旋翼系统模态阻尼数值计算方法

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1、第43卷第3期2011年6月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics＆AstronauticsV01．43No．3Jun．2011旋翼系统模态阻尼数值计算方法王华明1王安武1何瑞恒1王浩文2(1．南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，南京，210016；2．清华大学航天航空学院，北京，100084)摘要：首先基于Hamilton原理建立旋翼系统动力学模型，计算旋翼的振频和振型，然后对稳定悬停状态下的桨叶进行某阶模态的激励，并在旋翼重新达到稳定状态后停止激励，藏取旋翼

2、系统自由振动信号，用移动矩形窗法计算旋翼系统的模态阻尼。这种计算系统模态阻尼的数值方法能够对旋翼系统在不同工况下的各阶模态阻尼进行仿真，而且在仿真过程中可以根据桨叶振型将激励按相同相位施加于各自由度上，使桨叶只按该阶振型振动。使用该方法可以突破旋翼动力学试验中激振位置、激振频率与相位的限制，获得旋翼系统更全面的动力学特性。关键词：数值模拟；移动矩形窗法；模态阻尼中图分类号：V212．4文献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)03—0308—04NumericalMethodforComputingModalDamp

3、ingofRotorSystemWangHuamin91，WangAnwul，HeRuihen91，WangHaowen2(1．ScienceandTechnologyonRotorcraftAeromechanicsLaboratory，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China；2．SchoolofAerospace，TsinghuaUniversity，Beijing，100084，China)Abstract：Adynamicsmode

4、loftherotorsystembasedonHamiltonprincipleisestablishedtocomputevibrationfrequencyandmodes．Theexcitationatthefrequencyofacertainmodeisappliedtobladeswiththerotorinastablehoverstate，andwithdrawedwhentherotorarrivesatanewstablestate．Theresponseofthebladeinthefreedecaypr

5、ogressisrecorded．Modaldampingiscalculatedbyusingthemoving—blockmethod．Thismethodcancomputeanymodaldampingoftherotorsystemunderdifferentworkingconditions．Moreover，excitationcanbeappliedtoeachdegreeoffreedomofthebladeaccord—ingtothemodewiththesamephase，SOthatthebladevi

6、bratesaccordingtothismode．Themethodbreaksthroughthelimitationofexcitationlocation，frequencyandphaseintherotordynamicstesttoobtaincomprehensivedynamiccharacteristicsofrotorsystems．Keywords：numericalsimulation；moving—blockmethod；modaldamping系统阻尼是影响系统稳定性的重要因素，直升机的稳定性问题往

7、往与旋翼系统的低阶模态有关，准确计算旋翼系统的模态阻尼，特别是低阶模态的阻尼，对直升机稳定性分析具有重要意义。对于线性系统，采用模态减缩的方法可以有效地求解系统模态阻尼。旋翼系统是非线性系统，而且目前非线性减摆器在直升机上广泛应用，导致采用模态减缩的方法求解模态阻尼会造成比较大的误差。直升机旋翼模态阻尼可以通过相关的旋翼动稳定性试验数据得到，常用的阻尼识别方法是移动矩形窗法。Tasker和Chopra[1]以旋翼试验数据处理中存在的问题为背景，讨论了移动矩形窗分析方法的特点；Smith和Wereley[2]根据阻尼产生的机理和类

8、型，提出了采用基于傅里叶级数的移动矩形窗方法识别非线性阻尼，并做了误差分析。周智勇和王华明Es]用移动矩形窗方法分析了模型旋翼动收稿日期：2010—11．16；修订日期：2011-03—22通讯作者：王华明，男，教授，E—mail：hm—wang@nuaa．ed