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1、总第190期直升机技术GeneralSerialNo.1902016年第4期HELICOPTERTECHNIQUENo.42016文章编号:1673-1220(2016)04-034-04直升机旋翼系统强度设计中的CAE仿真王建,秦瑞芬,吴艳霞(中国直升机设计研究所强度室,江西景德镇333001)摘要介绍了CAE方法在直升机旋翼系统强度结构设计中的仿真应用情况。针对旋转部件的载荷和结构特点,在多年工程设计经验的基础上,建立了一套有限元分析模型和应力计算流程,通过专用程序处理,实现了部件应力分布的可视化显示。最后讨论了此方法的扩展应用。关键词直
2、升机;旋翼;强度设计;仿真;可视化中图分类号:V215.2文献标识码:ASimulatingofHelicopterRotorPartStrengthDesignbyCAEWANGJian,QINRuifen,WUYanxia(ChinaHelicopterResearchandDevelopmentInstitute,Jingdezhen333001,China)AbstractThisarticleintroducedasimulationofhelicopterrotorpartstrengthdesignbyCAE.Duetothep
3、eculiaritywithrotatingstructuresandloadsappliedonthem,basedonexperienceofengi-neeringpractice,conformedaprogramoffiniteelementmodelbuildingandstressanalyzing.Byaspecialprocesstoidentifycriticalareaofpartwhilevisualizingthem.Theextendingapplicationswerediscussed.Keywordsheli
4、copter;rotor;strengthdesign;simulation;visualize旋翼系统在空气中高速旋转,与空气相互作用0引言产生使直升机运动的载荷。这些载荷一部分是随旋经过了一个世纪的发展,直升机在许多领域获翼旋转变化的,称为动态载荷,如旋翼轴上承受的弯得了广泛的应用。它具有在空中任意高度悬停和向矩和横向力;一部分是不随旋翼旋转变化的,称为静任意方向运动的能力,这是其它固定翼航空器所不态载荷,如离心力和升力等。所有载荷都是作用在能相比的。直升机的这种独特能力是通过专门设计旋翼系统上然后再传递到机身上的。的直升机特有的部件-高
5、速旋转的旋翼系统-实现旋翼系统上的载荷,具有量值高,变化频率快的的。旋翼系统的性能在很大程度上决定着直升机的特点,如静态载荷升力和离心力,往往达到数十吨,性能。动态载荷旋翼轴弯矩和横向力则一般每分钟变化数收稿日期:2016-09-29作者简介:王建(1964-),男,山东济南人,硕士,研究员,型号专业副总师,长期从事直升机强度设计工作。参加过多个直升机型号的研制,参加国际技术合作,获多项所、部级奖励,发表论文多篇。2016年第4期王建,秦瑞芬,吴艳霞:直升机旋翼系统强度设计中的CAE仿真·35·百次,所以旋翼系统的部件通常工作在很严酷的载C旋
6、翼轴扭矩,静、动载荷;荷环境之下,在强度设计中要同时考虑静强度和疲P旋翼轴升力,静载荷;劳强度问题。而旋翼系统的部件作为航空产品,需Mf旋翼轴弯矩,动载荷;要兼顾功能、强度、重量、成本之间的平衡,其几何构Tr旋翼轴侧向力,动载荷;型也很复杂,详细准确的应力分析工作是必须的,有Fa阻尼器载荷,动载荷。限元分析方法一般是首选的方法。以上载荷分别按坐标轴方向分解,在中央件载这里,以旋翼系统最重要的承力部件之一,桨毂荷作用面上按静、动载荷合成三个方向的载荷分量,中央件为例,介绍了CAE在直升机旋翼系统部件强见图2。度设计中的应用。X方向,静值:1有限
7、元模型的建立与特殊要求CF=F×cosα-×cosα×sinα(1)XSC5×R在这里首先需要说明的是,对应不同结构形式i的直升机旋翼桨毂,其中央件上作用和传递的载荷动值:-T×cosα是不相同的,这里选取的桨毂构型是国产化直升机RF=F×cosα-F×sinα+×2XDa1a25采用最多的球柔性桨毂。在图1中给出了一个球柔(2)性桨毂中央件的3D实体模型,它的外端连接5个Y方向,可以在空间三个角度上自由转动的挥舞支臂/桨叶静值:组件,内端则通过花键与输出动力的旋翼轴连接,旋C2翼系统旋转产生的所有气动和惯性载荷都作用在桨F=F×sinα+×
8、(cosα)(3)YSC5×Ri毂中央件上。动值:T×cosαRF=F×sinα-F×cosα+×2YDa1a25(4)Z方向,静值:PF=(5)ZS5动值:MfF
