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旋翼是直升机的主要振源,直接对旋翼每片桨叶进行高阶谐波变距是主动控制旋翼振动载荷、降低直升机振动水平的有效途径。 本文首先根据哈密尔顿原理建立了弹性桨叶的挥舞、弯曲、扭转、拉伸耦合运动方程,采用两节点十二自由度梁单元对运动方程进行有限元离散,得到空间有限元形式的旋翼桨叶动力学方程,通过计算Princeton梁的固有特性并与国外公开发表的计算及试验结果进行对比,验证了本文所建立的旋翼动力学计算模型和计算方法的有效性。然后根据Leishman-Beddoes关于旋翼的半经验非定常/动态失速气动模型和Glauert入流模型建立了旋翼在高阶谐波变距下的气弹耦合动力学模型,采用模态叠加法求解旋翼在前飞状态下桨叶的动响应,通过沿桨盘径向和周向离散叠加,获得含高阶谐波变距的桨毂振动载荷,分析了不同前进比下二阶和三阶谐波变距幅值、相位等参数对桨毂垂向振动载荷的影响。最后以使桨毂垂向振动载荷最小为优化目标、以二阶和三阶谐波幅值大小不超过2度为约束条件,应用Matlab最小值优化函数对不同前飞速度下各片桨叶高阶谐波变距参数进行了初步优化。研究成果可以用于指导电动-机械-作动器旋翼设计。