带磁流变阻尼器的直升机地面共振力学模型探讨

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1、带磁流变阻尼器的直升机地面共振力学模型探讨术StudyonMagneto—RheologicalMechanicalModeloftheHelicopterGroundResonance中国民航大学祝世兴何涛[摘要】对采用磁流变阻尼器作为桨叶减摆器阻尼元件的直升机“地面共振”力学模型进行了探讨。基于磁流变阻尼力计算模型建立了直升机“地面共振”空间模型运动方程。通过仿真计算，证明了所建力学模型与计算方法的合理性与有效性。关键词：磁流变直升机地面共振力学模型IABSTRACTlAhelicopter“groundresonanc

2、e”spacemodelwithmagneto．-rheologicalasbladeisdis．．cussed，andtheequationsofmotionbasedonthecalcula-tionofmagneto·rheologicaldampingforcemodelisbuilt．Throughthesimulation，therationalityandeffectivenessofthemechanicalmodelandthemethodofcalculatingareproved．Keywords：Ma

3、gneto-rheologicalHelicopterGroundresonanceMechanicalmodel国内外学者已经对如何应用磁流变阻尼器抑制直升机“地面共振”进行了研究【l吲。要通过阻尼器抑制直升机“地面共振”现象，首先要建立正确的力学模型。目前国内外直升机“地面共振”分析中常使用线性化的阻尼以简化分析过程，在多数情况下使用线性化方法可以准确地计算临界稳定区域。然而，实际的阻尼器都具有非线性，为了获得阻尼器的线性描述，工程上常用的等效方法是能量等效原则。能量等效方法通过计算阻尼器在一个振动周期内做的功来获得等效

4、线性阻尼，这种做法在非线性较弱时是可行的，当非线性较强时则需慎重对待。而磁流变阻尼器的阻尼力呈现出很强的非线性，因此，本课题用磁流变阻尼力计算模型代替能量等效线性阻尼进行计算，建立直升机“地面共振”的力学模型。1阻尼力计算模型本课题采用多环槽式磁流变阻尼器H1作为桨叶减摆器，其构造原理如图l所示。多环槽式磁流变阻尼器的阻尼力模型川为·国家自然科学基金(60572163)资助项目。92航空制造技术·2010年第7期矩形间隙阻尼通道图1多环槽式阻尼器原理Fig．1Principleofmulti-ringgroovesdampe

5、rL=(警+竽)V+(孕⋯卜吣)'(-)式中，A。为活塞受到压力的有效面积；矿为活塞与缸体的相对流速；D为活塞的直径；，为活塞的长度；h为工作间隙；rl是流体的动力粘度；．r，为屈服应力。其中r，和叩都与控制电流强度门亨关，其他参数为已知。设变量a和6，令口=(訾+竿)舻(竿+叫勺舻I面+]■J≯2IT州删Jfy代入(1)式得F。=口’，+6sgnc’，，={ii，三兰i三兰，c2，在实际应用中，可以通过试验拟合出式中的口和b。当，选定时，a和b为常数。2直升机“地面共振"力学模型图2为采用磁流变阻尼器作为减摆器的“地面共振

6、”的直升机机体／旋翼耦合系统模型。图2中，XOZ是地面坐标，X’O'Z’是桨毂不转坐标，坐标轴O'X’和O'Z’分别与OX和OZ平行。作以下假设：RESEARCH学术论文’／＼＼。夕．．以一?÷少攀FA<＼<、k^厂^～L]■E一0’沁‘。：}：毛孔巳2-XD一以X圈2直升机机体／旋翼耦合系统模型Fig．2Couplingsystemmodelofhelicopterbody／rotorwing(1)桨叶刚性，不考虑桨叶的挥舞、扭转和气动力，旋翼以不变角速度∞旋转；(2)将机体看作刚体；(3)初始平衡状态机体重心与桨毂中心重

7、合，只考虑机体在。Hz平面内的平动自由度；(4)起落架在x和Z轴方向上的弹性系数和阻尼系数分别为七。、c。和★。、Cz；桨叶垂直铰的等效线性刚度为“；第k片桨叶的减摆器阻尼力为E，；第k片桨叶的方位角和摆振角分别用砂。和矗表示，逆时针方向为正；摆振角f。很小；h表示减摆器到桨叶之间的距离；月表示减摆器的长度。该模型与直升机“地面共振”的典型二维机体／旋翼耦合系统模型相比有2点不同：(1)在建立桨叶摆振方程时，要利用桨叶和减摆器对摆振铰的力矩平衡。由减摆器提供的力矩与它和桨跟之间的距离有直接关系，该模型计入减摆器与桨叶之间的距

8、离h和减摆器的长度R，能提高计算约束力力矩的精确度。(2)在实际应用中，常通过试验拟合出式(2)中的参数a和b，使用阻尼力进行计算比使用阻尼系数更为方便，所以该模型以减摆器的阻尼力E，代替其阻尼系数作为计算参数。3桨叶摆振方程第七片桨叶的方位角仇=uf+等，其中七=l，2，⋯，n，1"1表