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对传统直升机旋翼操纵机构进行简化和微型化并不能满足实现微型直升机各种飞行模态的要求。因此,设计适合于微型直升机的新型旋翼操纵机构、分析并验证这种旋翼操纵机构的运动特性及其对微型直升机旋翼动力特性的影响,具有重要的理论意义和明确的应用前景。
论文提出了一种新型旋翼操纵机构,它利用旋翼惯性力的作用和旋翼操纵机构构件的弹性性能达到对旋翼操纵的目的。该机构对电机输出功率的变化反应灵敏,能够满足控制微型直升机各种飞行模态的需要。
论文针对在旋翼操纵机构运动特性条件下的旋翼动力特性进行了理论分析,主要内容包括:(1)针对微型直升机旋翼操纵机构运动的特殊性,分析了微型直升机桨叶短时间加速和减速过程中的摆振弯曲变形情况以及旋翼转速、旋翼中心刚体半径对桨叶摆振弯曲变形的影响,同时也分析了桨叶摆振弯曲振动的频率和模态随旋翼转速变化的规律。(2)应用柔性多体动力学的方法建立了旋翼操纵机构弹性连杆-桨叶耦合动力学模型,分析了在弹性连杆驱动下的旋翼运动特性、旋翼桨叶摆振弯曲振动的变化以及弹性连杆的动力学特性。(3)建立了微型直升机桨叶在旋翼变速运动情况下的挥舞-摆振-扭转耦合动力学模型,分析了旋翼变速运动对桨叶挥舞、摆振、扭转三个方向振动的影响。研究成果丰富了旋翼动力特性模型的内容,促进了该模型在微型直升机旋翼动力特性分析中的应用。
论文的另一个重点是微型直升机旋翼操纵机构仿真和旋翼动力特性实验研究与相关实验装置的研制,主要内容包括:(1)建立了离散桨叶和柔性体桨叶模型进行桨叶摆振运动的仿真分析,并采用离散桨叶模型和离散弹性连杆模型对旋翼操纵机构运动进行了仿真分析。研究表明,离散模型的分析结果更为精确。(2)建立了微型直升机旋翼桨叶挥舞振动实验系统,研制了微型直升机旋翼操纵机构实验台和旋翼转速控制单元,提出了微型直升机旋翼桨叶挥舞振动的非接触式测量方法。微型直升机的旋翼操纵机构设计与动力学分析是一个新的研究领域,仿真和实验装置的研制为该领域的深入发展提供了理论依据,为进一步研究微型直升机旋翼操纵机构特性提供了新的方法。