本文關鍵詞：基于全本征方程的無鉸式旋翼氣動彈性分析方法

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【摘要】：無鉸式旋翼氣動彈性分析是旋翼空氣動力學及動力學研究中最復雜的問題之一。為了適應現(xiàn)代無鉸式旋翼的發(fā)展要求,本文開展了無鉸式旋翼氣動彈性分析方法研究,解決了旋翼氣動彈性綜合建模與分析中的多項關鍵性問題,為提高無鉸式旋翼氣動彈性分析精度奠定了基礎。本文首先基于Hodges幾何精確梁理論,建立了適合于直升機旋翼氣動彈性分析的槳葉動力學模型。在推導槳葉全本征動力學方程時,舍棄了中等變形梁理論中的階次指令法則,采用羅德里格斯參數(shù)來表示槳葉剖面變形前后的轉動量,從而避免了旋翼槳葉連續(xù)轉動引起的奇點問題。最后構造了基于能量連續(xù)伽遼金法的3階有限格式,將全本征方程離散為非線性狀態(tài)空間偏微分方程。在上述槳葉動力學模型的基礎上,針對無鉸式旋翼,特別是新構型無鉸式旋翼(如虎式直升機)根部多路傳力的特點,細化處理槳葉邊界條件。建立了旋翼系統(tǒng)其他主要部件(彈性軸承、槳轂柔性梁等)的動力學模型及各部件對接聯(lián)系模型,并且以約束方程的形式保證了各部件之間的位移/力協(xié)調性。最后,耦合槳葉全本征動力學模型、Leishman-Beddoes非定常動態(tài)失速模型、Peters動態(tài)入流模型以及動力學邊界約束方程,建立起無鉸式旋翼氣動彈性綜合分析模型。根據(jù)以上所做的工作,利用Newmark平均速度法對氣動彈性綜合模型進行時間域離散,建立起穩(wěn)態(tài)周期響應計算流程,獲得了旋翼槳葉結構振動載荷,并且基于“瞬態(tài)響應分析法”研究了無鉸式旋翼氣動彈性穩(wěn)定性問題。最后,本文進行了大量的算例驗證研究,通過與國外理論分析、實驗測試等結果對比,驗證了本文模型在無鉸式旋翼幾何非線性大變形分析、模態(tài)及氣動彈性響應計算、邊界條件準確處理、槳葉振動載荷以及旋翼氣動彈性穩(wěn)定性等氣動彈性綜合分析的各個環(huán)節(jié)上的正確性。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V211.47

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本文編號：1221545