本文選題：高速直升機 + 共軸雙旋翼�。� 參考：《蘭州交通大學》2015年碩士論文

【摘要】：常規(guī)直升機飛行速度相對較低、航程相對較小,這很大程度地限制了其應用和發(fā)展,因此提高其飛行速度和增大最大航程已成為直升機研究的重點和熱點。發(fā)展和應用高速、長航時直升機,在軍用和民用領域分別可有效地提升部隊機動和戰(zhàn)斗能力,可提高其應用經濟性和時效性。論文依據其發(fā)展和應用需求,分別從總體技術方案、旋翼系統(tǒng)和操縱機構三個方面展開相關研究工作,主要工作包括:依據設計指標與需求以及主流高速構型,確定其總體技術方案。論文中的高速直升機方案以共軸反轉雙旋翼為主旋翼,尾部配備共軸反轉螺旋槳作為輔助推進裝置。根據設計指標與要求,分析高速直升機的飛行環(huán)境,建立高速直升機的初步外形,進行高速直升機的總體布局,分析高速直升機的控制面并確定了其發(fā)動機規(guī)格和主要參數等。對高速直升機功率需求進行分析,驗證所確定的發(fā)動機是合理的,所確定的主要參數滿足高速直升機的設計指標與要求。根據總體技術方案,對主旋翼系統(tǒng)進行設計與分析�；趧恿�-葉素理論,建立槳葉的微元升力、阻力和扭矩等,利用積分法對微元載荷在槳盤內沿展向和周向進行數值積分。對主旋翼系統(tǒng)的載荷進行了數值分析和求解,獲得不同飛行狀態(tài)下槳葉載荷在槳盤上的分布云圖,其仿真結果可用于高速直升機主旋翼零部件的結構設計與分析。根據直升機的構型特點和總體方案中確定的主要參數,對主旋翼系統(tǒng)的槳葉和槳轂進行初步結構設計,并對其進行靜強度分析。結合總體技術方案和旋翼載荷分析,對主旋翼操縱機構進行模塊化運動學和靜力學建模與分析。建立直升機在任意飛行狀態(tài)下主旋翼操縱機構運動學模型,所建立的運動學模型可為主旋翼操縱機構機理建模和控制建模提供理論依據。建立主旋翼操縱機構的靜力學模型,并在不同的飛行狀態(tài)下對其靜力學關系進行仿真分析,所建立的靜力學模型可用于分析直升機在不同飛行狀態(tài)下主旋翼操縱機構間的靜力學關系,結合操縱機構動力學模型對操縱機構進行優(yōu)化。基于清華大學實驗室在研共軸式直升機,搭建直升機旋翼系統(tǒng)載荷和操縱機構載荷測量實驗平臺。載荷測量實驗主要包括旋翼氣動載荷測量、操縱機構拉桿載荷測量和旋翼轉速測量三個方面,介紹實驗系統(tǒng)的各部分硬件電路和上位機,并對下一步的實驗內容進行規(guī)劃,測得的載荷數據可用于旋翼系統(tǒng)和操縱機構的優(yōu)化設計,具有重要的實用意義。
[Abstract]:The flight speed and range of conventional helicopter are relatively low, which limits its application and development to a great extent. Therefore, increasing its flying speed and increasing its maximum range have become the focus and hotspot of helicopter research. The development and application of high-speed and long-haul helicopters can effectively enhance the mobility and combat capability of troops in the military and civilian fields, and improve the economy and timeliness of their application. According to its development and application requirements, the thesis carries out related research work from three aspects: overall technical scheme, rotor system and control mechanism. The main work includes: according to the design indicators and requirements, and the mainstream high-speed configuration. Determine its overall technical plan. In this paper, the main rotor of the high speed helicopter is the coaxial reverse rotor and the tail of the helicopter is equipped with the coaxial reverse propeller as the auxiliary propulsion device. According to the design indexes and requirements, the flying environment of high-speed helicopter is analyzed, the initial shape of high-speed helicopter is established, the overall layout of high-speed helicopter is carried out, the control surface of high-speed helicopter is analyzed, and the engine specifications and main parameters are determined. The power requirement of high speed helicopter is analyzed to verify that the engine is reasonable and the main parameters can meet the design requirements of high speed helicopter. According to the overall technical scheme, the main rotor system is designed and analyzed. Based on the momentum-blade theory, the differential lift, resistance and torque of the blade are established, and the integral method is used to integrate the differential element load along the span and circumference direction of the propeller disk. The load of the main rotor system is numerically analyzed and solved, and the distribution of the blade load on the rotor disk under different flight conditions is obtained. The simulation results can be used in the structural design and analysis of the main rotor parts of the high-speed helicopter. According to the configuration characteristics of the helicopter and the main parameters determined in the overall scheme, the primary structural design of the rotor blade and hub of the main rotor system is carried out, and the static strength analysis is carried out. The modular kinematics and statics modeling and analysis of the main rotor steering mechanism are carried out based on the overall technical scheme and rotor load analysis. The kinematics model of helicopter main rotor operating mechanism under arbitrary flight condition is established. The kinematics model can provide theoretical basis for the mechanism modeling and control modeling of rotor control mechanism. The statics model of the main rotor manipulator is established, and its statics relationship is simulated under different flight conditions. The static model can be used to analyze the statics relationship between the main rotor manipulators under different flight conditions, and to optimize the manipulators combined with the dynamic model of the manipulators. Based on the research of coaxial helicopter in Tsinghua University laboratory, the experimental platform of helicopter rotor system load measurement and control mechanism load measurement is built. The load measurement experiment mainly includes three aspects: rotor aerodynamic load measurement, control mechanism pull rod load measurement and rotor speed measurement. The hardware circuit and upper computer of the experiment system are introduced, and the next experiment content is planned. The measured load data can be applied to the optimal design of rotor system and control mechanism, which is of great practical significance.
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V275.1

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