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虚拟样机技术在倾转旋翼设计中的应用

作　者: 邵松
导　师: 张呈林
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 倾转旋翼机虚拟样机多体动力学动力学特性变直径倾转旋翼
分类号: V224
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 194次
引　用: 2次
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内容摘要

倾转旋翼机兼有直升机的悬停、垂直起降和固定翼飞机高速前飞的优点,与常规的直升机和固定翼飞机相比其动力学特性的分析相对比较复杂,尤其是倾转过程的动力学特性的分析,该过程动力学数学模型的建立相对困难,本文在研究倾转旋翼机运动过程的基础上,把虚拟样机的可视化、运动学和多体动力学等技术运用到倾转旋翼的研究、设计和分析中。本文的主要研究内容有:建立了多体系统动力学虚拟样机模型,在ADAMS软件平台下对其旋翼/机翼系统的结构动力学特性进行仿真分析,并以V22倾转旋翼机1/5缩比模型为例进行对比分析,结果表明本文所建立的多体动力学模型能够应用于倾转旋翼机的运动学和结构动力学分析、研究。以轴向涡流理论为基础,建立了适合于倾转旋翼机气动分析模型,以XV-15倾转旋翼机作为算例,通过结果的对比,表明本文的气动模型能较好的分析倾转旋翼机的气动性能,并在气动性能的基础上分析了直径变化对倾转旋翼机气动性能的影响。变直径倾转旋翼能有效的改善倾转旋翼机悬停和巡航状态下的气动效率,本文提出了变直径倾转旋翼试验模型设计方案,完成了可变直径倾转旋翼的结构设计,并利用虚拟样机技术对变直径倾转旋翼的运动特性、结构动力学特性以及结构强度进行了分析、研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
图表清单  10-14
第一章绪论  14-21
  1.1 课题背景  14
  1.2 倾转旋翼机国内外发展情况  14-17
    1.2.1 国外倾转旋翼机发展情况  14-17
    1.2.2 国内倾转旋翼机发展情况  17
  1.3 新概念倾转旋翼机  17-18
    1.3.1 联合机翼倾转旋翼机  17
    1.3.2 变直径倾转旋翼机  17-18
  1.4 虚拟样机技术引入倾转旋翼机设计  18-20
    1.4.1 虚拟样机技术概述  18-19
    1.4.2 虚拟样机技术的应用  19
    1.4.3 虚拟样机技术引入倾转旋翼机设计的重要性  19-20
  1.5 本文所做的工作  20-21
第二章倾转旋翼机多体动力学理论基础  21-27
  2.1 引言  21
  2.2 多体系统动力学  21-26
    2.2.1 多刚体动力学理论  22-24
      2.2.1.1 多刚体系统拉格朗日乘子法  22-23
      2.2.1.2 系统动力学方程的建立  23
      2.2.1.3 运动学分析  23-24
      2.2.1.4 动力学方程求解  24
    2.2.2 多柔体系统动力学理论  24-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章倾转旋翼机虚拟样机的建立  27-38
  3.1 引言  27
  3.2 倾转旋翼机多体动学模型  27-28
  3.3 虚拟样机仿真环境  28-32
    3.3.1 几何模型建模  29
    3.3.2 运动学仿真环境  29
    3.3.3 动力学仿真环境  29-30
    3.3.4 基于ANSYS的动力学分析和桨叶有限元网格划分  30-32
  3.4 V-22 倾转旋翼机1/5 缩比模型几何建模  32-34
    3.4.1 基于CATIA的桨叶三维参数外形设计  32-33
    3.4.2 倾转旋翼机构总体构型  33-34
  3.5 基于ANSYS的柔性桨叶的生成  34-35
  3.6 V-22 倾转旋翼机1/5 缩比模型系统建模  35-37
    3.6.1 ANSYS柔性文件的校验  36
    3.6.2 ADAMS中虚拟样机的建立  36-37
  3.7 本章小结  37-38
第四章基于虚拟样机的V-22 1/5 缩比模型仿真分析  38-49
  4.1 引言  38
  4.2 基于刚体动力学模型的运动仿真  38-39
  4.3 多柔体虚拟样机动力学模型仿真、分析  39-46
    4.3.1 孤立桨叶动力学模型分析  39-42
    4.3.2 旋翼动力学特性仿真、分析  42-46
      4.3.2.1 万向铰运动模态分析  42
      4.3.2.2 自动倾斜器模型分析  42
      4.3.2.3 旋翼动力学模型仿真、分析  42-44
      4.3.2.4 旋翼—机翼动力学模型仿真分析  44-46
  4.4 基于倾转旋翼机虚拟样机的桨叶、机翼力矩分析  46-48
  4.5 本章小结  48-49
第五章变直径倾转旋翼气动特性研究  49-58
  5.1 变直径倾转旋翼概念  49-50
  5.2 倾转旋翼机气动特性研究  50-55
    5.2.1 倾转旋翼桨叶设计特点  50
    5.2.2 倾转旋翼气动载荷分析研究  50-55
      5.2.2.1 桨叶上诱导速度分布  51-53
      5.2.2.2 旋翼气动力及气动力矩  53-54
      5.2.2.3 直径变化对倾转旋翼气动性能影响分析  54-55
  5.3 倾转旋翼性能计算分析  55-57
    5.3.1 XV-15 气动性能计算  55-56
      5.3.1.1 数值计算方法框图  55
      5.3.1.2 XV-15 原型参数  55-56
      5.3.1.3 基准数据计算结果与原准机比较分析  56
    5.3.2 变直径倾转旋翼机气动特性影响分析  56-57
  5.4 本章小结  57-58
第六章基于虚拟样机的变直径倾转旋翼模型结构设计和仿真  58-72
  6.1 前言  58
  6.2 变直径倾转旋翼概念  58-59
    6.2.1 变直径桨叶方案  58-59
    6.2.2 变直径桨毂方案  59
  6.3 变直径旋翼结构设计研究  59-63
    6.3.1 变直径桨叶结构设计方案  59-62
      6.3.1.1 变直径桨叶设计  60-62
    6.3.2 变直径旋翼桨毂结构设计  62
    6.3.3 变直径倾转旋翼机构操纵系统设计  62
    6.3.4 变直径倾转旋翼总体造型  62-63
  6.4 基于虚拟样机的变直径旋翼运动学研究  63-66
    6.4.1 变直径倾转旋翼运动特性分析  63-65
    6.4.2 变直径倾转旋翼受力分析  65-66
  6.5 基于ADAMS的虚拟样机动力学特性研究  66-69
    6.5.1 基于ANSYS的弹性扭矩管和外段桨叶的生成  66
    6.5.2 基于ADAMS的变直径倾转旋翼结构动力学特性研究  66
    6.5.3 桨叶动力学特性研究  66-69
  6.6 基于ANSYS的变直径旋翼桨叶应力分析  69-71
    6.6.1 ANSYS应力分析流程  70
    6.6.2 ANSYS应力仿真结果分析  70-71
  6.7 本章小结  71-72
第七章总结与展望  72-74
  7.1 本文的主要研究工作  72
  7.2 本文的创新点  72
  7.3 后续工作展望  72-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
在学期间发表的论文  78
在学期间所获奖励  78-79
附录变直径倾转旋翼结构设计图  79-81

虚拟样机技术在倾转旋翼设计中的应用

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