45共轴刚性双旋翼铰链力矩计算研究-贾金亮(7)

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1、第二十八届（2012）全国直升机年会论文共轴刚性双旋翼钱链力矩计算研究贾金亮L2朱清华1（1•南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，江苏南京，210016；2.61255部队，山西侯马，043000）摘要：为研究共轴刚性双旋翼的操纵特性,本文建立刚性旋翼饺链力矩计算模型，对上/下旋翼间的气动干扰进行简化，着垂计算了最大平飞速度状态下随方位角变化的饺链力矩，为共轴刚性双旋翼饺链力矩的研究提供参考和借鉴。关键词：共轴刚性双旋巽；气动干扰；钱链力矩引言旋翼桨叶饺链力矩是指作川在桨叶上的各种载荷对桨叶变距轴线所构成的力矩，具与來自驾驶员（或助力器）的操纵力相平衡。它对桨叶变距摇臂产生

2、弯矩，并通过变距摇臂，对口动倾斜器上的变距拉杆产牛轴向力。此轴向力直接作川于自动倾斜器，进而通过与其相连的部件传递到整个机身和相应的操纵机构，因此该力矩的性质特征将会影响到整个直升机的某些特征⑴。由于直升机前飞时旋翼气动环境不对称阳口随方位角发生周期变化，因而作用在桨叶上的气动载荷亦有周期交变，进而形成的餃链力矩随之发牛周期变化。过大的交变较链力矩会引起驾驶杆抖动并造成直升机非常规振动，严重时町导致直升机失控。所以，饺链力矩不仅直接影响直升机的振动水平、噪声，而且对肓升机的关键部件之一（变距拉杆）的强度设计，以及改善肓升机的操纵环境和飞行安全等，具有重要意义。本文综合运川叶索理论和

3、滑流理论，建立了共轴刚性双旋翼钱链力矩计算模型和气动干扰模型并进行编程计算，提出了一种计算共轴刚性双旋翼钱链力矩的方法，为共轴刚性双旋翼钱链力矩的研究捉供一些借鉴。1相关假设所谓刚性旋翼，即采用刚性桨叶，且桨叶与桨毂为刚性连接，挥舞和摆振固有频率人于1Q的旋翼。刚性旋翼与传统旋翼相比，具有更大的刚度使其能够承受更人的力矩而在桨尖却不产牛过大的变形。共轴刚性双旋嵬由两个共轴反转的刚性旋嵬组成，旋翼桨叶与桨毂为刚性连接，只允许桨叶有变距方向的口由度。本文计算中只考虑桨叶一阶变距运动（①=叫-①xcos©-①zSin©）,不考虑轴向较内摩擦力矩的影响，算例桨叶的刚心线同变距轴线、剖而焦心

4、、刚心、质心分离。2计算模型的建立由于共轴刚性双旋翼直升机上/下旋翼转向相反，故计算饺链力矩时可以先考虑其中一副旋翼，然后再根据转向改变其参数即可计算另外一副旋翼的饺链力矩。本文拟先计算上旋翼饺链力矩，下旋翼的饺链力矩可在上旋翼计算模型的基础上进行适当的调整。这里规定使桨叶抬头的饺链力矩为正，低头为负。上旋翼的较链力矩主要山以下儿个方而组成叫2.1桨叶剖面气动力矩该项由升力产生的力矩和零升力矩组成。、rdM.竺1其中•dr"A*/1—2————fit—-1=TP（eR『的+“Sin0）2+（x-一xJbR—dr2dr式中乙为桨叶相对弦长（b=b/Rq（）为翼型力矩系数常值部分，玄

5、为变距轴线到前缘—dt无量纲距离，七为翼剖而焦点到前缘无量纲距离，亦为单位展长气动升力。2.2桨叶剖面气动阻尼力矩M2=——I其中rdr1—3_•M2=—p（a）R）R'bC2+psgi//）02式中0为变距角，C”为剖面气动阻尼系数。2.3螺旋桨力矩（由离心力弦向分量引起）由于旋翼桨叶质量并不是集屮在i条线上，对于桨叶剖面上不同位置的质虽:微元，当旋翼旋转它们各自所受的离心力的方向是不同的，这样就会产生一个力矩。如图1和图2所示，这个力矩有使桨叶安装角减小的趋势，因此称Z为离心力冋复力矩。选収桨叶上d厂微段为分离体，对于其上的质量微元加受到的离心力为co2y/r2+y2dm,离心

6、力弦向分量为dm=coydma)2J厂$+贵sin0dm=co1y]r2+y2当变距角0为正吋，弦向分量对变距轴线产生的力矩为-yzco2dm,沿整个剖面A积分，得桨叶微段的螺旋桨力矩为fyzdmo在小变距角0情况下，如果用剖面主轴系OUW代替oyz,螺JA旋桨力矩中的积分在数值上能写成一”[yzdm=一】（人一人,）sin20«-人.）0⑷JA2式中Iv为相对于剖面主轴V的质量惯性矩，Iw为相对于剖面主轴W的质量惯性矩。在小翼型厚度下，（人—y,%为剖面绕变距轴线的质量惯性矩。这样，螺旋桨力矩为M3=-co2£yzdm=一/严钿2.4变距惯性力矩式中豊±=一加（门瞪7drmk；为

7、剖面对变距轴线的质最惯性炬。由于本文采用的刚性旋翼没有调整片且轴向饺内摩擦力矩较小，所以不考虑调整片产牛的气动力矩和轴向饺内摩擦力矩。另外由于旋翼没有挥舞运动和摆振运动，故亦不考虑由挥舞运动产生的惯性力矩和重力引起的力矩及旋转面内的力引起的力矩。这样上旋翼总钱链力矩的表达式为：M丁［：=M

8、+Mr++M4（7）3气动干扰模型的建立共轴双旋翼的各副旋翼的气动特性与单旋翼的气动特性相同，但是共轴双旋翼Z间存在气动干扰使得上/下两副旋翼在同一流场中的相对气流并不相同。下面简