旋翼异形桨叶大变形气弹动力学分析与试验研究

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1、第43卷第3期2011年6月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics＆AstronauticsV01．43No．3Jun．2011旋翼异形桨叶大变形气弹动力学分析与试验研究虞志浩1董凌华1邓景辉2杨卫东1(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．中国直升机设计研究所，景德镇，333001)摘要：采用大变形梁理论建立一种旋翼桨叶气弹动力学分析方法，菜叶应变能分析分解为一雏非线性分析和二维剖面特性分析，将应变能方程中的

2、广义应变用桨叶参考轴线处弹性运动表示，保留所有非线性项，推导出的桨叶大变形应变能公式在气弹分析中使用更为方便。集成惯性力与气动力计算模型形成气弹分析方法。异形菜叶模态试验的计算结果与试验测试结果以及国外大变形粱试验结果的比较，验证了本文结构模型的正确性。计算了旋翼的气弹稳定性，研究了异形桨叶几何参数对旋翼桨叶气弹稳定性的影响，计算结果表明了分析方法的有效性，分析精度得以明显提高。关键词：旋翼}气动弹性；大变形；稳定性；非线性中图分类号：V211．47文献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)

3、03—0312—06AnalysisandExperimentalwithSpecial—ShapedBladeStudyonAeroelasticityofRotorUsingLargeDeflectionTheoryYuZhiha01，DongLinghual，DengJinghui2，]rangWeidon91(1-ScienceandTechnologyonRotorcraftAeromechanicsLaboratory，NanjingUniversityofAeronautics＆Astro

4、nautics，Nanjing，210016，China；2．ChineseHelicopterResearchandDevelopmentInstitute，Jingdezhen，333001，China)Abstract：Aeroelasticmodelisdevelopedusinglargedeflectiontheory．Basedonthetwo—dimensionalcross—sectionanalysisandone—dimensionalnonlinearbeamanalysis，t

5、hestrainenergyinthecompositerotorbladeisdeduced．Thegeneralizedstrainsareexpressedbythevariablesdescribingtheelasticmo—tionofareferencelinealongtheaxisoftherotorblade，anda11thenonlineartermsareincludedintheformulation．Thekineticenergyandaerodynamicforcear

6、ealsoincorporated．Toverifythecorrectnessoftheanalysisresult，aspecial—shapedblademodetestisconducted．CorrelationsbetweentheanalysisresultsandtheexperimentaldatafromPrincetonbeamtestandMinguet’Scompositebeamexperimentsalsoshowthatthismethodisvalidforlarged

7、eflectionanalysisofcompositerotorblades．Aeroelasticanalysisofhelicopterrotorandinfluencestudyofbladesweepareimplemented．Keywords：rotor；aeroelasticity；largedeflection；stability；nonlinear直升机桨叶结构模型是研究旋翼气动弹性问题的重要基础。为改善旋翼的气动特性，随着新材料和新工艺的发展与应用出现了各种异形桨叶。这些桨叶几何外

8、形复杂，有更大的负扭转角，后掠和下反的区域更大。复杂的几何形状在改善桨叶气动特性的同时使得桨叶旋转状态气动力与弹性变形间耦合更严重，桨叶弹性变形较为显著。异形桨叶较大的弹性变形使得结构耦合也显著增强‘¨，这些问题对旋翼的响应与载荷计算以及稳定性计算等都会产生影响。收稿日期：2010—11—16；修订日期：2011．03—14通讯作者：杨卫东，男，教授，博士生导师，1967年生，E—mail：ywdae@nuaa．edu．cn。第3期虞志浩，