[发明专利]一种旋翼系统装试验台耦合固有频率计算方法

说明书

本发明属于直升机旋翼动力学领域，具体涉及一种旋翼系统装试验台耦合固有频率计算方法。所述方法包括：在试验台坐标系中描述试验台和旋翼桨叶的整体运动，计及试验台运动和桨叶运动的耦合作用；根据所述耦合作用得到桨叶上任意一点的矢径和速度；利用得到的矢径和速度，计算桨叶的应变能和动能；通过实验测试得到试验台的应变能和动能；利用桨叶、试验台的应变能和动能，采用Hamilton’s原理推导得到旋翼/试验台耦合系统的运动学方程；求解所述动力学方程旋翼/试验台耦合系统的固有特性。本发明将试验台结构模态参数与旋翼结构参数进行拼装得到耦合系统动力学方程，分析试验台对旋翼固有频率的影响规律。

技术领域

本发明属于直升机旋翼动力学领域，具体涉及一种旋翼系统装试验台耦合固有频率计算方法。

背景技术

对于装在试验台上的直升机旋翼,在以往旋翼固有特性的计算中,没有考虑试验台与旋翼耦合对旋翼固有频率的影响,认为旋翼在旋转中心是固支的,这样使得计算结果与实际情况有比较大的差别。

孤立旋翼理论模型是基于桨毂中心坐标描述桨叶上任一点在惯性坐标系中的位形，并采用Hamilton’s原理推导系统的动力学方程。

δU，系统应变能；δT，系统动能；δW，系统外力虚功。将其写为矩阵模式，即为孤立旋翼总体矩阵。

上述方程中没有考虑试验台对旋翼系统的影响，特别是试验台旋翼轴刚度和惯量等参数对耦合系统的作用在动力学方程中无处体现，使得仿真计算值与实际测量值有很大差别，无法对旋翼/试验台耦合系统进行固有频率参数影响分析，得不到试验台各结构参数对旋翼固有频率的影响规律，具有较大的局限性。

发明内容

发明目的：提供一种旋翼系统装试验台耦合固有频率计算方法，在孤立旋翼分析方法的基础上，考虑旋翼和试验台的耦合因素，将试验台结构模态参数与旋翼结构参数进行拼装得到耦合系统动力学方程，分析试验台对旋翼固有频率的影响规律。

发明技术方案：提供一种旋翼系统装试验台耦合固有频率计算方法，所述方法包括：在试验台坐标系中描述试验台和旋翼桨叶的整体运动，计及试验台运动和桨叶运动的耦合作用；根据所述耦合作用得到桨叶上任意一点的矢径和速度；

利用得到的矢径和速度，计算桨叶的应变能和动能；通过实验测试得到试验台的应变能和动能；

利用桨叶、试验台的应变能和动能，采用Hamilton’s原理推导得到旋翼/试验台耦合系统的运动学方程；求解所述动力学方程旋翼/试验台耦合系统的固有特性。

进一步地，通过共振法获得试验台的应变能和动能，具体为：使用激振设备对试验台某点施加一个激励，再通过试验台上安装的测试仪器得出各测试点的加速度、速度和位移；根据得到的各测试点的加速度、速度和位移计算得出试验台的应变能和动能。

进一步地，在试验台坐标系中描述试验台和旋翼桨叶的整体运动包括：首先，定义试验台/旋翼耦合系统坐标系系统，然后根据所述坐标系系统进行坐标转换得到旋翼桨叶的整体运动。

进一步地，试验台/旋翼耦合系统坐标系系统的建立包括：首先，以试验台与地面连接处某点为原点建立地面固定惯性坐标系；然后，建立试验台坐标系、桨毂不旋转坐标系、桨毂旋转坐标系、桨叶未变形坐标系和桨叶变形坐标系，及各坐标系之间的转换矩阵。

进一步地，桨叶的应变能和动能的计算方法为：根据桨叶上任意一点的矢径和速度，首先计算出桨叶上任意一点矢径和速度在地面惯性坐标系中的表达式，然后推导出桨叶上任意一点的应变能和动能变分，再通过积分求得整片桨叶的应变能δU和动能δT表达式。