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作者：翁晨南京航空航天大学

学位级别：硕士

旋翼桨叶振动载荷预估是直升机研制过程中最为关键的问题之一。建立完善的结构动力学模型和空气动力学模型是准确计算旋翼桨叶振动载荷的重要前提，选择准确可靠的数值求解方法也是至关重要的。本文研究基于气弹模态理论的快速高效的振... 详细信息

旋翼桨叶振动载荷预估是直升机研制过程中最为关键的问题之一。建立完善的结构动力学模型和空气动力学模型是准确计算旋翼桨叶振动载荷的重要前提，选择准确可靠的数值求解方法也是至关重要的。本文研究基于气弹模态理论的快速高效的振动载荷预估方法具有重要的工程实用价值。本文主要完成以下几项工作。 (1)在结构动力学建模和空气动力学建模方面，本文基于Hodges的中等变形旋转梁理论和准定常气动理论，并且考虑反流区、马赫数效应和非环量载荷的影响，运用哈密顿原理，推导了旋翼和机身耦合的有限元结构矩阵和气动矩阵，形成了桨叶—机身耦合的动力学控制方程。 (2)在直升机配平计算方面，本文考虑旋翼六个桨毂力素中的稳态成份，在机体轴系中，推导了全机三个力（垂直力，纵向力，横向力）和三个力矩（俯仰，滚转，偏航）非线性运动平衡方程组，建立了单旋翼直升机稳态飞行状态下的一种通用配平计算方法。 (3)在桨叶动载荷估算方面，本文在经典模态理论的基础上，建立了考虑气动弹簧矩阵和气动阻尼矩阵影响的气弹模态分析方法，并在旋翼桨叶的气弹模态空间进行模态减缩，采用时间有限元方法求解稳态前飞状态旋翼桨叶的气弹响应，最后利用力积分法和模态积分法完成了桨叶剖面振动载荷的计算。并以SA349/2直升机为例，进行了桨叶动载荷对比分析，完成了方法验证。

关键词：直升机结构建模气动建模配平计算气弹模态振动载荷

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大型风力机柔性叶片非线性气弹模态分析

引用

机械工程学报 2020年第14期56卷 180-187页

作者：黄俊东夏鸿建李德源郭坤翔广东工业大学机电工程学院广州510006

针对风力机尺寸增大,叶片刚柔耦合和气弹耦合特性增强,研究大型风力机转动柔性叶片弯曲与扭转耦合变形下的气弹模态及其稳定性。为准确描述柔性叶片的非线性变形特性,采用"超级单元"将柔性叶片离散成若干个刚体,并由运动副与力元连接构... 详细信息

针对风力机尺寸增大,叶片刚柔耦合和气弹耦合特性增强,研究大型风力机转动柔性叶片弯曲与扭转耦合变形下的气弹模态及其稳定性。为准确描述柔性叶片的非线性变形特性,采用"超级单元"将柔性叶片离散成若干个刚体,并由运动副与力元连接构成多体系统,而后通过牛顿-欧拉方程建立叶片非线性动力学方程;气动模型则采用叶素动量理论结合修正的B-L(Beddoes-Leishman,B-L)动态失速模型,计算非定常气动载荷;然后基于变分原理,线性化叶片结构与气动载荷动力学方程,构建转动叶片的气弹线性化状态方程。最后以NREL 5 MW叶片为研究对象,在确定尖速比下,分析大型柔性叶片转动条件下的气弹复模态,计算叶片气弹频率与气弹阻尼比,分析叶片气动阻尼对颤振的影响,探究大型叶片颤振失稳机理。

关键词：风力机气弹模态特征值方法颤振

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