專利名稱：一種粘彈減擺器模型及其在直升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于直升機(jī)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及ー種新的粘彈減擺器模型及其在直升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以應(yīng)用于具有粘彈減擺器的各類鉸接式、無(wú)鉸式和無(wú)軸承旋翼直升機(jī)。
背景技術(shù)：
1907年，法國(guó)人保羅研制成功了第一架全尺寸載人直升機(jī)。此后，直升機(jī)經(jīng)過(guò)了多次更新?lián)Q代，技術(shù)不斷發(fā)展完善。由于直升機(jī)結(jié) 構(gòu)的固有特點(diǎn)，由旋翼產(chǎn)生的振動(dòng)問(wèn)題是直升機(jī)發(fā)展過(guò)程中的重要問(wèn)題之一。由此引發(fā)的空中共振問(wèn)題更是引起了廣大學(xué)者和工程技術(shù)人員的關(guān)注。解決由于共振引起的動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象的辦法有通過(guò)調(diào)整旋翼和機(jī)體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)參數(shù)避開(kāi)共振頻率和引入阻尼消耗能量抑制共振的產(chǎn)生等。相對(duì)于調(diào)整旋翼和機(jī)體參數(shù)而言，旋翼減擺器是比較容易并且經(jīng)濟(jì)的解決方法，因此成為了抑制直升機(jī)動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象的主要手段。最開(kāi)始采用的是摩擦減擺器，但是這種結(jié)構(gòu)比較笨重，并且摩擦損耗嚴(yán)重，所以現(xiàn)在已不再使用。液壓減擺器是現(xiàn)在被廣泛采用類型，阻尼大和剛度小的特點(diǎn)使其相對(duì)于摩擦減擺器具有較大的優(yōu)勢(shì)，但是在粗暴著陸等情況下，如果使用不當(dāng)也會(huì)出現(xiàn)地面共振的可能。粘彈減擺器是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的第三代直升機(jī)減擺器，由硅膠和鋼板形成的層壓結(jié)構(gòu)組成。其具有易成型、重量輕、易于維護(hù)和隔振減振性能好的特點(diǎn)。雖然由于粘彈減擺器無(wú)法承受巨大槳葉變形，使其在大噸位直升機(jī)上的應(yīng)用受到了限制。但是由于粘彈減擺器具有的優(yōu)良特性，在小型直升機(jī)上被廣泛采用。雖然粘彈減擺器能夠?yàn)橹鄙龣C(jī)擺振運(yùn)動(dòng)提供剛度和阻尼以達(dá)到抑制直升機(jī)空中共振的動(dòng)不穩(wěn)定性。但是在單頻或雙頻激振下，粘彈減擺器復(fù)模量的下降會(huì)對(duì)直升機(jī)機(jī)體和旋翼系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。因此單頻或雙頻激振情況下的復(fù)模量特性是粘彈減擺器的關(guān)鍵問(wèn)題。建立準(zhǔn)確的粘彈減擺器，并能夠正確評(píng)估單頻或雙頻條件下粘彈減擺器的復(fù)模量特性成為了必須解決的重要問(wèn)題。直升機(jī)旋翼和機(jī)體系統(tǒng)本身就極其復(fù)雜，而粘彈減擺器增加了旋翼?yè)]舞和擺振等運(yùn)動(dòng)之間的耦合關(guān)系。因此正確分析帶粘彈減擺器的直升機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)定性能是直升機(jī)設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題。傳統(tǒng)的粘彈減擺器分析方法中在單頻作用情況下，可以采用振動(dòng)頻率進(jìn)行分析計(jì)算，但是在雙頻作用情況下，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)著槳葉旋轉(zhuǎn)頻率和擾動(dòng)頻率兩種不同的頻率條件，此時(shí)需要建立兩種模型來(lái)估算減擺器的耗能模量，但是這種方法會(huì)造成較大的誤差，從而得到的直升機(jī)的動(dòng)穩(wěn)定性也會(huì)存在較大的偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種新的粘彈減擺器模型并將其應(yīng)用于直升機(jī)系統(tǒng)中，基于該粘彈減擺器模型進(jìn)行直升機(jī)旋翼系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)定性判斷，能夠更加準(zhǔn)確的確定直升機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)定性問(wèn)題。直升機(jī)在地面運(yùn)轉(zhuǎn)、懸停和前飛情況下，粘彈減擺器可能處于單頻或者雙頻的條件下工作。因此需要建立能夠同時(shí)適用于直升機(jī)旋翼粘彈減擺器單頻或者雙頻情況下的評(píng)估其復(fù)模量特性的新模型。本發(fā)明通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的單頻作用情況下的評(píng)估粘彈減擺器復(fù)模量特性的激振頻率的修正，提出了能夠同時(shí)評(píng)估單頻和雙頻情況下減擺器復(fù)模量特性的修正激振頻率，采用修正激振頻率的粘彈減擺器模型能夠準(zhǔn)確得到粘彈減擺器的復(fù)模量特性，并將此采用修正激振頻率的粘彈減擺器模型應(yīng)用于星型柔性槳轂直升機(jī)旋翼和機(jī)體耦合系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)定性判斷，具體步驟如下第一歩，建立帶粘彈減擺器的直升機(jī)旋翼和機(jī)體耦合系統(tǒng)的平衡方程。第二步，修正單頻情況下槳葉擺振固有頻率。由于粘彈減擺器的因素，使得槳葉擺振固有頻率發(fā)生變化，因此需要修正槳葉擺振固有頻率。
第三歩，求解前飛情況下粘彈減擺器的動(dòng)態(tài)位移，粘彈減擺器的動(dòng)態(tài)位移為定常位移和擾動(dòng)值相加。第四步，修正雙頻條件下粘彈減擺器的激振頻率。采用本發(fā)明提出的頻率修正公式修正雙頻條件下粘彈減擺器的激振頻率。第五步，修正雙頻條件下的槳葉擺振固有頻率，由于雙頻條件跟單頻條件不同，因此需要進(jìn)ー步修正槳葉擺振固有頻率。第六步，求解雙頻條件下的旋翼和機(jī)體系統(tǒng)的模態(tài)阻尼。在雙頻條件下，采用特征分析方法得到直升機(jī)旋翼和機(jī)體耦合系統(tǒng)動(dòng)穩(wěn)定性，進(jìn)ー步得到帶粘彈減擺器的直升機(jī)旋翼和機(jī)體耦合系統(tǒng)的模態(tài)阻尼，從而可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)判斷星型柔性槳轂直升機(jī)旋翼和機(jī)體耦合系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)定性。本發(fā)明針對(duì)帶粘彈減擺器直升機(jī)的旋翼和機(jī)體耦合系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)定性問(wèn)題，提出了能夠正確估算“單頻”和“雙頻”條件下粘彈減擺器的復(fù)模量特性的方法，應(yīng)用于星型柔性槳轂直升機(jī)旋翼和機(jī)體耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型能夠準(zhǔn)確判斷直升機(jī)的動(dòng)穩(wěn)定性。本發(fā)明提出了一種雙頻情況下的采用修正的激振頻率的粘彈減擺器模型，并應(yīng)用其能夠正確預(yù)估粘彈減擺器單頻和雙頻條件下復(fù)模量特性的方法，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷前飛情況下帯粘彈減擺器的直升機(jī)在單頻或者雙頻情況下的動(dòng)穩(wěn)定性。


圖I是本發(fā)明中帶粘彈減擺器旋翼和機(jī)體耦合系統(tǒng)動(dòng)穩(wěn)定性判斷方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的直升機(jī)旋翼粘彈減擺器模型及其在直升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明首先提出了一個(gè)能夠同時(shí)應(yīng)用于單頻或者雙頻條件下的激振頻率修正公式，具體描述如下當(dāng)直升機(jī)處于地面運(yùn)轉(zhuǎn)或者懸停飛行吋，如果槳葉擺振面不存在I Ω諧波カ的強(qiáng)迫振動(dòng)，那么槳葉擺振面內(nèi)的擾動(dòng)只引起槳葉的單頻振動(dòng)，單頻工作情況下頻率可以采用擾動(dòng)頻率代替；而在前飛情況下，因周期揮舞引起槳葉擺振面產(chǎn)生周期性的哥氏カ矩，使槳葉產(chǎn)生強(qiáng)迫的擺振運(yùn)動(dòng)，其中以1Ω諧波カ的分量為主，此時(shí)由于幾何耦合的影響，使得粘彈減擺器處于ー個(gè)幅值較大的背景振動(dòng)中。如果此時(shí)存在突風(fēng)等因素的擾動(dòng)，擺振面會(huì)存在擾動(dòng)振動(dòng)，因此粘彈減擺器將在雙頻激振情況下工作，在雙頻情況下，本發(fā)明提供ー種粘彈減擺器模型，該模型采用修正激振頻率。本發(fā)明從能量角度分析，提出了ー個(gè)激振頻率修正公式，由于儲(chǔ)能模量與兩種振動(dòng)(包括旋翼槳葉的背景振動(dòng)和粘彈減擺器的擾動(dòng)振動(dòng))的相對(duì)能量大小有夫，即與背景振動(dòng)頻率O1、擾動(dòng)振動(dòng)頻率ω2、背景振動(dòng)幅值S1和擾動(dòng)振動(dòng)幅值δ2有夫。因此本發(fā)明提出雙頻條件下激振頻率修正公式如下
權(quán)利要求
1.一種粘彈減擺器模型在直升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，其特征在于應(yīng)用該粘彈減擺器模型確定直升機(jī)的動(dòng)穩(wěn)定性，具體步驟如下 第一歩，建立帶粘彈減擺器的直升機(jī)旋翼和機(jī)體耦合系統(tǒng)的平衡方程； 第二步，修正單頻情況下槳葉擺振固有頻率； 第三歩，求解前飛情況下粘彈減擺器的動(dòng)態(tài)位移，粘彈減擺器的動(dòng)態(tài)位移為定常位移和擾動(dòng)值相加； 第四步，采用激振頻率修正公式修正雙頻條件下粘彈減擺器的激振頻率； 第五步，修正雙頻條件下的槳葉擺振固有頻率；對(duì)于星型柔性槳轂旋翼直升機(jī)，雙頻激振條件下的槳葉擺振固有頻率修正公式如下
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種粘彈減擺器模型在直升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，其特征在于第四步中所述的激振頻率修正公式如下
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種粘彈減擺器模型在直升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，其特征在于第二步具體為假設(shè)定常旋轉(zhuǎn)時(shí)不存在由旋翼槳葉旋轉(zhuǎn)造成的強(qiáng)迫振動(dòng)，僅僅存在擾動(dòng)振動(dòng)，此時(shí)粘彈減擺器處于單頻狀態(tài)，減擺器的復(fù)模量為擾動(dòng)振動(dòng)的幅值δ有關(guān)，表明直升機(jī)旋翼粘彈減擺器的復(fù)模量G包括儲(chǔ)能模量G’和耗能模量G"，復(fù)模量的表達(dá)式為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種粘彈減擺器模型在直升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，其特征在于第三步中粘彈減擺器的動(dòng)態(tài)位移如下所示
5.一種粘彈減擺器模型，其特征在于將粘彈減擺器簡(jiǎn)化為非線性彈簧和阻尼的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，采用修正的激振頻率，粘彈減擺器的力fUo，δ Ω)和力矩吣分別表示為
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種粘彈減擺器模型及其在直升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，屬于直升機(jī)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。本發(fā)明提出的粘彈減擺器模型采用激振頻率修正公式，應(yīng)用在直升機(jī)系統(tǒng)中的動(dòng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，具體為首先建立帶粘彈減擺器的直升機(jī)旋翼和機(jī)體耦合系統(tǒng)的平衡方程；然后修正單頻情況下槳葉擺振固有頻率；求解前飛情況下粘彈減擺器的動(dòng)態(tài)位移，修正雙頻條件下粘彈減擺器的激振頻率和槳葉擺振固有頻率；求解雙頻條件下的旋翼和機(jī)體系統(tǒng)的模態(tài)阻尼，從而判斷星型柔性槳轂直升機(jī)系統(tǒng)動(dòng)穩(wěn)定性。本發(fā)明提出的激振頻率修正粘彈減擺器模型具有較強(qiáng)的適用性，可以在單頻或雙頻條件下使用，能夠應(yīng)用于帶粘彈減擺器的鉸接式、無(wú)鉸式和無(wú)軸承式旋翼直升機(jī)設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)B64F5/00GK102689696SQ20121017659
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者任毅如, 向錦武, 張亞軍, 羅漳平, 郭俊賢, 黃明其 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)