直升机复合材料桨叶参数化设计与调频优化方法

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1、中图分类号：V214.1;V214.8论文编号：102870115-S260学科分类号：082501硕士学位论文直升机复合材料桨叶参数化设计与调频优化方法研究生姓名罗宇学科、专业飞行器设计研究方向直升机动力学指导教师刘勇讲师南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年一月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAeronauticsandAstronauticsResearchonParame

2、tricModelingofCompositeBladeandDesignOptimizationtoRotorDynamicsAThesisinFlightVehicleDesignByLuoYuAdvisedbyLiuYongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2015II南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的

3、研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：III直升机复合材料桨叶参数化设计与调频优化方法摘要调频设计是直升机旋翼动力学设计的基础内容，良好的调频设计往往是动力学减振设计及稳定性

4、设计的必要条件。传统的调频设计依赖设计者的经验，是“人在回路”的反复修改与迭代过程，费时费力，多数情况下只能得到可行解，综合运用基于参数化模型的优化技术可极大地提高旋翼调频设计的质量和效率。本文重点研究了复合材料旋翼桨叶参数化建模方法以及基于参数化模型的动力学调频优化方法，完成了如下工作：（1）本文详细讨论了典型复合材料旋翼桨叶的结构特征，提出了一种有效的参数化描述与建模方法，建立了典型复合材料桨叶剖面的有限元网格自动剖分方法，并编写了直升机复合材料桨叶的参数化建模程序，实现了对多种形式的桨叶剖面

5、进行参数化建模的功能。以旋翼机金属桨叶、球柔性工程模型旋翼桨叶、“海豚”直升机复合材料桨叶等为例，进行了参数化方法的计算分析，验证了方法的正确性。（2）基于Hodges的中等变形旋转梁理论，本文利用5节点15自由度梁单元，建立了非线性旋翼动力学分析的有限元模型；针对无轴承旋翼的多路传力构型，发展了一种位移协调的动力学边界约束关系模型，实现了对无轴承旋翼构型动力学特性的准确分析。以球柔性模型桨叶、多路传力无轴承旋翼桨叶及铰接式SA349/2直升机复合材料桨叶等为算例进行了分析对比，验证了本文非线性结

6、构动力学模型的正确性。（3）在调频设计方面，本文提出了“直接优化”与“分级优化”两种优化策略，编写了基于多种群遗传算法的桨叶调频优化程序，实现了真实工程模型桨叶的调频设计，优化方案合理可行，证明了两种调频优化策略的有效性。关键词：直升机，复合材料桨叶，参数化建模，遗传算法，调频优化IV南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTFrequencymodulationdesign,whichisthenecessaryconditionsofthedynamicdesignofvibrationre

7、ductionandstability,isthebasiccomponentsofthehelicopterrotordynamicdesign.Traditionalfrequencymodulationdesignisatypicaliterativemodificationprocessofman-in-the-loop.Thedesignprocessoftenreliesonthedistilledexperienceofexpertdesigners,andonlygetsthefe

8、asiblesolution.Hence,bybasingontheparameterizedmodels,usingtheoptimizationtechnology,wecangreatlyimprovethequalityandefficiencyofrotorfrequencymodulationdesign.ThisarticlefocusesontheparametermodelingmethodandFM(frequencymodulation)optimizatio