基于遗传算法的直升机旋翼柔性梁结构动力学优化研究

作     者：高亚东 皮润格 黄大伟 GAO Yadong;PI Runge;HUANG Dawei

作者机构：南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室南京210016 中国航空综合技术研究所装备服务产品部北京100028 

出 版 物：《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 (南京航空航天大学学报（英文版）)

年 卷 期：2022年第39卷第6期

页      面：721-734页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0701[理学-数学] 

基　　金：supported by the Foundation of National Key Laboratory of Rotorcraft Aeromechanics Nanjing University of Aeronautics and Astronautics(No.614222004030917)。 

主　　题：无轴承旋翼系统 柔性梁 动力学优化 哈密尔顿变分原理 变分渐进梁截面分析 遗传算法 

摘      要：柔性梁的设计是无轴承旋翼系统设计的重要环节之一。直升机旋翼工作在复杂的动力学环境中,设计柔性梁时必须要同时满足强度和动力学要求。针对传统的优化设计方法只优化其中一方面的缺陷,本文提出了一种能兼顾强度和动力学性能的优化方法。该方法基于Hamilton变分原理、变分渐近梁截面分析(Variational asymptotic beam section analysis,VABS)程序和遗传算法(Genetic algorithm,GA)建立,分为初级优化和次级优化两步。首先采用遗传算法对柔性梁桨叶系统进行结构动力学初级优化,得到设计段最优化剖面刚度特性方案;然后基于初级优化结果对结构设计参数进行次级优化,得到满足目标设计要求的柔性梁结构参数设计方案。优化结果表明,在满足动力学要求的前提下,扭转刚度较优化前降低了36.1%。同时旋翼动力学分析结果表明,挥舞和扭转的固有频率满足设计要求(两频率距旋翼通过频率0.5Ω,距激振力频率0.25Ω,挥舞和扭转频率保持相应距离)。上述结论表明通过该优化方法得到的设计方案能够显著提高柔性梁的性能。