基于桨叶模态修型的直升机减振优化

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1、基于桨叶模态修型的直升机减振优化——王红州刘勇张呈林基于桨叶模态修型的直升机减振优化王红州刘勇张呈林南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家重点实验室，南京，210016摘要：基于Hamilton原理推导了模态修型减振优化的有限元动力学模型，通过修改桨叶的剖面刚度和线密度来改变结构的动力学模态。以最小振动载荷为目标函数，以桨叶剖面刚度及质量为设计变量，以桨叶的频率、自转惯量、质量及模态修型参数等为约束条件，进行了减振优化。算例表明：在约束条件都满足的情况下，优化后，3／转的桨根剪力减小了55．4，4／转的桨根剪力减

2、小了66．5，5／转的桨根剪力减小了53．4，优化效果明显。关键词：气弹动力学模型；模态修型；减振优化；有限元模型中图分类号：V211．47；V214．1文章编号：1004-132X(201O)l0—1157一()5HelicopterRotorVibrationReductionOptimizationbyModalShapingofBladesWangHongzhouLiuYongZhangChenglinNationa1KeyIaboratoryofRotorcraftAeromechanics，Nanj

3、ingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing，210016Abstract：TheaeroelasticandmodalshapingfiniteelementdynamicsmodelwasderivedfromHamiltontheory．Itcanbeanalyzedthesystematicstructuraldynamicsbychangingthestiffnessandmassofbladesection．Thestiffnessandmass

4、ofbladesectionwereusedasdesignvariables，con—straintsonfrequencyplacement，autorotationalinertia，massandMSPwereincluded，theobjectivefunctionwastominimizethebladevibration．Finally，comparedwiththeoptimizationresultsofthedesignedmodel。theresultshowsthattheoptimum

5、solutionresultswillcause55．4reductionofthe3／revrotorbladerootshears，66．5reductionof4／revrotorbladeshearsand549／6reductionofthe5／revrotorbladeshearundertheconstrainedconditions．Keywords：aeroelasticdynamicsmodel；modalshaping；optimizationforvibrationreduction；f

6、i—niteelPmentmodel0引言修改研究，他们推导了结构参数修改引起动力特目前，国内外已在模态修型及振动系统的动性改变的“正问题”，也研究了使系统的动特性满力学修改方面开展了较多的研究，但通过模态修足预定的要求或避开某个范围而改变结构参数的“反问题”。型来实现直升机减振目的的研究还较少。Tay—本文在直升机旋翼气弹有限元模型基础上推lorll通过模态修型方法进行了直升机桨叶的动导了旋翼桨叶模态修型减振模型，并对旋翼桨叶力学修改研究，指出减小模态修型系数可减小桨进行了单次谐波载荷下的多阶模态的减振优化。

7、叶通过桨毂传到机身的振动载荷，研究结果显示，通过模态修型方法能使传到桨毂的振动载荷减少1模型推导7O，同时，疲劳载荷降低2O～30。Prit—1．1旋翼气弹动力学模型chard等开展了通过修改桨叶分布质量来优化基于Hamilton原理的桨叶及机身运动方减振的研究，使用有限元法建立了动力学模型，提程为出了模态修型的减振方法，并指出此法对于一阶洫一-3T-31,V一。㈩谐波载荷下的一阶模态振动载荷的减振有效，而式中，3U为应变能的改变量；3T为动能的改变量；8w为不适宜处理多阶模态的振动问题。外力功的改变量。国内在

8、动力学修改方面也开展了很多研究。旋翼应变能、动能及外力功引起的变化主要1987年，胡海昌_3提出和推导了使用摄动法及局是由于每片桨叶上应变能、动能及外力功叠加在部修改法对刚度和质量进行修改进而进行动特性一起的缘故，应变能、动能及外力功的变分可写为研究。2000年，傅志方等_4]开展了结构动力学的N66u一8uR+3UF一(∑3Ub)+F(2)收稿日期：2O09一O7一O2·1157·一