66直升机飞行载荷应用探讨-顾文标(7)

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1、第二十八届(2012)全国直升机年会论文直升机飞行载荷应用探讨顾文标喻溅鉴潘春蛟邹静(中国直升机设计研究所,景德镇,333001)摘要：直升机载荷在结构设计和验证中起着关键性的作丿决90年代以来，直升机的飞行载荷测量技术得到了飞速发展，使全面获得各型号的飞行载荷成为了可能。本文基于飞行载荷实测数据，从飞行载荷与旋翼构型的关系、影响飞行载荷的因素、状态载荷的分布规律，以及飞行载荷与故障的和关性等儿方而对如何拓展E行载荷的应用范围进行了初步探讨，为充分发挥飞行载荷历史数据在新机研制的设计、试验和试飞验证中的作用捉供思路。

2、关键词：直升机；设计载荷；飞行载荷1前言载荷是直升机进行结构设计和寿命验证的关键性数据。新机研制初期，-•般采川工程软件如CAMRD11计算结构的设计载荷，川于结构尺寸的定义和寿命的设计工作。rfl于在建立载荷计算理论模型的过程屮，很难系统、全面地模拟诸多因索对直升机载荷的影响，如何捉高计算载荷的准确性,特别是旋翼系统的载荷一直是个具有挑战性的难题。目前结构设计的完善、验证及其寿命评定的主要依据仍然是飞行载荷，一口新机进入试飞阶段后，需耍立即开展飞行载荷测量以获取全机的准确载荷。2飞行载荷的现状我国的直升机飞行载荷测

3、量从90年代起步，到冃前为止已完成多个型号的测虽，积累了大虽的载荷数据，而H•随着型号研制任务的不断增氏，还将进行越来越多的载荷测虽工作。完成载荷测虽的型号已经形成了较为完善的体系。从构型上看，涉及到传统的饺接式、先进的球柔性，以及星形柔性、跷跷板式、涵道式、无饺式等目前世界上常见的主、尾旋翼系统；起飞重量从2吨、4吨、6吨到13吨，基本涵盖了不同吨位的直升机；在使用功能上，则包含民用运输，陆海空军用以及多用途等，覆盖了直升机儿乎所冇的使用范畴。但是到目前为止，测量的飞行载荷主要用于本型号载荷谱的编制和寿命的评定。如

4、此全面的试飞信息和载荷数据，作为直升机界的一笔巨大财富，在后期新型号的研制屮没有得到充分、有效的利用是十分可惜的。飞行载荷至少在以下三个方面可以指导新型号的研制：结构设计初期，参照历史类似构型的飞行载荷⑴，校核和完善载荷计算模型。如果在研制初期,能够获得较为精确的设计载荷，大大降低对飞行载荷的依赖程度，那么减少设计迭代的次数、缩範研制周期、实现研制成本的冇效控制将成为可能；进入试飞阶段，根据历史数据信息合理优化试飞科目，以最小的代价获取满足强度分析、验证所需的各项数据；结构隐藏的设计问题使得试飞具冇一定的风险性，通过

5、学握结构载荷与常见火效模式间的响应关系，在试飞的过程中，可以降低结构失效风险的发牛。本文结合试飞数据从儿个方血对如何拓展飞行载荷在直升机研制中应用的范围进行了初步探讨，为充分发挥其在型号研制中的作用提供思路。3飞行载荷几个方面应用的探讨3.1载荷与旋翼构型的内在关系旋翼系统是直升机的主要载荷来源，虽然旋翼在构型上冇多种选择，如球柔性、无饺式、星形柔性等，但桨叶和桨毂是组成系统的最基木部件。桨毂女装在旋翼轴的顶端，旋翼轴由传动系统驱动带动旋翼的旋转，而桨叶则通过变距摇臂与拉杆、自动倾斜器等操纵系统连接，实现桨叶气动迎角

6、的变化。无论什么构型，其功能和忖的是一致的。但是旋翼构型的差异，往往决定了传力链上各部件载荷的形式、分布及传递方式的差异。根据典型旋翼构型的布局特点，建立各部件尺寸参数与设计重量的关系，通过统计分析各个构型屮部件及部件载荷Z间的关系，找出主要的载荷传力路线以及载荷沿传力路线的分布特点，可以获得载荷与旋翼构型的内在关系。直升机特定的主要载荷传递路线冇：桨叶扭矩一变距拉杆轴力、动环支臂载荷一扭力臂剪力一防扭臂剪力一不动环支臂载荷、助力器轴力；桨叶挥舞一桨毂挥舞一旋翼轴旋转弯矩；桨叶摆振一阻尼器载荷等。在建立主传力路线后，

7、进一步分析各部件载荷Z间的关联性，包括载荷幅值相关性、相位相关性、频率成分相关性等。载荷测量试飞中，在旋翼系统的关键部件上布置冇很多载荷/应力/应变测虽点，如桨叶上各个关键剖面的挥舞弯短、摆振弯矩应变片，同样在操纵系统、传动系统上也冇相似的布置。通过对相关测点载荷数据的分析和对比，即可获得诸如载荷沿桨叶展向的分布（见图1）、桨叶挥舞、摆振弯矩的变化相关性（见图2）和相位关系、传力链上部件载荷囚的传递方式等；而通过对载荷的频域分析,可以学握结构工作载荷的频率特性等；结合结构的布局特点和尺寸，达到较准确描述旋翼系统的构型

8、对部件载荷的影响。这些数据为类似旋翼构型的新机在研制初期完善载荷计算模型提供重要的借鉴意义，为中央件这类复杂受力结构的疲劳试验确定准确的试验载荷提供帮助，同时也为旋翼构型布局的合理选取提供依据。图1载荷沿桨叶展向的分布图2载荷挥舞、摆振弯矩相关性3.2飞行载荷的影响因素影响结构载荷的因素众多,诸如总升机重量、重心、高度、速度、温度、E行状态等。