微型旋翼直升机非对称变距系统的力学分析

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1、科技论坛:www.tech-domain.com维普资讯科技论坛http://www.cqvip.com微型旋翼直升机非对称变距系统的力学分析郝山波，谢少荣，谢璞，罗均(上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)MechanicalAnalysisintheAsymmetricalPitchSystemofMAVHAOShan—bo，XIEShao—rong，XIEPu，LUOJan(CollegeofMechatroniesEngineeringandAutomation，ShanghaiUniversit

2、y，Shanghai200072，China)摘要：通过应用有限元的方法对非对称变距操简单，操作方便。纵机构的弹性连杆进行力学分析，并利用ANSYS1微型旋翼直升机操纵机构软件进行了变形仿真，得出弹性连杆的载荷和变形的关系，最后与材料力学的计算结果作了比较。该操纵机构的原理如图1所示，旋翼有2片主主桨叶主桨叶关键词：微型旋翼直升机；弹性连杆；有限元法；ANSYS中图分类号：THI13文献标识码：A文章编号：1001—2257(2007)O6—0023—03Abstract：Inertiaactionofforcea

3、ndthemateri—alelasticperformanceisusedtoconductmodelinganalysis．Weanalysistheelasticconnectingrodu—singthefiniteelementmethodandsimulatethe图1非对称变距操纵机构原理distortionusingANSYS，wealsocomparethere—桨叶，采用无铰式连接，旋翼套接在螺旋桨轴的上sultofthefiniteanalysistotheresultofmaterial部，

4、旋翼可以绕旋翼桨叶轴线方向作小角度转动。mechanics．弹性连接杆和桨叶的连接可视为刚性相连，当电机Keywords：MAV；elasticconnectingrod；finite突然加速转动时，通过传动系统和螺旋桨轴，使弹性elementmethod；ANSYS连杆的下端弯矩增大，而和弹性连接杆上端相连的螺旋桨，会在惯性力的作用下抵抗弹性连杆下端增www.tech-domain.com大的弯矩，从而会使弹性连杆产生变形，此变形带动0引言旋翼绕桨叶轴线方向转动而改变安装角，达到变距的目的z-。在这种操纵机构中，

5、弹性连杆只和单边微型飞行器具有体积小、重量轻、隐蔽性好、机桨叶通过刚性相连，桨距角会从连接端的最大值递动灵活等特点，可广泛用于军事方面和民用方面L1j，减到非连接端的最小值，呈现螺旋桨叶变距的非对目前国内外对微型固定翼直升机的研究较多，而对称性，以此来达到控制微型旋翼直升机的目的。微型旋翼直升机的研究较少，其原因是传统的旋翼在非对称变距操纵机构中，弹性连杆是至关重直升机的操纵机构复杂，而微型旋翼直升机的载重要的部件，它的性能好坏直接影响着微型旋翼直升量很小，有时甚至以克计算，为了减小微型旋翼直升机是否能够进行正常操

6、作、是否能够正常飞行。因机的重量，仅对传统旋翼操纵机构进行简化和简单此就要研究弹性连杆的载荷与变形及应力的关系。的缩小是很难完全达到设计目标的。因此提出了一在图1所示的操纵机构中弹性连杆的长×宽×高在种新型的微型旋翼直升机的操纵机构，该机构结构同一个数量级，此时按材料力学的悬臂梁理论求得收稿日期：2007一O1—10的结果可能不够精确，因此用弹性力学的有限元法基金项目：国家自然科学基金资助项目(50405046)；上海市优秀青年教师培养计划项目(O4YOHB094)求解，并将求得的结果与材料力学的结果作比较。《机械

7、与电子12007(6)·23·科技论坛:www.tech-domain.com维普资讯科技论坛http://www.cqvip.comq一N×q(4)2弹性连杆的力学分析得到该单元的形状函数矩阵后，就可以按照有有限元法是一种近似求解的数值分析方法，它限元分析的标准过程推导相应的几何矩阵、刚度、节用假想的线或面把连续体分割成许多小单元。假想点等效载荷矩阵以及刚度方程。各个单元之间仅以结点连续，以结点位移为基本未2．3单元应变场的表达知量，建立各种方程，并求解出这些方程的各种待求由弹性力学空间问题的几何方程有：的物理量

8、[3]。e(x，Y，)一[a]×q一×q(5)在非对称变距操纵机构中的弹性连杆是一个矩其中几何函数矩阵为：形三维固体。可把弹性连杆离散成许多个具有8个B一[a]一[B1B2B3B4B5B6B7B8](6)节点6个面的六面体单元。每个节点有3个方向的在获得几何函数矩阵以后，由刚度矩阵的计位移，单元的节点及节点位移如图2所示。算式，可计算单元的刚度矩阵为：一』D