离心锤变桨距机构设计与优化研究

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1、第7卷第2期航空工程进展v01．7Not22016年5月ADVANCESINAER()NAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGMay2016文章编号：1674—8190(2016)02一18l—05离心锤变桨距机构设计与优化研究席亮亮，王海峰，宋笔锋(西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：针对现有高空飞艇螺旋桨推进系统中，采用变桨距技术重量代价大、能源消耗多的问题，设计一种基于离心力的离心锤变桨距机构，分析该机构的工作原理，并利用ADAMS软件进行机构运动学和动力学仿真分析；对离心锤进行参数化建模，建立约束方程后，以桨距优化角为目标函数，对离心锤的空间

2、位置进行优化。结果表明：当外界条件引起螺旋桨转速变化时，该机构ⅡJ以很好地实现螺旋桨变桨距功能；在现有平台上，48。的离心锤安装角具有最优的变距效果。关键词：飞艇；螺旋桨；变桨距；离心锤；仿真；参数优化中图分类号：V228．9文献标识码：ADol：10．16615／j．cnki．1674—8190．2016．02．007ResearchontheDesignandoptimizationofCentrifugalHammerPitch—controlledSystemXiLiangliang，WangHaifeng，SongBifeng(SchoolofAeronautics，

3、NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Inahighaltitudeairshippropellersystem，atpresent，adoptingthetechnologyofvariablepitchin—creasestheweightandconsumesmoreenergy．Akindofcentrifugalhammerpitch—controlledsystemisdesignedbasedonthecentrifugalforce，theworkingprincipleof

4、themechanismisanalyzed，andkinematicsanddynamicssimulationanalysisarecarriedoutbyusingtheADAMSsoftware．【)nthebasisofthesimulationresults，para—metricmodelingofcentrifugalhammerisapplied，aconstraintequationisestabllshandthepitchangleofopti—mizationastheobjectivefunctionismadetooptimizethespacep

5、ositionofthecentrifugalhanlmer．ThesimulationresultsshowthatwhenthepropeUerspeedchanges，thissystemcanaccomplishthefunctionsofvariablepitchpropeUer，andverifythefeasibilityofthemechanism．Theoptimizationresultsshowthat48degreesofcentrifugalhammerinstallationanglehasthebesteffectofvariablepitchfo

6、rthisplatforms．Keywords：airship；propeIIer；variablcpitch；centrifugaihammer；simulation；parameteroptimizatjon0引言在气球的基础上发展而来的飞艇是一种具备自主动力、可控制的、轻于空气的航空器，近年来，全球范围的飞艇研制热潮正在兴起[1。3。。飞艇由巨大的流线型艇体、位于艇体下方的吊舱、起稳定控制作用的尾面和推进装置组成一“。20km高空的空气密度约为地面的1／20，在如此稀薄的空气下，收稿日期：2016一03一09；修回日期：2016一03—23通信作者：席亮亮，xllnwpu

7、@163．com不自带氧化剂的燃油发动机无法正常运行，因此电机与螺旋桨组合的推进方式被广泛采用[5。6]。螺旋桨工况在高空和低空时变化范围很大，电机系统与螺旋桨在大范围变化的工况下很难保持较高的效率，存在按照高空(低空)环境设计的推进系统在低空(高空)时性能较差的问题。现阶段，在部分平流层飞艇的方案中，采用高空和低空两套动力系统并存的设计，虽然可以满足短时间的关键技术飞行演示，但是对于驻空时间很长的飞艇而言，其重量代价和能源浪费都太大。在高空飞艇的推进系统中应用变桨距技术，可以有效拓宽螺旋桨