模型和使用Pitt-Peters的动态入流理论、叶素理论的旋翼和螺旋桨气动载荷模型。为了得到螺旋桨转速操纵和旋翼拉力、侧倒角和后倒角之间的具体函数形式,在建好的旋翼模型基础上,采用“小扰动”假设建立挥舞/变距不耦合的动力学方程和转速动力学方程,利用谐波平衡法求出三个线化动力学方程的解析解,分析在不同的螺旋桨转速的操纵下旋翼的响应规律,提出该构型旋翼的操纵策略,得到螺旋桨转速操纵和旋翼拉力、后倒角和侧倒角之间的操纵导数。然后通过构建Matlab/Simulink非线性仿真模型对其进行操纵响应和操纵功效分析,与之前的解析结果进行对比,验证线化模型和操纵策略的正确性。最后,通过对挥舞/变距耦合动力学稳定性进行分析,表明该构型桨尖驱动旋翼比较稳定不容易发生颤振。
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