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带液弹减摆器的旋翼/机体耦合系统稳定性分析

作　者: 付双检
导　师: 杨卫东
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 直升机动力学液弹阻尼器稳定性分析旋翼/机体耦合系统非线性模型
分类号: V215.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 43次
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内容摘要

直升机旋翼/机体耦合系统动稳定性是直升机动力学设计的基本问题之一,为提高旋翼/机体耦合动稳定性,一般还需要在旋翼系统中安装阻尼器。本文所做工作就是带液弹阻尼器的旋翼/机体耦合系统的稳定性研究。在阻尼器建模过程中,本文将其分成两个部分:粘弹部分、液压部分。粘弹部分建模是在线性滞弹位移场(ADF)模型的基础上,引入了粘弹性材料的非线性特性,建立了一个通用的粘弹阻尼器的非线性滞弹位移场(ADF)模型。液压部分采用工程计算的处理方法来得到液压部分产生的广义阻尼力和阻尼力矩。在带液弹阻尼器的旋翼/机体耦合系统的动力学模型建立过程中,首先利用广义Hamilton原理建立旋翼/机体耦合系统动力学方程。再建立液弹阻尼器的有限元方程。将液弹阻尼器的有限元方程集成到旋翼/机体耦合系统动力学方程中去,形成带液弹阻尼器的旋翼/机体耦合系统的动力学方程。针对方程的求解,采用四阶Runge-Kutta法,可以得到系统的稳态响应和到达稳态响应的时间历程。然后,在稳态响应的基础上利用雅各比矩阵对非线性方程进行了线化,线化后的方程利用多桨叶坐标变换转换到固定系下后,利用特征值分析(地面、悬停)或Floquet理论(前飞)对系统进行了稳定性分析;本文在对带液弹阻尼器的旋翼/机体耦合系统稳定性分析时,分别对液弹阻尼器模型为非线性模型和线性模型这两种情况下的稳定性进行比较,同时对比了这两种情况下的响应和载荷。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
图表清单  8-10
符号注释表  10-12
第一章绪论  12-19
  1.1 研究的目的和意义  12-15
  1.2 国内外理论与试验的研究概况  15-17
    1.2.1 直升机“地面共振”和“空中共振”的研究进展  15-16
      1.2.1.1 国外研究概况  15-16
      1.2.1.2 国内研究概况  16
    1.2.2 非线性阻尼器及其对旋翼/机体耦合系统动稳定性影响研究进展  16-17
  1.3 本论文研究的主要内容  17-19
第二章液弹阻尼器的建模与特性分析  19-30
  2.1 引言  19
  2.2 液弹阻尼器建模  19-25
    2.2.1 液弹阻尼器粘弹部分建模  20-22
    2.2.2 液弹阻尼器液压部分建模  22-25
  2.3 液弹阻尼器特性研究以及模型参数的识别  25-29
    2.3.1 液弹阻尼器参数影响分析  25-27
    2.3.2 液弹阻尼器模型参数识别  27-29
      2.3.2.1 线性复模态分析  27-28
      2.3.2.2 非线性范围内进行ADF 模型参数识别  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章带液弹阻尼器的旋翼/机体耦合系统的动力学模型  30-45
  3.1 引言  30
  3.2 旋翼/机体耦合运动方程  30-37
    3.2.1 坐标系及其转换关系  30-31
    3.2.2 旋翼桨叶的运动学描述  31-32
    3.2.3 利用Hamilton 原理建立方程  32
    3.2.4 系统的动能及其变分  32-33
      3.2.4.1 桨叶的动能及其变分  32-33
      3.2.4.2 机体的动能及其变分  33
    3.2.5 系统的应变能及其变分  33-34
    3.2.6 系统的虚功及其变分  34-37
      3.2.6.1 气动力虚功及其变分  34-36
      3.2.6.2 其他非有势力虚功及其变分  36-37
  3.3 液弹阻尼器的有限元方程  37-38
    3.3.1 粘弹部分方程建立  37-38
    3.3.2 液压部分方程建立  38
  3.4 方程的集成  38-41
  3.5 方程的求解  41-44
    3.5.1 高斯积分法  41
    3.5.2 求解方法以及算例  41-44
  3.6 本章小结  44-45
第四章带液弹阻尼器的旋翼/机体耦合系统稳定性分析  45-59
  4.1 引言  45
  4.2 瞬态响应分析方法  45-51
  4.3 线化特征值分析方法  51-54
    4.3.1 扰动运动方程  51-52
    4.3.2 Floquet 理论以及常系数假设法  52-54
  4.4 稳定性分析  54-56
  4.5 响应以及阻尼力比较  56-58
  4.6 小结  58-59
第五章总结与展望  59-61
  5.1 工作总结  59
  5.2 主要结论  59-60
  5.3 进一步的研究工作  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
在学期间的研究成果及发表的学术论文  66-67
附录A 各坐标系及其变换关系  67-68

带液弹减摆器的旋翼/机体耦合系统稳定性分析

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