动力学参数对倾转旋翼机气弹稳定性的影响

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1、第43卷第1期201i年2月V01．43No．IFeb．201I动力学参数对倾转旋翼机气弹稳定性的影响薛立鹏张呈林(南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，南京，210016)摘要：在建立倾转旋翼机飞机模式和直升机模式下的旋翼／短舱／机翼系统耦合气弹动力学分析模型的基础上，分析了倾转旋翼、机翼动力学参数对倾转旋翼机气弹稳定性的影响，得到了不同动力学参数对前飞时回转颤振速度和悬停时模态阻尼的影响曲线，对于倾转旋翼机动力学设计具有理论指导意义。关键词：倾转旋翼机；动力学；气弹稳定性；回转颤振；

2、模态阻尼中图分类号：V211．47文献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)01—0007—06EffectsofDynamicsParametersonTilt-RotorAeroelasticStabilityXueLipeng，ZhangChenglin(NationalKeyLaboratoryofRotorcraftAeromechanics，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Naniing，210016，China)Abs

3、tract：Arotor／naceUe／wingsystcmoftilt—rotorisatypicalcoupledrigidflexiblebody．Anaeroelas—ticstabilitymodelforthetilt—rotoraircraftonairplanemodeandthehelicoptermodeisusedtostudytheinfluencesofrotorandwingdynamicsparametersonthetilt—rotoraeroelasticstabi

4、lity．Resultsofrotorandwingdynamicsparametereffectsatthewhirlflutterspeedincruiseandmodedampinginhoverareprovided．Thestudyisvaluableforthetilt-rotordynamicsdesign．Keywords：tilt—rotoraircraft；dynamics；aeroelasticstability；whirlflutter；modedamping倾转旋翼机在飞机

5、模式和直升机模式下的动力学行为不同于一般固定翼螺旋桨飞机和直升机，它采用万向铰桨毂，桨叶有挥舞、摆振运动及挥舞／摆振、变距／挥舞和变距／摆振结构耦合，以及变距与万向铰的耦合n]；旋翼系统刚性安装在弹性机翼端部，是典型的刚柔耦合体，旋翼／短舱／机翼耦合气弹不稳定性是由于旋翼气动力的扰动与机翼的弹性变形的激励耦合不稳定造成的，国外对倾转旋翼机旋翼／短舱／机翼耦合系统在前飞[2q】和悬停[5。3时的气弹稳定性问题进行了研究，指出倾转旋翼机的最大前飞速度主要受限于回转颤振[2]，这种气弹不稳定性是由于旋翼的

6、扰动气动力与弹性机翼的弹性变形的激励耦合不稳定造成的；悬停状态下机翼支持刚度对倾转旋翼机气弹不稳定性有重要影响，有关文献Es-a0]提出了机翼刚度的气弹剪裁技术来提高倾转旋翼机的气弹稳定性。本文采用牛顿法和有限元法建立了旋翼和机翼的动力学方程，通过桨毂与短舱／机翼系统之间的共有自由度将动力学方程耦合起来，得到了前飞和悬停状态下倾转旋翼／短舱／机翼耦合系统气弹稳定性分析模型，由于倾转旋翼桨叶具有较大的负扭转，旋翼气动模型采用改进的叶素一动量理论，可以准确高效地计算旋翼气动力；机翼动力学参数考虑了机翼垂

7、向弯曲与扭转耦合，机翼弦向弯曲与扭转的耦合，该耦合参数可以是由机翼结构、机翼掠角或者是机翼剖面质量偏心引起的，因此从动力学参数设计的角度考虑了各种因素引起的的气弹剪裁效应。在建模的基础上，分析了旋翼和机翼动力基金项目：国家重点实验室基金(9140C4004030708)资助项目。收稿日期：2010—02—26；修订日期：2010—07—09通讯作者：张呈林，男，教授，博士生导师，E—mail：zcIntae@nuaa．edu．cn。鸥吡报一晗学觚&学砖吡大一盯天MO蓼吣盯空巾U航略．叫京№“南mH胁

8、8南京航空航天大学学报第43卷学参数对倾转旋翼机气弹稳定性影响规律，得到了一些有意义的结论，可用于指导工程设计。1倾转旋翼机气弹分析模型本文基于刚性桨叶、刚体短舱和弹性机翼的假设在惯性系下建立了倾转旋翼机前飞m3和悬停时的动力学分析模型，旋翼通过短舱刚性连接于弹性机翼端部，见图1坐标系。倾图1前飞及悬停时倾转旋翼和机翼坐标旋翼系统包括桨毂和桨叶共有15个运动自由度q7={z，Y，2，心，口，，a'z，po，pl。，J9l，，乳，f1。，矗，，倪，触，触)，分别描述了桨