带后缘小翼的智能旋翼振动载荷抑制研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:xiazibin
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旋翼复杂的工作环境导致直升机面临严重的振动问题,带后缘小翼的智能旋翼通过控制安装在桨叶外侧后缘处的小翼发生偏转,改变旋翼的气动力分布和桨叶的响应,实现振动载荷控制的目的,是一种有效的直升机振动主动控制方法。开展带后缘小翼的旋翼气动弹性动力学建模研究,建立了高精度的带后缘小翼的旋翼系统结构动力学模型与空气动力学模型,对模型的准确性进行充分验证,并结合优化方法研究后缘小翼对旋翼振动载荷的抑制效果。首先,开展了带后缘小翼的旋翼动力学建模研究,通过计算桨叶固有频率及瞬态响应,对动力学模型的精度进行验证。建立了一套可以描述旋翼桨叶和后缘小翼复杂运动的坐标体系,考虑桨叶的刚体运动与弹性变形,推导后缘小翼和桨叶的动能;基于Green应变,精确描述桨叶弹性变形和应变间的非线性关系,给出桨叶应变能的表达式;推导气动力等载荷对旋翼系统的做功表达式;根据Hamilton原理建立带后缘小翼的旋翼动力学方程。为准确计算旋翼气动载荷,从旋翼流场计算和非定常气动力计算两方面建立了针对带后缘小翼的旋翼空气动力学模型。流场计算方面,模型基于点涡离散的方法计算稳态飞行状态的旋翼尾迹,由Biot-Savert定理计算涡量场在旋翼桨盘处的诱导速度。翼型气动力计算方面,针对后缘小翼偏转后的翼型实际形状划分结构网格,使用计算流体力学方法求解翼型周围流场得到翼型气动力。以径向基函数建立了计算流体力学方法的代理模型,可在保证带小翼翼型气动力计算精度的前提下,显著节约气弹迭代计算的时间成本。集成旋翼动力学模型与空气动力学模型,进行带后缘小翼的旋翼气动弹性问题研究。建立了气动弹性分析、旋翼振动载荷计算的流程和方法,并研究后缘小翼对旋翼气弹响应的影响。在后缘小翼旋翼气动弹性模型的基础上建立不等式约束优化研究方法,使用变尺度迭代优化算法进行求解,研究后缘小翼对旋翼振动载荷的影响效果,预估后缘小翼的最佳偏转规律。研究小翼偏转能力不足时的载荷抑制效果,讨论桨叶扭转和小翼减振间的关系,分析后缘小翼设计参数对旋翼系统的影响。最后,进行带后缘小翼的桨叶模态试验,研究小翼驱动机构安装前后桨叶固有模态的变化。设计并开展风洞试验,研究驱动信号的幅值、频率、风速等参数对后缘小翼驱动机构性能的影响,基于扫相试验证实后缘小翼对桨叶结构振动载荷的抑制能力。
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