[發明專利]一種無鉸式旋翼槳葉模型及其鋪層設計方法

無效

• 申請號: 201210168848.6
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102722609A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 向錦武;任毅如;羅漳平;郭俊賢;張亞軍;黃明其
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

1.一種無鉸式旋翼槳葉模型，其特征在于：由槳轂、垂直柔性梁、水平柔性梁、主槳葉和變距鉸組成，垂直柔性梁直接固定連接在槳轂上，垂直柔性梁和水平柔性梁剛性連接，水平柔性梁則固定連接在主槳葉和垂直柔性梁之間。

2.一種無鉸式旋翼槳葉鋪層設計方法，其特征在于：

第一步，根據直升機旋翼槳葉的結構靜強度和動強度要求，對垂直柔性梁和水平柔性梁進行初步鋪層設計，給出設計空間；

第二步，建立旋翼槳葉氣彈穩定性的動力學方程；

第三步，確定氣彈穩定性；

第四步，求解設計空間中的下一個設計點，重復第二步～第三步，直到設計空間的所有設計點的氣彈穩定性均完成計算，即得到每一種旋翼槳葉鋪層設計情況下的特征指數；

第五步，由設計空間N的n個設計點得到對應的n個反映氣彈穩定性的特征指數，建立一個氣彈穩定性特征指數關于設計點的函數關系，求解此函數；滿足特征指數的實部小于0，并且最小時旋翼系統具有最佳的氣彈穩定性，由此得到最佳的氣彈穩定性所對應的旋翼槳葉鋪層設計方案。

3.根據權利要求2所述的一種無鉸式旋翼槳葉鋪層設計方法，其特征在于：所述的建立旋翼槳葉氣彈穩定性的動力學方程的具體步驟為：

（1）根據二維截面特性模型確定截面剛度矩陣：將一維梁上任意點位移分為三個方向上的自由度，即位移為s＝[uvw]^T，應力和應變同時考慮面內和面外兩種情況；截面上任一點的位移也分為兩部分，即s′＝[vg]^T，其中v為二維截面上任意一點在變形過程中隨參考截面引起的位移量，g為與參考截面上對應的面內和面外翹曲位移量，采用有限元方法，即得到剖面剛度矩陣K；

（2）根據一維梁模型得到運動方程：假定槳轂為剛性，主槳葉、水平柔性梁和垂直柔性梁基于中等變形梁理論，考慮槳葉預錐、預掠、預扭和鉸偏置的影響，復合材料槳葉滿足小應變假設，由Hamilton原理得運動方程:

Mq··+Cq·+Kq=F]]>

其中q為梁單元的節點位移向量，M和C分別為包括了氣動力和慣性力影響的質量和阻尼矩陣，F為包括所有外力和非線性項影響的外力，K為包括了氣動力、慣性力和結構影響的剖面剛度矩陣；

（3）采用有限元方法對槳葉離散，其中垂直柔性梁和水平柔性梁均離散為一個梁單元，主槳葉離散為若干個梁單元，均采用了具有2個端節點，3個內節點共計20個自由度的梁單元模型；結合有限元方法和運動方程，由此建立了旋翼槳葉的動力學模型。

4.根據權利要求2所述的一種無鉸式旋翼槳葉鋪層設計方法，其特征在于：所述的設計空間為：

N＝(N₁N₂...N_n)

其中一共有n個設計點，N_i為第i個設計點，其中每一個設計點N_i包含了兩個設計變量(t_iθ_i)，即每個設計點包括了每一層復合材料的厚度t_i和鋪層角度θ_i，i＝1,2...n。