[發明專利]一種提高無軸承旋翼氣彈穩定性的裝置及其設計方法

無效

• 申請號: 201210140164.5
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102653315A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 向錦武;高文杰;任毅如;羅漳平;郭俊賢;張亞軍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64C27/32
• 分類號: B64C27/32;B64C27/51
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

1.一種提高無軸承旋翼氣彈穩定性的裝置，包括主槳葉、扭矩套、柔性梁、槳轂和變距拉桿，其特征在于：所述的裝置還包括設置在槳轂和扭轉套之間的擺振銷；所述的擺振銷為一個夾角為90度的雙桿結構，圓形截面，一端通過中心支承和水平桿連接在槳轂上；另一端則與扭矩套剛性連接。

2.根據權利要求1所述的一種提高無軸承旋翼氣彈穩定性的裝置，其特征在于：槳葉靜止時，擺振銷結構中與中心支承連接的部分與槳轂軸線垂直，而擺振銷與扭矩套連接的部分與槳轂軸線平行。

3.一種權利要求1所述的提高無軸承旋翼氣彈穩定性的裝置的設計方法，其特征在于：所述的設計方法包括如下步驟：

第一步，根據設計要求確定設計變量；

所述的設計變量包括擺振銷的水平部分長度和垂直部分長度，如果擺振銷為非剛性結構，還要包括擺振銷的截面半徑尺寸，所述的擺振銷為圓形截面；

第二步，依據無軸承旋翼結構強度、空間等要求，確定各個設計變量的上、下限，將每一個設計變量在上、下限之間等間距分為若干個設計點，將各個設計變量的設計點之間依次組合，從而形成一個設計空間；

第三步，對設計空間中的每一個設計點對應的無軸承旋翼氣彈穩定性進行求解，得到與設計空間中的設計點一一對應的代表無軸承旋翼直升機氣彈穩定性的參數；

第四步，采用二階或多階多項式響應面函數建立氣彈穩定性關于設計點的函數，以設計變量的上、下限作為約束條件求解此函數，從而得到具有最佳的氣彈穩定性的無軸承旋翼結構。

4.根據權利要求3所述的設計方法，其特征在于：第三步中所述的氣彈穩定性求解，過程如下：

(1)建立無軸承旋翼槳葉運動的有限元方程：

[M]{q··}+[C]{q·}+[K]{q}={Q}---(2)]]>

其中：[M]、[C]、[K]和{Q}分別是旋翼槳葉總體質量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣和廣義力向量；q是槳葉總體節點位移，分別表示槳葉總體節點位移對時間的一階和二階導數；

(2)建立無軸承旋翼結構的槳葉運動方程：

[M′]{q··}+[C′]{q·}+[K′]{q}={Q′}---(3)]]>

其中：[M′]、[C′]、[K′]和{Q′}分別是考慮擺振銷影響的旋翼槳葉總體質量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣和廣義力向量；

(3)氣彈穩定性求解：去掉無軸承旋翼槳葉運動的有限元方程中與時間有關的項后如下:

[K′(q₀)]{q₀}＝{Q′}?????????（4）

采用迭代法求解上述方程，得到旋翼槳葉的平衡解q₀，q₀是槳葉平衡時的總體節點位移；假設無軸承旋翼槳葉運動的有限元方程的解q由平衡解q₀和擾動解Δq組成，即：q＝q₀+Δq，假設擾動運動是關于平衡位置的小擾動，得槳葉的攝動方程為:

[M′(q0)]{Δq··}+[C′(q0)]{Δq·}+[K′(q0)]{Δq}={0}---(5)]]>

再根據槳葉攝動方程的特征值來判斷無軸承旋翼的懸?；蛘咔帮w情況下氣動彈性穩定性：取一階擺振運動的特征值，如果特征值的實部ζ小于零，那么槳葉的運動是穩定的；否則，槳葉運動不穩定；

由此得到與n×m×l設計空間對應的n×m×l個代表旋翼槳葉氣彈穩定性的特征值實部ζ_i，i＝12...n×m×l，即無軸承旋翼結構的一階擺振阻尼。