一種多路傳力旋翼槳轂結構動力學建模方法技術

一種多路傳力旋翼槳轂結構動力學建模方法，屬于直升機動力學設計技術，為防止無軸承旋翼地面共振和擴展空中共振邊界，本發明專利技術從柔性梁、操縱拉桿、阻尼器和袖套的剛度配置、位移協調等方面提代了準確的建模分析和設計手段，首先進行多路傳力旋翼槳轂結構動力學有限元建模，將所述槳轂結構組成部件上的非獨立節點自由度用節點自由度線性表示，之后即根據槳轂結構組成部件上節點自由度的獨立性和相關性，確定獨立節點、相關節點以及槳轂結構組成部件與連接節點的位移協調關系，建立多路傳力旋翼槳轂結構動態剛度陣。通過該動力學建模，突破了多路復雜傳力旋翼槳轂構型設計與分析關鍵難點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于直升機動力學設計技術，設及多路傳力旋翼獎穀結構動力學建模方 法。
技術介紹
無軸承旋翼是目前最先進的直升機旋翼結構型式，它使用復合材料柔性梁取代傳 統較接式旋翼獎穀的水平較、垂直較和軸向較。柔性梁一方面可W在承受獎葉離屯、力載荷 時，利用揮舞、擺振和扭轉自由度的變形實現獎葉所需的揮舞、擺振和變距運動，變形復雜； 同時，另一方面由于柔性梁提供了較大的揮舞和擺振剛度，使操縱功效和擺振頻率高。為提 供足夠阻巧消除地面共振和空中共振不穩定性，需要增加人工阻巧器。旋翼的獎距控制系 統需要與獎穀連接，實現對獎葉的變距控制。為此獎穀構型設計增加了袖套，每個獎穀支臂 與柔性梁連接，柔性梁外套一剛度大的袖套，袖套靠獎穀中屯、一端的外側通過阻巧器與剛 性桿連接，再與通過剛性桿連接柔性梁，袖套外側還與獎距控制系統連接，另一端與柔性梁 和獎葉連接，如附圖所示。該類獎穀構型使柔性梁、袖套、阻巧器和獎距控制系統的運動、變 形復雜，但傳力路線清浙。因此，準確描述該一多路傳力獎穀構型的結構動力學特性建模技 術，是無軸承旋翼直升機地面共振和空中共振，W及旋翼與機體禪合動力學建模分析的關 鍵技術之一。 國外在多個直升機型號上成功應用多路傳力旋翼獎穀設計分析技術，既巧妙又準 確地利用多路傳力構型設計實現了提高無軸承旋翼擺振阻巧，滿足消除地面共振和空中共 振的型號設計目標。如B0-105,阿帕奇和科曼奇等先進行直升機旋翼獎穀都采用多路傳力 獎穀構型，所掌握的建模技術廣泛用于各種旋翼構型的直升機旋翼與機體禪合動力學建模 分析中。 目前國內直升機旋翼獎穀構型設計還主要針對較接式，最典型的是球柔性獎穀構 型，沒有開展多路傳力的旋翼獎穀構型設計研究。無軸承旋翼技術中最首要的旋翼動力學 和旋翼與機體禪合動力學建模都設及到多路傳力無軸承旋翼獎穀結構動力學建模技術問 題，該項建模技術成為了發展W先進無軸承旋翼技術為代表的先進直升機技術的關鍵技 術。因此，開展多路傳力旋翼獎穀結構動力學建模方法研究，結合無軸承旋翼技術課題研究 與型號驗證，掌握多路傳力旋翼獎穀結構動力學建模分析技術，是研發未來先進直升機的 技術需要。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題；針對現代直升機旋翼獎穀結構設計向多路傳力方向發 展，包括旋翼結構動力學、氣彈動力學設計分析都必須建立準確的動力學模型，獎穀結構動 力學是解決無軸承旋翼等新構型直升機地面共振和空中共振、旋翼與機體禪合動力學建 模的關鍵一環，本專利技術提出了適用于多路傳力旋翼獎穀結構動力學分析建模方法，主要包 括： (1)進行多路傳力旋翼獎穀結構動力學有限元建模，即根據獎穀結構組成部件的 傳力、運動和變形條件，將所述獎穀結構組成部件用梁單元、桿單元和彈性阻巧單元模擬， 根據獎穀主傳力路線、獎穀輔助傳力路線W及所述獎穀結構組成部件連接點的位移協調關 系，將所述獎穀結構組成部件上的非獨立節點自由度用節點自由度線性表示； (2)即根據獎穀結構組成部件上節點自由度的獨立性和相關性，確定獨立節點、相 關節點W及獎穀結構組成部件與連接節點的位移協調關系；[000引 做建立多路傳力旋翼獎穀結構動態剛度陣，即根據所述獨立節點、相關節點W及 獎穀結構組成部件與連接節點的位移協調關系，導出多路傳力旋翼獎穀結構有限元獨立節 點運動與節點載荷的關系陣，將所述關系陣聯立，根據主傳力關系，用獨立節點位移表示非 獨立節點位移，導出操縱拉桿、阻巧器和袖套傳力結構對主傳力結構的附加動態剛度陣。 優選的是，柔性梁與袖套外端為獎穀主傳力路線。 在上述任一方案中優選的是，阻巧器與獎距控制系統為獎穀輔助傳力路線。 在上述任一方案中優選的是，將所述獎穀結構組成部件上的非獨立節點自由度 用節點自由度線性表示采用的方法包括靜態縮減技術。 在上述任一方案中優選的是，所述獎穀結構組成部件與連接節點的位移協調關系 包括阻巧器與袖套連接節點、阻巧器與柔性梁連接節點、袖套與柔性梁連接節點W及操縱 拉桿與袖套連接節點之間的位移協調關系。 在上述任一方案中優選的是，多路傳力旋翼獎穀結構有限元獨立節點運動與節點 載荷的關系陣包括操縱拉桿變形、阻巧器和袖套=者分別與節點載荷的關系。 在上述任一方案中優選的是，所述導出多路傳力旋翼獎穀結構動態剛度陣采用的 方法包括靜態縮減技術，基于稀疏網格技術減少配置點數。[001引本專利技術關鍵點是： 提出了一種多路傳力旋翼獎穀結構動力學建模方法，利用該方法可對新構型旋翼 獎穀、無軸承旋翼獎穀，W及具有復雜傳力路徑的獎穀構型，建立只包括獎穀結構獨立節點 自由度的結構動力學模型，和獨立節點運動與相關節點運動的位移關系，解決了無軸承旋 翼等新構型直升機旋翼與機體禪合動力學建模關鍵技術之一；提出了多路傳力旋翼獎穀結構有限元模型； 提出了各傳力結構部件位移協調關系處理方法； 提出了多路傳力旋翼獎穀結構動態剛度陣的導出方法。 本專利技術的有益效果；該項建模技術準確處理了多路傳力的新構型獎穀結構的變 形、運動與所傳遞力的關系。該項技術已成功應用于無軸承旋翼動力學建模、無軸承旋翼 機地面共振和空中共振設計分析，對如何防止無軸承旋翼地面共振和擴展空中共振邊界， 從柔性梁、操縱拉桿、阻巧器和袖套的剛度配置、位移協調等方面提代了準確的建模分析和 設計手段。該建模處理方法還將用于未來各種新構型獎穀結構動力學建模，突破了多路復 雜傳力旋翼獎穀構型設計與分析關鍵技術。【附圖說明】 圖1是按照本專利技術多路傳力旋翼獎穀結構動力學建模方法的一優選實施例的多 路傳力獎穀有限元模型。[002引其中，a為剛性桿，b為袖套，c為阻巧器，d為柔性梁，e為獎葉，1-9為節點號。【具體實施方式】 下面結合附圖對本專利技術所設及的多路傳力旋翼獎穀結構動力學建模方法做進一 步詳細說明。 本專利技術多路傳力旋翼獎穀結構動力學建模方法首先進行多路傳力旋翼獎穀結構 動力學有限元建模。根據獎穀結構各組成部件（柔性梁、袖套、阻巧器和獎距控制系統）的 傳力、運動和變形條件，將各組成部件用梁單元、桿單元和彈性阻巧單元模擬，根據柔性梁 與袖套外端為獎穀主傳力路線的特點W及阻巧器與獎距控制系統為獎穀輔助傳力路線的 特點，W及柔性梁與袖套、阻巧器和獎距控制系統連接點的位移協調關系，采用靜態減縮 技術，把袖套、阻巧器和獎距控制系統上的非獨立節點自由度用柔性梁上的節點自由度和 袖套上其它點的自由度線性表示，如圖1所示，節點1是柔性梁與獎穀連接點，2、3、4、5巧）、 6、9號節點是主傳力結構獨立節點，袖套上節點7和節點8為輔助傳力結構節點，它不傳遞 獎葉離屯、力，與柔性梁一起傳遞獎葉根部的彎矩和獎葉較鏈力矩，也傳獎距操縱拉桿輸入 載荷對獎葉的扭矩，節點7需要縮減掉。袖套上一側的節點7 (如有支臂再伸長到設計位置） 是獎距控制點，小拉桿與該點連接。節點2與節點7之間是阻巧器（下一半對稱相同）。需 要將7、8號節點與2和5號節點位移進行協調后縮減掉，袖套上8號節點和6號節點分別 與柔性梁和獎葉連接，因此，8號節點和6號節點實際上就是5號節點和6號節點。5號節 點和6號節點之間的梁單元是袖套。阻巧器在擺振方向提供剪切動剛度，而在揮舞方向提 供當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多路傳力旋翼槳轂結構動力學建模方法，其特征在于：(1)進行多路傳力旋翼槳轂結構動力學有限元建模，即根據槳轂結構組成部件的傳力、運動和變形條件，將所述槳轂結構組成部件用梁單元、桿單元和彈性阻尼單元模擬，根據槳轂主傳力路線、槳轂輔助傳力路線以及所述槳轂結構組成部件連接點的位移協調關系，將所述槳轂結構組成部件上的非獨立節點自由度用節點自由度線性表示；(2)即根據槳轂結構組成部件上節點自由度的獨立性和相關性，確定獨立節點、相關節點以及槳轂結構組成部件與連接節點的位移協調關系；(3)建立多路傳力旋翼槳轂結構動態剛度陣，即根據所述獨立節點、相關節點以及槳轂結構組成部件與連接節點的位移協調關系，導出多路傳力旋翼槳轂結構有限元獨立節點運動與節點載荷的關系陣，將所述關系陣聯立，根據主傳力關系，用獨立節點位移表示非獨立節點位移，導出操縱拉桿、阻尼器和袖套傳力結構對主傳力結構的附加動態剛度陣。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：凌愛民，朱艷，錢峰，
申請(專利權)人：中國直升機設計研究所，
類型：發明
國別省市：江西;36