新型横列式直升机旋翼/机翼耦合系统动特性及动响应分析

摘要

本文针对一种新构型的横列式直升机，阐述了其优越性及独特的操纵方式，与常规单旋翼带尾桨式直升机相比，该型直升机采用了万向铰桨毂，旋翼无周期变距，操纵更为简单。与此同时，横列式直升机的旋翼、翼墩和机翼之间的耦合效应较一般直升机更复杂，对其动力学建模和动特性的分析一直是横列式直升机动力学设计的难点。
　　针对该构型直升机，本文基于哈密顿原理，采用多体动力学方法描述各动力学部件空间运动关系，建立了半展横列式直升机旋翼/机翼耦合动力学分析模型，并在建模的过程中充分考虑了横列式直升机弹性旋翼和弹性机翼之间的惯性及结构耦合。基于该耦合动力学模型，分别计算了桨叶、旋翼系统和机翼子系统的动特性，计算结果与参考文献中的分析结果和试验数据吻合良好，验证了本文所建立模型的正确性。在此基础上，对旋翼/机翼耦合系统动特性进行研究，分析了结构参数对于耦合系统的固有特性影响。
　　最后，为进一步研究旋翼和机翼之间耦合动特性，建立了旋翼/机翼气弹耦合动力学模型，给出了耦合系统动响应的求解方法，分别对悬停和前飞两种状态下非线性耦合系统的动响应进行了计算，并对旋翼/机翼耦合特性进行了分析，得到一些有意义的结论，这些研究结论对于新型横列式直升机进一步动特性的研究具有一定的参考意义。

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注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 新型横列式直升机综述

1.4 本文主要研究内容

第二章 无周期变距旋翼/机翼耦合系统动力学建模

2.1 引言

2.2 无周期变距旋翼/机翼耦合系统坐标系

2.3 无量纲化与量级规定

2.4 无周期变距旋翼动力学模型

2.5 翼墩模型

2.6 弹性机翼模型

2.7 旋翼/机翼耦合系统动力学方程

2.8 本章小结

第三章 旋翼动力学模型计算分析

3.1 引言

3.2 旋翼/机翼耦合系统动力学模型组集

3.3 旋翼桨叶动力学特性模型计算

3.4 旋翼系统动力学模型分析

3.5 无周期变距旋翼动力学特性

3.6 机翼动力学特性

3.7 小结

第四章 旋翼/机翼耦合系统动力学特性分析

4.1 引言

4.2 多桨叶坐标变换

4.3 旋翼/机翼耦合系统动力学特性

4.4 旋翼/机翼动力学特性参数影响分析

4.5 小结

第五章 无周期变距旋翼/机翼耦合系统动响应分析

5.1 引言

5.2 气动力虚功

5.3 结构动响应计算方法及流程

5.4 旋翼/机翼耦合系统动响应

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文