柔性多体系统动力学在直升机旋翼桨叶上的应用

旋翼力学是直升机飞行力学研究的核心内容之一。旋翼激振力随飞行速度的增加而显著增大，在速度很大时，往往是振动限制了直升机的最大速度，使发动机的功率得不到充分的发挥。到目前为止，直升机的研究之所以落后于固定翼飞机，很大程度上是对直升机旋翼的流场和气动力的认识不够充分。由于旋翼系统的复杂性，即使假设桨叶为刚性，仍然存在着挥舞、摆振、变距运动，各种运动相互耦合，形成复杂的结构动力学问题。对旋翼桨叶进行动力学仿真，一直是直升机领域研究的前沿课题和技术发展的主体。 近年来，柔体多体系统动力学越来越引起人们的关注。它的理论基础之一是绕定轴转动的坐标变换矩阵，而现实中存在着大量的方向余弦变化的转动轴，转动轴的数学建模一直是空间多柔体系统动力学的疑难问题之一。 本文以柔性多体系统动力学为基础，由空间定轴多柔体系统质量矩阵，推导出平面-空间动轴的多柔体系统质量矩阵。并以某样机为例，根据平面-空间动轴多柔体系统质量矩阵，建立了旋翼桨叶的动力学控制方程。采用中心差分—Newmark β法，计算了在二维定常空气中，直升机处于悬停时的动力响应。将仿真结果和实验测得数据相比较，表明采用此方法的正确性。