前行桨叶概念旋翼动力学分析方法.pdf

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1、航空学报Sep．252014Vo1．35No．92451—2460ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn前行桨叶概念旋翼动力学分析方法陈全龙。，韩景龙。一，员海玮1．中国直升机设计研究所旋翼动力学重点实验室，江西景德镇3330002．南京航空航天大学机械结构力学与控制国家重点实验室，江苏南京210016摘要：根据前行桨叶概念(ABC)旋翼配平方程中未知量多于方程数的特点，提出了一种基于优化的配平问

2、题求解方法。进而结合计算流体力学(CFD)／计算结构动力学(CSD)松耦合策略，建立了ABC旋翼动力学分析方法。CFD分析中以非定常Euler／Navier—Stokes方程为控制方程，通过动态重叠网格及动网格方法实现桨叶的运动及变形；桨叶结构模型采用非线性中等变形梁理论建立。以XH一59A直升机为例，对不同前飞速度下的旋翼效率进行了仿真分析，计算结果与飞行试验值吻合良好。仿真结果表明，该旋翼动力学分析方法具有很好的分析精度和收敛性，可广泛应用于ABC旋翼动力学分析。关键词：前行桨叶概念；CFD／CSD耦合；旋翼动力学；气动弹性；直升机中图分类号：V2

3、15．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)09—2451-10前行桨叶概念(AdvancingBladeConcept，研究的热点。Blackwell和Millot{6]以及WalshABC)旋翼系统包括一对共轴、反转、刚性的无铰等_7对XH一59A直升机的动力学问题进行了总旋翼。通过上、下旋翼的前行侧反向作用力来平结，在此基础上，对X2技术验证机在飞行控制、衡桨毂力矩，实现机体的横向及滚转配平。在大稳定性、机体振动、平尾抖振以及振动主动控制等速度前飞时，主要由两副旋翼的前行桨叶来产生方面，所存在的动力学问题进行了全面的探讨，并升力

4、，后行桨叶被卸载，从而避免了后行桨叶失速根据试验结果和基于理论气动力模型的KTRAN所引起的速度和载荷因数限制。该构型能显著提和CAMRADII软件，对部分问题进行了初步的高前飞速度和旋翼效率，是新型高速直升机研究预测。研究表明_8]，由于ABC旋翼的间距较小，的热门方向之一。两副旋翼间存在较强的气动干扰，已有的较为成ABC旋翼系统也带来了很多新的动力学问熟的理论气动力模型，难以准确分析其气动特性。题，之前已有学者对这些问题进行了研究l1]，但目前关于ABC旋翼气动弹性问题的仿真分析，尚其工作主要以分析整理西柯斯基公司xH一59A未见到更新的研究成果。

5、验证机的飞行试验数据为主，或采用非常简化的此外，由于ABC直升机的每副旋翼都能独立进模型，对其飞行品质及动力学问题进行仿真模拟。行总距和周期变距操纵，同时还有辅助推进装置提近几年，随着西柯斯基公司X2技术验证机的出供纵向推力，因此其操纵变量比常规旋翼多。在求现，ABC旋翼动力学问题再次成为学者们关注和解飞行配平问题时，其未知量个数通常会多于方程收稿日期：2013-11-22；退修日期：2014-02-13；录用日期：2014-O4-24；网络出版时间：2014—05—2312：55网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／1075

6、27／$1000—6893．20140075h{ml基金项目：国家自然科学基金(11102085)；国家“863”计划(2012AA112201)*通讯作者．Te1．：025-84896484E-mail：hjlae@nuaa．educn用罄武lChenoL，HanJLYunHW．Analyticalmethodforadvancingbladeconceptrotordynamics[JJ．ActaAeronauticaetAstronauti—C8Sinica．2014．35(9)：2451-2460眯全龙．韩景龙．受海玮嚣行浆叶概念旋翼动力学分析

7、方法J]航空学撮．2014，35(9)：2451-2460航空学报Sep．252014Vo1．35No．9俯仰角(抬头为正)和侧倾角(右倒为正)。上述方程中所要求解的配平变量包括：旋翼总距，纵向周期变距A，横向周期变距B，差动总距△，差动纵向周期变距△A，差动横向周期变距AB，辅助推进装置推力T。，平尾迎角‰，垂尾迎角‰，以及机身的俯仰角a。和侧倾角。，共9个操纵量和2个姿态角。可以看出，ABC直升机的配平变量远多于常规直升机，但配平方程同样只有6个。因此若不进行适当的约束或限制，式(4)将存在无数组解。本文采用优化方法来求解式(4)，根据实际飞行状态

8、，给定设计变量，选取所需的目标函数并给AIl30。出相应的约束条件，进而得到最优的配平结果。(