[发明专利]一种直升机旋翼机体耦合系统模型及其应用

摘要

本发明公开了一种直升机旋翼机体耦合系统模型及其应用，用于分析铰接式、无铰式和无轴承式旋翼直升机系统动稳定性判定，属于直升机设计技术领域。本发明中，旋翼桨叶采用具有当量铰外伸梁的等效桨叶刚体模型或者15自由度的梁单元模型，机体结构采用具有俯仰和滚转自由度的刚体模型或者15自由度的梁单元模型，利用升力线理论计算桨叶剖面气动力。将桨叶运动方程、机体运动方程和气动力模型方程联立组成运动方程组，即得到直升机旋翼和机体耦合系统的运动方程，求解所述运动方程得到直升机系统动稳定性。本发明提出的直升机旋翼机体耦合系统模型具有较高的可靠性，采用时域分析方法能够准确的分析直升机系统的动稳定性能。

主权项

一种直升机旋翼机体耦合系统模型，其特征在于：所述的模型包括旋翼的结构模型、机体的结构模型和气动力模型，通过各模型的运动方程建立直升机旋翼和机体耦合系统的运动方程，求解所述运动方程得到直升机旋翼和机体耦合系统的动稳定性；所述的旋翼的结构模型：当直升机旋翼和机体耦合系统模型用来进行直升机旋翼和机体的参数研究和分析，此时在旋翼的结构模型建立中只考虑了基本的桨叶挥舞和摆振模态，采用桨叶等效刚体模型；而当需要确定直升机旋翼和机体耦合系统在前飞时的气动弹性稳定性和空中共振稳定性时，则采用的旋翼的结构模型为将连接在桨毂上的桨叶离散为若干个梁单元，相邻的两个梁单元之间的线位移和角位移是连续的，每一个梁单元有两个外节点和三个内节点，两个外节点分别有六个自由度，三个内节点均只有一个自由度，因此每一个梁单元具有十五个自由度；所述的机体的结构模型：将直升机机身结构作为一个考虑了俯仰和滚转运动刚体模型，在悬停和前飞情况下，旋翼和机体模型绕各自的重心旋转；地面共振分析则采用机体模态瞬时转动中心作为机体的转动中心；当需要确定机体在直升机旋翼和机体耦合系统的振动特性时，则机体采用弹性机体模型，弹性机体模型也采用十五个自由度的梁单元结构，将机体质量均匀分布在梁单元上，机体由若干个梁单元组成，此时机体考虑三个方向上的平动和三个方向上的转动自由度；所述的气动力模型：利用升力线理论计算桨叶剖面气动力，针对不同的状态采用不同的气动力模型，若评估低频状态下的直升机空中共振问题，采用动力入流模型；而对于扰动运动情况下，用涉及到非定常气动力效应的扩展Pitt/Peters动力入流模型；最后对于定常状态则采用定常入流模型。