基于复合力-模态分析的旋翼桨叶气动载荷识别方法研究

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直升机飞行时旋翼工作在周期交变的气流环境中,其细长的、刚度很低的桨叶在周期性气动载荷作用下会产生持续的弹性振动,而桨叶振动又反馈于外部的气动载荷,由此形成了非常复杂的气弹耦合响应。准确计算旋翼桨叶上的气动载荷一直是直升机空气动力学和动力学中最复杂的问题之一。  本文基于复合力-模态分析法,对挥-摆-扭耦合动力学模型下的旋翼桨叶气动载荷识别方法进行了研究。首先根据力分析法和 Myklestad法建立了旋翼桨叶动载荷识别的逆传递矩阵,代入桨叶位移边界条件和结构载荷,通过连续有限次的矩阵乘法运算计算桨叶各剖面的位移响应。然后以汉密尔顿原理为基础,采用2节点12自由度的梁单元模型推导桨叶运动方程,计算旋翼桨叶的挥舞、摆振和扭转固有特性,进而由桨叶模态位移和位移响应计算广义坐标,并在此基础上推导了耦合状态下旋翼桨叶气动载荷识别方程。采用Matlab软件编写了旋翼桨叶气动载荷识别计算程序,以SA349/2直升机为算例,对其巡航飞行时旋翼桨叶挥舞方向的气动载荷进行了识别,并将识别结果与飞行测量结果进行了对比分析,验证了本文计算方法的有效性。最后在旋翼/机体耦合动稳定性试验台上进行了悬停状态下模型旋翼桨叶载荷测量试验,并对其桨叶挥舞方向的气动载荷进行了识别和分析。
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