直升机-吊挂耦合系统平衡特性和稳定性分析

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1、2014年9月北京航空航天大学学报September2014第40卷第9期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．40No．9直升机-吊挂耦合系统平衡特性和稳定性分析曹龙曹义华李春华(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)(中航工业中国直升机设计研究所，景德镇333001)摘要：基于单质点吊挂假设，建立了直升机．吊挂耦合系统的非线性动力学模型．在该假设下，吊挂将引入额外的自由度和约束，使运动方程增加4阶，且为隐式的微分

2、代数方程组．通过将惯性力中的广义加速度项与广义速度的二次项分离，可将运动方程转化为显式的微分方程组．针对无吊挂的直升机本体和直升机一吊挂耦合系统这两种模型，采用直接数值方法，计算了它们以不同速度做零侧滑定直平飞的配平状态，并结合飞行试验数据进行对比．进一步对两种模型进行了小扰动线化处理，分析其运动模态并进行对比．结果表明，单质点吊挂会给系统引入两个新的运动模态，使得吊挂两个自由度上的运动与直升机高度响应产生耦合，同时改变直升机本体各个模态的特性，会使部分模态响应品质变坏．关键词：直升机；吊挂载荷；耦合；配平；

3、稳定性；模态中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1001-5965(2014)09．1219-06Equilibriumcharacteristicsandstabilityanalysisofhelicopter--slung·-loadcouplingsystemCaoLongCaoYihua(SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，C

4、hina)LiChunhua(AVICChinaHelicopterResearchandDevelopmentInstitute，Jingdezhen333001，China)Abstract：Anonlineardynamicalmodelofthehelicopter—slung—loadcouplingsystemwaspresented，basedonsinglemass—pointhypothesis．Underthishypothesis，theconsiderationoftheslung-l

5、oadbroughtinextradegreesoffreedomandconstraints，whichmadetheequationsofmotionincreasedby4orders，andbeingasetofimplicitdifferentialalgebraicequations．Bydistinguishingthegeneralizedaccelerationtermsfromthequadraticgeneralizedspeedtermsintheinertiaforces，theeq

6、uationsofmotioncanbeturnedintoasetofex-plicitordinarydifferentialequations．Forthehelicoptermodelandthehelicopter—slung-loadmodel，trimstatesforzero-side-slippingforwardflightwerefirstcomputed，usingdirectnumericalapproach，andtheresultswerecomparedwithflightte

7、stdata．Then，bothofthetwomodelswerelinearizedundersmall-perturbedconditions，andmodaldecompositionwasperformedontheselinearizedmodels．Resultsshowthat2newdynamicalmodeswouldbeintroducedbythesingle-mass-pointslung-load．Motionsoftheslung-load’S2degreesoffreedomw

8、ouldbecoupledwiththehelicopter’Saltituderesponse，andmodifythecharacteristicsofhelicopter’Sinher-encemodes，makesomeofthemworse．Keywords：helicopter；slung—load；coupling；trim；stability；mode吊挂载荷飞行是直升机相比于其他种