29直升机模式下倾转旋翼机气动机械稳定性的参数影响分

第二十八届（2012）全国直升机年会论文直升机模式下倾转旋翼机气动机械稳定性的参数影响分析周 涛 董凌华 杨卫东（南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，南京210016）摘 要 本文针对倾转

2012 第二十八届（）全国直升机年会论文 直升机模式下倾转旋翼机气动机械稳定性的参数影响分析 周涛董凌华杨卫东 （南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，南京210016） 摘要 本文针对倾转旋翼机直升机模式下潜在的“地面共振”问题，利用哈密顿原理，考虑倾转旋翼与 弹性机翼之间的气弹耦合，建立了倾转旋翼机的气弹动力学模型，分析了桨叶摆振频率、桨叶摆振阻尼、 机翼刚度、机翼阻尼以及前飞速度对倾转旋翼机直升机模式下系统稳定性的影响，得到了一些有意义的规 律和结论，对倾转旋翼机的动力学设计有一定的指导作用。 关键词 旋翼，倾转旋翼机，稳定性，地面共振 引言 倾转旋翼机是一种先进的旋翼飞行器，它兼备直升机的垂直起降能力和螺旋桨飞机的高速巡航 能力。通过旋翼的倾转，实现直升机飞行模式和飞机飞行模式之间的动态转换。然而，倾转旋翼机 也兼具了类似于直升机和螺旋桨飞机的动力学稳定性问题。 现役的倾转旋翼机均采用摆振刚硬的等速万向铰桨毂，这样虽然简化了旋翼与机翼之间的气弹 耦合现象，有利于提高倾转旋翼机的气动弹性稳定性，但是摆振刚硬旋翼的桨毂载荷比较大。为了 防止过大的桨毂平面内载荷，V22在实际操纵过程中需要限制变距操纵速率，这在一定程度上限制 了其机动飞行能力。刚性安装桨叶的桨毂所暴露出来的问题使人们开始重新考虑低载荷的柔性桨毂 形式。 摆振柔软的旋翼系统，可以降低载荷和振动水平，提高操纵品质，而且能降低桨毂重量改善其 可靠性。摆振柔软的桨毂相比摆振刚硬的桨毂载荷要低很多，这样能进一步减轻支撑桨毂的结构重 量。但是采用摆振柔软的倾转旋翼桨毂，就必须解决与直升机类似的“地面共振”问题。本文利用 哈密顿原理建立3片桨叶带万向铰桨榖的半展倾转旋翼机模型，研究其直升机模式下的气动机械稳 定性。 1 倾转旋翼机动力学建模 1.1 坐标系描述 为了方便描述旋转桨叶的空间位置及运动变形，需要建立一系列的参考坐标系：如图1所示， 惯性坐标系以下标i标识，定义在未变形机翼的弹性轴上，倾转铰相对机翼弹性轴存在 三个偏置，变形后的机翼坐标系以下标w标识，与惯性坐标系间相差三个方向的变 形角，，。倾转坐标系定义在倾转铰上，以下标p标识，随倾转短舱绕倾转轴倾转 角度，定义直升机模式时倾转角为0°。桨毂坐标系，定义在等速万向铰中心，以下标h标识，方 向与倾转坐标系相同，万向铰中心相对倾转铰存在三个方向的偏置。旋转坐标系以下标 r标识，相对桨毂坐标系轴旋转方位角。桨毂刚体挥舞坐标系以下标标识，相对旋转坐标 系轴有的仰角，如图2所示，为万向铰挥舞角，为预锥角，为悬挂高度。桨叶 挥舞坐标系以下标标识，挥舞铰相对桨毂中心偏置，绕轴存在挥舞角。摆振坐标系以下 标标识，相对方向偏置，绕轴有的摆振角。桨叶变距轴线坐标系，以下标标识， 899