[發(fā)明專利]一種直升機吊掛柔性機身建模方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011020371.8 | 申請日： | 2020-09-25 |
| 公開（公告）號： | CN112052524B | 公開（公告）日： | 2022-09-06 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 朱希洋;殷士輝;蘇小恒;萬海明;辛冀;陳彬 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國直升機設(shè)計研究所 |
| 主分類號： | G06F30/15 | 分類號： | G06F30/15;G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14 |
| 代理公司： | 中國航空專利中心 11008 | 代理人： | 王世磊 |
| 地址： | 333001 *** | 國省代碼： | 江西;36 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 直升機 吊掛 柔性 機身 建模 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種直升機吊掛柔性機身建模方法，采用變截面變剛度彈性梁模型進行彈性機身建模，然后使用有限元方法進行機身彈性梁模型的模態(tài)求解；其中，所述建模包括：在機身彈性梁上設(shè)置若干個節(jié)點，采用分段剖面質(zhì)量加權(quán)平均的方法近似出一根與機身縱軸平行的直弾性軸，利用機身分段結(jié)構(gòu)質(zhì)量，得到每個梁單元的單元質(zhì)量，利用機身分段剖面剛度數(shù)據(jù)，計算出每個梁單元的剛度矩陣，采用有限元組集的方法得到整個機身的剛度矩陣及質(zhì)量矩陣，求解即可得到機身振動固有頻率和模態(tài)振型，耦合機身剛體運動得到機身不同位置的運動信息，各氣動部件根據(jù)當(dāng)?shù)剡\動信息計算出相對入流進而得到氣動作用力，實現(xiàn)柔性機身變形對直升機吊掛系統(tǒng)的影響建模。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及飛行動力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種直升機吊掛柔性機身建模方法。
背景技術(shù)
吊掛飛行是直升機的一個特色，直升機吊掛飛行的應(yīng)用越來越廣泛，在海事救援、森林救火、地質(zhì)勘探、伐木和電力設(shè)施架設(shè)等諸多領(lǐng)域?qū)乙姴货r，發(fā)揮著舉足輕重的作用。然而，隨著直升機載重增加，機身尺寸也相對較大，機身長度的增加使得機身抗彎剛度相對降低，變形增大，由此造成全機各氣動部件的相對氣流環(huán)境改變，氣動特性發(fā)生變化，進而影響到全機的平衡特性和穩(wěn)定性。對于吊掛飛行，特別是多點吊掛，旋翼升力、尾槳力、平垂尾升力以及吊掛載荷等機身載荷沿機長呈多點分布，對機身產(chǎn)生非常大的彎曲力矩，造成機身較大的變形，由機身變形和變形速度引起氣動部件的氣動特性發(fā)生改變，因此有必要進行機身彈性變形對直升機平衡特性和穩(wěn)定性的影響研究。加入機身彈性變形后直升機吊掛飛行動力學(xué)建模的復(fù)雜程度大大增加，不僅要考慮到機身彈性振動的變形和變形速度對旋翼、尾槳、平垂尾等氣動載荷的影響，還要考慮機身彈性振動與旋翼葉片揮舞和擺振的耦合，直升機各動部件之間是周期性振動、動態(tài)平衡的復(fù)雜耦合系統(tǒng)，系統(tǒng)的配平和穩(wěn)定性計算都無法采用常規(guī)的處理方法，需要設(shè)計一種新的處理方式，目前尚沒有考慮機身彈性變形的直升機吊掛飛行動力學(xué)建模相關(guān)研究。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種直升機吊掛柔性機身建模方法，通過將機體彈性變形加載到飛行動力學(xué)模型中，可以解決重型直升機機體彈性變形對直升機吊掛系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種直升機吊掛柔性機身建模方法，采用變截面變剛度彈性梁模型進行彈性機身建模，然后使用有限元方法進行機身彈性梁模型的模態(tài)求解；其中，所述建模具體包括：
首先建立機體計算坐標系，然后在機身彈性梁上設(shè)置若干個節(jié)點，兩相鄰節(jié)點之間的機身分段認為是彎扭耦合均勻梁單元，采用分段剖面質(zhì)量加權(quán)平均的方法近似出一根與機身縱軸平行的直弾性軸，各剖面的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量即節(jié)點的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量，利用機身分段結(jié)構(gòu)質(zhì)量，得到每個梁單元的單元質(zhì)量，利用機身分段剖面剛度數(shù)據(jù)，計算出每個梁單元的剛度矩陣，采用有限元組集的方法可以得到整個機身的剛度矩陣及質(zhì)量矩陣，求解即可得到機身振動固有頻率和模態(tài)振型，耦合機身剛體運動得到機身不同位置即各氣動部件處的運動信息，各氣動部件根據(jù)當(dāng)?shù)剡\動信息計算出相對入流進而得到氣動作用力，實現(xiàn)柔性機身變形對直升機吊掛系統(tǒng)的影響建模。
進一步地，所述機體計算坐標系包括機體坐標系、機身彈性軸坐標系、機身任意位置x處的局部坐標系以及機身上任一部件處的局部坐標系。
進一步地，所述機體計算坐標系的建立過程包括：
將彈性機體簡化為變截面變剛度彈性梁模型，然后建立機體計算坐標系，所述機體計算坐標系包括：
機體坐標系(O-XYZ)f，其原點Of在質(zhì)心處，Xf軸在機身的縱向?qū)ΨQ面內(nèi)指向機頭，Zf在機身的縱向?qū)ΨQ面內(nèi)垂直于Xf軸指向下，Yf軸通過右手定則確定；
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