单人飞行器桨叶的振动特性分析

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1、交流河北农机HEBEINONGJI摘要：依附于旋翼式单人飞行器的设计，以静力学和动力学结合的方式，对单人飞行器的桨叶进行自由振动分析。首先，粗略估计了可满足起飞重量要求的桨叶尺寸，建立简化的三维模型；其次，将桨叶的有限元模型进行CFD流体仿真，验证其起飞的可行性；最后，对其进行了带预应力的模态分析。结果表明：设计的尺寸可满足飞行时的重量要求,通过振动特性的分析，找到了飞行过程中容易发生破坏的位置，在实际制造中应对其进行加固。关键词：桨叶；流场分析；模态；动力学单人飞行器桨叶的振动特性分析中北大学机电工程学院王颖引言1模型描述随着陆地交通

2、的压力越来越大，堵车成了家常便饭，要解决1.1基本参数这些问题有一定的困难。所以，我们迫切希望一些单人飞行的空桨叶初步选定为矩形桨叶，为简化模型，将扭转角和来流角气动力飞行器的出现，来解决这些难题。早在1957年，席勒公司β忽略，因此计算过程中只有安装角φ，整理计算过程中所需与美海军航空局合作制造的“飞行自行车”XROE-1就已经进行参数如表1所示：了首次飞行，飞行训练时间是5小时，总重量254kg，最大速度表1基本参数113km/h，有效航程为48km。而后，相继出现了很多个人以及公司生产制作的旋翼单人飞行器，其中的改进包括共轴式旋翼

3、直升机准载人数1人的应用、尺寸的缩减和重量的减轻等，经过改进的旋翼单人飞行起飞重量220kg器很多都投入了量产。有效载荷110kg本文首先对旋翼式单人飞行器的桨叶进行设计，建立桨叶的三维模型。其次，对模型进行CFD流体分析，验证在悬停状态安装角5°下的气动升力满足起飞重力要求。最后，对其进行模态分析，分转速80rad/s析比较了前6阶模态的频率与振型。桨叶片数4作者简介：王颖，1989年出生，山西高平人，在读硕士，研究方旋翼半径2.2m向：航天飞行器结构设计与优化。剖面弦长220mm!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

4、!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!为原点位置接近开关，按下复位按钮后，中心距调节装置。控制系统以PLC为控(2):98-100.步进电机反转，动辊回位，当达到原点后制核心，根据分级控制要求，编写程序，采[5]张浩栋，张燕，曾小英.基于PLC接近开关工作，终止步进电机转动；I0.7用位控制向导的方法设置脉冲输出，减少的香蕉秸秆自动打包机的设计和控制研究[J].食品与机械,2013(7):115-118.为手动按钮，每按动一次，相邻两分级辊了编程的工作量。该对虾分级机定位速度[6]赵春芳，金华强.基于PLC的步之间产生0.5mm间隙

5、；I1.1为复位按钮，快、精度高，大大提高了分级效率，同时增进电机控制在茶叶揉捻机中的应用[J].江按动后动辊回位；M1.0为辅助继电器，当加了对虾分级机的自动化程度。西电力职业技术学院学报,2009(3):39-41.得电时导通，用来启动步进电机；Q0.0是参考文献:[7]赵志旭，王丛岭，吴鱼榕.基于高速脉冲输出端口，输出高速脉冲信号到[1]张进疆，张林泉.广东省虾加工装PLC糖果包装机控制系统设计[J].食品与步进电机驱动器，驱动步进电机按预先设备技术发展重点研究[J].现代农业装备,机械,2008(3):77-79.定的程序进行运

6、动；Q0.1为方向控制端2011(3):44-46.[2]刘小龙，张杰，刘向东.辊式尺寸分口，用来改变步进电机旋转方向。级机的基本原理及种类[J].新疆农机化,3结论2010(4):12-14.本文针对对虾分级精度差和分级效[3]李蓓智，杨永金.精密微位移工作率低的问题，设计了一台辊式对虾分级台的设计与性能分析[J].机械设计与研究,机，通过研究对虾分级辊中心距调节机2011(2):71-73.构，设计了一种采用丝杠螺母作为传动执[4]余朝刚，刘启中.PLC控制的步进行部件，调节板与固定安装座滚动滑动的电机教学机械手[J].实验技术与管

7、理,2012642014年第9期河北交流HEBEINONGJI农机为分析方便，假设桨叶材料为各向同性，选用直升机最常用2.3模态分析材料铝合金，选用对称翼型NACA0016-30-25，根据以上参数，在静力平衡状态下，对桨叶的模态分析时，预先已经加载了绘制简化模型，如图1所示。气动载荷。对桨叶进行模态分析得到前6阶模态，对应频率和最大位移见表2，模态振型见图4。表2桨叶前10阶模态频率阶数频率/Hz16.3699239.805340.6684111.055134.46图1简化模型2计算与分析6216.622.1CFD计算将上述三维模型划

8、分网格，得到的有限元模型导入FLUENT，进行流体计算。经计算可知，上述三维模型在悬停状态下，产生的垂直向上气动升力为2622.1346N，也就是说，设计的桨叶尺寸可以承受起飞重量220kg的载荷，即设计合