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直升机桨叶挥舞运动稳定性分析

作　者: 马玉杰
导　师: 曹登庆
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: 桨叶挥舞参数 Duffing方程 Melnikov方法动平衡
分类号: V224
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

桨叶是直升机旋翼升力系统的重要部件,其动态特性的稳定性直接影响到直升机的飞行品质。本文根据桨叶动态特性参数测量的动平衡试验过程,建立桨叶带复杂空气动力激扰的Duffing非线性挥舞运动方程,通过Melnikov方法分析了桨叶挥舞参数的稳定性和对环境参数的敏感性,并以仿真与试验加以验证。首先建立桨叶挥舞运动模型,把挥舞角按Taylor级数展开,推导出带3次非线性项、周期滑变阻尼和复杂周期激励的Duffing方程。采用Lyapunov稳定性理论研究了桨叶挥舞运动的稳定性;用Melnikov方法导出了由环境阵风引起的旋翼桨叶不稳定振动的阈值。用Melnikov方法分析了桨叶挥舞运动过程中气动刚度、气动阻尼、2倍周期不平衡空气动力激扰作用对系统稳定性的影响,研究了桨叶挥舞的稳定性和系统对环境参数的敏感性。最后通过Matlab彷真程序及现场动平衡试验对上述理论分析结果进行了验证,说明桨叶挥舞运动的Duffing型挥舞运动模型是合理的,也确定了桨叶特性参数校准过程的环境条件,为桨叶校准奠定了基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题研究的背景和意义  8-9
  1.2 国内外相关研究的历史与现状  9-13
    1.2.1 直升机旋翼桨叶的发展状况  9-11
    1.2.2 旋翼桨叶空气动力及气弹稳定性分析模型  11-13
  1.3 本课题主要研究内容  13-14
第2章桨叶挥舞运动的动力学建模  14-28
  2.1 桨叶动平衡试验台  14-21
    2.1.1 桨叶动平衡试验台  14-15
    2.1.2 桨叶动平衡试验挥舞运动模型  15-21
  2.2 Duffing方程的混沌特性  21-24
    2.2.1 Duffing方程  21-22
    2.2.2 混沌振动的主要特征和判据  22-24
  2.3 Melnikov方法求解  24-26
    2.3.1 Melnikov方法简介  24-25
    2.3.2 Melnikov方法实例说明  25-26
  2.4 本章小结  26-28
第3章旋翼桨叶挥舞运动的稳定性分析  28-39
  3.1 Lyapunov稳定性  28-30
    3.1.1 运动稳定性理论简介  28-30
  3.2 基于线性扰动方程的桨叶挥舞运动稳定性分析  30-32
    3.2.1 Lyapunov稳定性定理  30
    3.2.2 小扰动假设稳定性分析  30-32
  3.3 基于非线性Duffing方程的桨叶挥舞运动稳定性分析  32-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章桨叶挥舞运动仿真分析  39-58
  4.1 桨叶挥舞运动模型仿真试验结果  39-51
    4.1.1 基于Duffing方程的桨叶挥舞模型的验证  39-43
    4.1.2 Melnikov方法分析结果的验证  43-45
    4.1.3 定常升力对旋翼桨叶挥舞运动的影响  45-46
    4.1.4 周期阻尼对旋翼桨叶挥舞运动的影响  46-48
    4.1.5 二倍周期耦合微扰对旋翼桨叶挥舞运动的影响  48-51
  4.2 桨叶动平衡试验  51-56
    4.2.1 桨叶动平衡试验现场环境参数的确定  51-53
    4.2.2 桨叶挥舞参数测量  53-56
    4.2.3 试验结果分析  56
  4.3 本章小结  56-58
结论  58-60
参考文献  60-64
攻读学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66

直升机桨叶挥舞运动稳定性分析

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