[發明專利]一種復合材料槳葉剖面特性計算方法

有效

• 申請號: 201710480491.8
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107220458B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 高磊;夏雙滿;謝志遠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱哈飛航空工業有限責任公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F119/14;G06F113/26
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 俞曉祥

本發明屬于直升機設計領域，具體涉及一種復合材料槳葉剖面特性計算方法。槳葉剖面特性是直升機旋翼動力學計算最基本的原始參數，槳葉剖面特性的準確性是研判直升機旋翼動力學特性好壞的前提，對于旋翼動力學設計至關重要。本發明的復合材料槳葉剖面特性計算方法，根據槳葉結構、翼型理論外形數據和材料數據構建槳葉各剖面的數據文件，對于剛度計算，考慮到復合材料的各向異性性能，采用了模量加權的方法；對于質量計算，采用了有限元的思想。為槳葉動力學分析設計提供準確的基礎數據，可以快速、準確計算槳葉剖面特性，并能夠快速完成槳葉優化設計，突破旋翼系統動力學設計技術。

技術領域

本發明屬于直升機設計領域，具體涉及一種復合材料槳葉剖面特性計算方法。

背景技術

槳葉剖面特性是直升機旋翼動力學計算最基本的原始參數，槳葉剖面特性的準確性是研判直升機旋翼動力學特性好壞的前提，對于旋翼動力學設計至關重要。

目前直升機槳葉剖面特性計算方法主要有兩種：

1)采用Euler-Bernoulli梁理論，但是這種方法主要適用于金屬槳葉，而且扭轉剛度計算不準確；

2)采用有限單元法進行計算，能夠充分考慮結構的復雜性，還可以考慮揮擺扭三者間的耦合，但需要人工劃分網格，工作量大，周期長。

發明內容

本發明的復合材料槳葉剖面特性計算方法，為槳葉動力學分析設計提供準確的基礎數據，可以快速、準確計算槳葉剖面特性，并能夠快速完成槳葉優化設計，突破旋翼系統動力學設計技術。

槳葉包括前端的C型梁，中部的Z型梁和后部的Z型梁，在C型梁和中部的Z型梁之間構成Ⅰ壁室，在中部的Z型梁和后部的Z型梁之間構成Ⅱ壁室，在后部的Z型梁到末尾構成Ⅲ壁室。根據槳葉結構、翼型理論外形數據和材料數據構建槳葉各剖面的數據文件，包括：

ρ—剖面各分區的密度，E—剖面各分區的彈性模量，G—剖面各分區的剪切模量。

對于剛度計算，考慮到復合材料的各向異性性能，采用了模量加權的方法；對于質量計算，采用了有限元的思想。

計算公式如下：

線密度:

質心偏置:

張力中心偏置:

拉伸剛度:EA＝∫∫_AE·dA (4)

揮舞剛度:EI_y＝∫∫_AE·(Z-Z_T)²dA (5)

擺振剛度:EI_z＝∫∫_AE·(Y-Y_T)²dA (6)

揮擺耦合剛度:EI_yz＝∫∫_AE·(Y-Y_T)·(Z-Z_T)dA (7)

揮舞慣量:PI_y＝∫∫_Aρ·(Z-Z_T)²dA (8)

擺振慣量:PI_z＝∫∫_Aρ·(Y-Y_T)²dA (9)

對于扭轉剛度采用的是多壁室的方法來求解，計算公式如下：