基于ANSYS的直升机尾传动系统动力学特性研究

摘要

直升机作为航空器中的重要组成部分，在我国国民经济和社会发展中扮演着重要角色，多次在抗险、救灾等突发事件中发挥重要的作用。直升机尾传动系统跨距大，转速高，结构复杂，是发生事故最频繁的部位，直接威胁直升机的飞行安全。本文将针对尾传动系统进行动力学分析，为改善直升机动态性能和优化直升机传动系统的结构提供必要的理论依据。本文的主要研究内容包括: (1)利用三维制图软件Solidworks建立起直升机尾传动系统的结构简化模型，根据结构动力学中的离散化建模思想，运用参数化编程语言，结合各个构件之间的边界条件，建立了系统的有限元等效模型。 (2)对直升机尾传动的水平轴和整个系统进行了模态分析和谐响应分析，并且探讨了系统在不同的支承刚度、支承数量下振型和固有频率的规律。结果表明:弹性支承时系统的自振区域较小，相应振幅比较小;系统在不同的支承刚度下，其固有频率和相应振型互有差异，并且，随着支承数量的增多，对应的固有频率也增加。 (3)对系统进行了瞬态动力学分析，分别得到最大振幅处的位移、速度和加速度响应曲线，表明外载荷作用下，系统先剧烈波动后逐渐趋于稳定的趋势，并且随着时间的推移，系统逐渐趋近于稳态响应。在阻尼的作用下，系统的运动趋势呈现逐渐衰减，并不是持续做等幅振动。 (4)对系统进行了不平衡响应分析，得到了系统在阵风载荷作用下的位移、速度、应力与时间的关系图。结果表明:不平衡量越大，对传动轴的振动影响越大，传动轴的各个节点的不平衡响应输出不一致，其中，越靠近轴承支承的位置，其振动形态越不明显。 (5)利用ANSYS中的PDS模块，对尾传动轴进行了可靠度分析，分别得出了传动轴功能函数Z和输出变量MAXSTR的可靠度分析和灵敏度分析。结果表明，传动轴的外载荷和中间段的长度是影响传动轴可靠度的最大因素，其余各个参数对传动轴的可靠度影响较小。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1本文研究的目的和意义

1．2直升机尾传动系统国内外研究现状

1．2．1国内研究现状

1．2．2国外研究现状

1．3本文研究的主要内容

第二章尾传动系统动力学特性的理论基础

2．1概述

2．2集中质量法

2．3传递矩阵法

2．4有限元法

2．5本章小结

第三章基于ANSYS的直升机尾传动系统的参数化建模

3．1概述

3．2 ANSYS建模特点及建模方法

3．2．1 ANSYS的建模特点

3．2．2 APDL参数化建模方法

3．3基于APDL的直升机尾传动系统的参数化建模

3．3．1直升机尾传动系统建模的基本思路

3．3．2单段尾传动轴的有限元模型的建立

3．3．3结合部有限元模型的建立

3．3．4尾传动系统有限元模型的建立

3．4本章小结

第四章基于有限元法的直升机尾传动系统振动特性分析

4．1概述

4．2模态分析原理

4．3水平轴的弯曲振动分析

4．3．1水平轴有限元建模

4．3．2不同的支承刚度对水平轴弯曲振动的影响

4．3．3不同支承数量对水平轴弯曲振动的影响

4．4尾传动系统的弯曲振动分析

4．4．1不同支承刚度对尾传动系统弯曲振动的影响

4．4．2不同支承数量对尾传动系统弯曲振动的影响

4．5尾传动系统弯曲谐响应振动分析

4．5．1水平传动轴的谐响应分析

4．5．2尾传动系统的谐响应分析

4．6尾传动系统的扭转振动分析

4．6．1尾传动系统的扭转模态分析

4．6．2尾传动系统的扭转谐响应分析

4．7尾传动系统的瞬态动力学分析

4．7．1瞬态动力学分析方法与理论

4．7．2尾传动系统的瞬态动力学分析

4．8本章小结

第五章直升机尾传动系统的不平衡响应分析和可靠性分析

5．1概述

5．2尾传动轴的不平衡响应分析

5．2．1阵风载荷估算

5．2．2阵风载荷对尾桨轴的不平衡响应分析

5．2．3阵风载荷对水平传动轴和尾斜轴的不平衡响应分析

5．3尾传动轴的可靠性分析

5．3．1可靠性基本理论与方法

5．3．2尾传动轴的可靠性分析

5．4本章小结

第六章结论与展望

6．1研究结论

6．2研究展望

参考文献

致谢

附录