[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

技術領域

本發明屬于直升機動力學領域，具體涉及一種提高無軸承旋翼氣彈穩定性的擺振銷裝置及其設計方法，可用于無軸承旋翼直升機設計。

背景技術

旋翼是為直升機飛行產生升力、前進力和操縱力的核心部件，因此其設計和分析是直升機的關鍵技術。傳統的鉸接式直升機，槳轂采用金屬結構，構造復雜、重量大且維護檢修成本高，壽命短，并且旋翼操縱功效較小。

無軸承旋翼系統是繼鉸接式、半鉸接式和無鉸式旋翼后產生的新型直升機旋翼系統，是目前最為先進的直升機旋翼系統之一。相對于鉸接式和無鉸式旋翼等直升機結構，無軸承旋翼直升機具有如下優點：首先其結構簡單，零件數目少，制造成本低和操作功效高，對要求大機動的武裝直升機具有特別的意義；其次無軸承旋翼采用全復合材料結構，破損安全性好，無需維護，壽命長達幾萬小時甚至無限壽命；最后無軸承旋翼阻力小、重量輕、外形尺寸小，因此無軸承旋翼的產生對直升機技術發展具有重要意義。

由于在無軸承旋翼中取消了傳統的擺振鉸、揮舞鉸和變距鉸，在槳葉根部采用了柔性梁結構，使得旋翼槳葉存在強烈的非線性揮舞-擺振-變距耦合，進而影響到直升機的飛行動力學特性，因此相對于其它類型直升機來說，無軸承旋翼的氣動-結構耦合問題非常突出。在一定的條件下，由于這些耦合作用，各個自由度運動之間會相互激勵，如果這個相互激勵的作用超過了無軸承旋翼系統的阻尼，就會出現旋翼的氣彈不穩定，甚至出現結構破壞。直升機要保證在飛行包線內不出現任何氣彈不穩定性問題，并且還應留有足夠的穩定裕度。此外為了避免過高的結構應力，無軸承旋翼槳葉往往采用面內柔軟方案，這種面內柔軟結構使得旋翼對氣彈不穩定性比較敏感。同時扭矩套的使用導致了多路傳力系統的出現，產生了載荷冗余現象，使得無軸承旋翼的氣彈穩定性分析比傳統的無鉸式旋翼和鉸接式旋翼要復雜得多。

傳統的無軸承旋翼直升機的槳葉主要由主槳葉、柔性梁和扭矩套等結構組成。其中主槳葉是直升機產生升力的主要裝置；柔性梁是主槳葉與槳轂連接的部件，承受較大的彎曲和扭轉變形；扭矩套與主槳葉和變距拉桿連接，主要用來承受變距拉桿的變距操作力，并將其傳遞給主槳葉，從而實現變距操作。而由于無軸承旋翼槳葉采用面內柔軟結構且存在強烈的耦合作用，氣彈穩定性問題十分嚴重，因此如何提高旋翼的氣彈穩定性是無軸承旋翼直升機設計中的重要問題。

發明內容

本發明為了克服現有技術的不足，提出了一種提高無軸承旋翼氣彈穩定性的裝置及其設計方法。此裝置是在現有的無軸承旋翼直升機結構的基礎上，考慮到扭矩套的特殊布置形式，在旋翼槳轂和扭轉套之間增加了擺振銷。該擺振銷主要用來限制扭矩套的運動，通過合理的設計能夠達到提高無軸承旋翼氣彈穩定性的目的。本發明在此基礎上提出了擺振銷的設計方法，由于描述直升機氣彈穩定性的主要參數是系統特征值的實部，如果實部小于零，則代表系統是穩定的，而且實部越小說明系統越穩定。因此本發明為了得到新的無軸承旋翼直升機具有最佳的氣彈穩定性情況下的結構型式，提出了相應的設計方法，主要步驟如下：

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，根據設計需求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表征無軸承旋翼氣彈穩定性的參數。

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。

本發明的優點在于：

在無軸承旋翼上設置擺振銷能夠限制扭矩套的運動，并且可以增加槳葉的擺振阻尼，進而達到提高無軸承旋翼氣彈穩定性的目的。

本發明提出的設計方法考慮了擺振銷的結構型式、尺寸和位置等參數，可以得到具有最佳氣彈穩定性的無軸承旋翼結構型式。

附圖說明

圖1是本發明中的無軸承旋翼裝置結構示意圖；

圖2是本發明中的無軸承旋翼裝置結構型式及其位置示意圖；

圖3是本發明中的無軸承旋翼裝置的水平桿位置示意圖；

圖4是本發明中的擺振銷設計方法流程圖；

圖中:

1、主槳葉；??2、扭矩套；3、柔性梁；??4、擺振銷；