【摘要】：槳葉是直升機旋翼系統(tǒng)的重要組成部分,目前最常用的直升機槳葉是由復合材料制成的。研究表明,晶格結構具有輕質與高強度的力學性能,在槳葉內部填充晶格結構,與蒙皮共同構成3D打印晶格結構槳葉,并利用增材制造技術成型,這為直升機槳葉的設計與制造提供一種全新的思路。本文重點研究了3D打印晶格槳葉的結構設計與動力學設計方法,具體工作包括:(1)3D打印晶格結構槳葉的參數(shù)化建模方法詳細比較了幾種不同構型的晶格結構的力學性能,研究發(fā)現(xiàn)三棱柱晶格具有較好的綜合性能;提出了一種有效的3D打印晶格結構槳葉的參數(shù)化描述與建模方法,基于ANSYS APDL語言編寫了3D打印槳葉的參數(shù)化結構建模與有限元建模程序;并通過CATIA的二次開發(fā)編程,完成了3D打印槳葉的三維實體模型設計。(2)3D打印槳葉力學特性分析與調頻優(yōu)化基于參數(shù)化模型建立了有限元分析流程,對采用晶格結構的3D打印槳葉進行了強度與穩(wěn)定性校核和模態(tài)分析;基于多島遺傳算法實現(xiàn)了Beam程序、ANSYS與Isight的集成與聯(lián)合優(yōu)化;以槳葉填充晶格的結構特性與蒙皮厚度等為設計參數(shù),以槳葉質量、強度安全系數(shù)、穩(wěn)定載荷系數(shù)為約束,對3D打印晶格結構槳葉進行了調頻優(yōu)化設計,獲得了優(yōu)化設計參數(shù)。(3)槳葉成型與實驗研究利用鋁合金3D打印技術成型模型槳葉,并開展3D打印槳葉實驗研究,包括靜變形測量、固有頻率測量以及旋翼臺旋轉實驗和氣動性能測量。通過實驗,證明了本文所設計的鋁合金3D打印槳葉的性能滿足要求,實驗測量與分析結果吻合良好,驗證了本文設計方法的有效性。
【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】：2018
【分類號】：V275.1
【圖文】：

圖 1.2 全金屬槳葉結構示意圖[1]梁槳葉的主要特點是 C 形梁承受旋轉離心力、揮舞彎矩和擺振彎矩。C 形大梁一維單向帶制造，充分發(fā)揮了復合材料優(yōu)異的縱向拉伸強度和疲勞強度，以滿足槳和揮舞載荷的承載要求。槳葉的抗扭盒形件或內抗扭層承擔扭矩，但扭轉剛度較 3t 以下的小型直升機。為了提高槳葉抗扭剛度，出現(xiàn)了 C 形梁雙閉室或三閉室剖點是在 C 形梁的單閉腔內增加 1~2 個加強梁與蒙皮構成 D 形閉腔抗扭盒，既保力和成型工藝簡單的特點，又具有足夠的扭轉剛度和擺振剛度，多用于中型直升梁雙閉室槳葉具有與金屬 D 形梁槳葉相似的結構布置，D 形梁既可以承受旋轉離心和擺振彎矩，又可以承受扭矩，相比 C 形梁槳葉，扭轉剛度大大提高，但 D 型梁為二次膠接共固化成型，填芯塊采用泡沫芯或者蜂窩芯，并且生產費用要比 C 形前 D 型梁槳葉多用于中型或者重型直升機，如 CH-47，波音 360 直升機等[2]。有 形大梁則采用鈦合金制備，成為復合材料/金屬槳葉，這種 D 形梁槳葉多用于武 UH-60A、AH64 等直升機主槳葉。梁槳葉采用多個管梁單元構成大梁，即保留 D 型梁優(yōu)點，適合先進的薄翼型。管緣盒形件可分別預成型后再在模具內固化成型[2]。多腔梁槳葉的構造特點是多路傳

圖 1.3C 形梁槳葉剖面結構示意圖[2]圖 1.4D 形梁槳葉剖面結構示意圖[2]圖 1.5 多腔梁槳葉剖面示意圖[2].2 復合材料槳葉參數(shù)化建模研究發(fā)展

【參考文獻】

相關期刊論文 前9條

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本文編號：2738535