【摘要】：槳葉是直升機(jī)旋翼系統(tǒng)的重要組成部分,目前最常用的直升機(jī)槳葉是由復(fù)合材料制成的。研究表明,晶格結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)與高強(qiáng)度的力學(xué)性能,在槳葉內(nèi)部填充晶格結(jié)構(gòu),與蒙皮共同構(gòu)成3D打印晶格結(jié)構(gòu)槳葉,并利用增材制造技術(shù)成型,這為直升機(jī)槳葉的設(shè)計(jì)與制造提供一種全新的思路。本文重點(diǎn)研究了3D打印晶格槳葉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法,具體工作包括:(1)3D打印晶格結(jié)構(gòu)槳葉的參數(shù)化建模方法詳細(xì)比較了幾種不同構(gòu)型的晶格結(jié)構(gòu)的力學(xué)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(jié)構(gòu)槳葉的參數(shù)化描述與建模方法,基于ANSYS APDL語(yǔ)言編寫了3D打印槳葉的參數(shù)化結(jié)構(gòu)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(shí)體模型設(shè)計(jì)。(2)3D打印槳葉力學(xué)特性分析與調(diào)頻優(yōu)化基于參數(shù)化模型建立了有限元分析流程,對(duì)采用晶格結(jié)構(gòu)的3D打印槳葉進(jìn)行了強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核和模態(tài)分析;基于多島遺傳算法實(shí)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(jié)構(gòu)特性與蒙皮厚度等為設(shè)計(jì)參數(shù),以槳葉質(zhì)量、強(qiáng)度安全系數(shù)、穩(wěn)定載荷系數(shù)為約束,對(duì)3D打印晶格結(jié)構(gòu)槳葉進(jìn)行了調(diào)頻優(yōu)化設(shè)計(jì),獲得了優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。(3)槳葉成型與實(shí)驗(yàn)研究利用鋁合金3D打印技術(shù)成型模型槳葉,并開展3D打印槳葉實(shí)驗(yàn)研究,包括靜變形測(cè)量、固有頻率測(cè)量以及旋翼臺(tái)旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)和氣動(dòng)性能測(cè)量。通過實(shí)驗(yàn),證明了本文所設(shè)計(jì)的鋁合金3D打印槳葉的性能滿足要求,實(shí)驗(yàn)測(cè)量與分析結(jié)果吻合良好,驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V275.1
【圖文】：

圖 1.2 全金屬槳葉結(jié)構(gòu)示意圖[1]梁槳葉的主要特點(diǎn)是 C 形梁承受旋轉(zhuǎn)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(fù)合材料優(yōu)異的縱向拉伸強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)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(nèi)抗扭層承擔(dān)扭矩，但扭轉(zhuǎn)剛度較 3t 以下的小型直升機(jī)。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(diǎn)是在 C 形梁的單閉腔內(nèi)增加 1~2 個(gè)加強(qiáng)梁與蒙皮構(gòu)成 D 形閉腔抗扭盒，既保力和成型工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，又具有足夠的扭轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)布置，D 形梁既可以承受旋轉(zhuǎn)離心和擺振彎矩，又可以承受扭矩，相比 C 形梁槳葉，扭轉(zhuǎn)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(chǎn)費(fèi)用要比 C 形前 D 型梁槳葉多用于中型或者重型直升機(jī)，如 CH-47，波音 360 直升機(jī)等[2]。有 形大梁則采用鈦合金制備，成為復(fù)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(jī)主槳葉。梁槳葉采用多個(gè)管梁?jiǎn)卧獦?gòu)成大梁，即保留 D 型梁優(yōu)點(diǎn)，適合先進(jìn)的薄翼型。管緣盒形件可分別預(yù)成型后再在模具內(nèi)固化成型[2]。多腔梁槳葉的構(gòu)造特點(diǎn)是多路傳

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

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2738535