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1、2014年9月北京航空航天大学学报September2014第40卷第9期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01.40No.9直升机-吊挂耦合系统平衡特性和稳定性分析曹龙曹义华李春华(北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100191)(中航工业中国直升机设计研究所,景德镇333001)摘要:基于单质点吊挂假设,建立了直升机.吊挂耦合系统的非线性动力学模型.在该假设下,吊挂将引入额外的自由度和约束,使运动方程增加4阶,且为隐式的微分
2、代数方程组.通过将惯性力中的广义加速度项与广义速度的二次项分离,可将运动方程转化为显式的微分方程组.针对无吊挂的直升机本体和直升机一吊挂耦合系统这两种模型,采用直接数值方法,计算了它们以不同速度做零侧滑定直平飞的配平状态,并结合飞行试验数据进行对比.进一步对两种模型进行了小扰动线化处理,分析其运动模态并进行对比.结果表明,单质点吊挂会给系统引入两个新的运动模态,使得吊挂两个自由度上的运动与直升机高度响应产生耦合,同时改变直升机本体各个模态的特性,会使部分模态响应品质变坏.关键词:直升机;吊挂载荷;耦合;配平;
3、稳定性;模态中图分类号:V211.3文献标识码:A文章编号:1001-5965(2014)09.1219-06Equilibriumcharacteristicsandstabilityanalysisofhelicopter--slung·-loadcouplingsystemCaoLongCaoYihua(SchoolofAeronauticScienceandEngineering,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100191,C
4、hina)LiChunhua(AVICChinaHelicopterResearchandDevelopmentInstitute,Jingdezhen333001,China)Abstract:Anonlineardynamicalmodelofthehelicopter—slung—loadcouplingsystemwaspresented,basedonsinglemass—pointhypothesis.Underthishypothesis,theconsiderationoftheslung-l
5、oadbroughtinextradegreesoffreedomandconstraints,whichmadetheequationsofmotionincreasedby4orders,andbeingasetofimplicitdifferentialalgebraicequations.Bydistinguishingthegeneralizedaccelerationtermsfromthequadraticgeneralizedspeedtermsintheinertiaforces,theeq
6、uationsofmotioncanbeturnedintoasetofex-plicitordinarydifferentialequations.Forthehelicoptermodelandthehelicopter—slung-loadmodel,trimstatesforzero-side-slippingforwardflightwerefirstcomputed,usingdirectnumericalapproach,andtheresultswerecomparedwithflightte
7、stdata.Then,bothofthetwomodelswerelinearizedundersmall-perturbedconditions,andmodaldecompositionwasperformedontheselinearizedmodels.Resultsshowthat2newdynamicalmodeswouldbeintroducedbythesingle-mass-pointslung-load.Motionsoftheslung-load’S2degreesoffreedomw
8、ouldbecoupledwiththehelicopter’Saltituderesponse,andmodifythecharacteristicsofhelicopter’Sinher-encemodes,makesomeofthemworse.Keywords:helicopter;slung—load;coupling;trim;stability;mode吊挂载荷飞行是直升机相比于其他种
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