一种多路传力旋翼桨毂结构动力学建模方法技术

一种多路传力旋翼桨毂结构动力学建模方法，属于直升机动力学设计技术，为防止无轴承旋翼地面共振和扩展空中共振边界，本发明专利技术从柔性梁、操纵拉杆、阻尼器和袖套的刚度配置、位移协调等方面提代了准确的建模分析和设计手段，首先进行多路传力旋翼桨毂结构动力学有限元建模，将所述桨毂结构组成部件上的非独立节点自由度用节点自由度线性表示，之后即根据桨毂结构组成部件上节点自由度的独立性和相关性，确定独立节点、相关节点以及桨毂结构组成部件与连接节点的位移协调关系，建立多路传力旋翼桨毂结构动态刚度阵。通过该动力学建模，突破了多路复杂传力旋翼桨毂构型设计与分析关键难点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直升机动力学设计技术，设及多路传力旋翼奖穀结构动力学建模方 法。
技术介绍
无轴承旋翼是目前最先进的直升机旋翼结构型式，它使用复合材料柔性梁取代传 统较接式旋翼奖穀的水平较、垂直较和轴向较。柔性梁一方面可W在承受奖叶离屯、力载荷 时，利用挥舞、摆振和扭转自由度的变形实现奖叶所需的挥舞、摆振和变距运动，变形复杂； 同时，另一方面由于柔性梁提供了较大的挥舞和摆振刚度，使操纵功效和摆振频率高。为提 供足够阻巧消除地面共振和空中共振不稳定性，需要增加人工阻巧器。旋翼的奖距控制系 统需要与奖穀连接，实现对奖叶的变距控制。为此奖穀构型设计增加了袖套，每个奖穀支臂 与柔性梁连接，柔性梁外套一刚度大的袖套，袖套靠奖穀中屯、一端的外侧通过阻巧器与刚 性杆连接，再与通过刚性杆连接柔性梁，袖套外侧还与奖距控制系统连接，另一端与柔性梁 和奖叶连接，如附图所示。该类奖穀构型使柔性梁、袖套、阻巧器和奖距控制系统的运动、变 形复杂，但传力路线清浙。因此，准确描述该一多路传力奖穀构型的结构动力学特性建模技 术，是无轴承旋翼直升机地面共振和空中共振，W及旋翼与机体禪合动力学建模分析的关 键技术之一。 国外在多个直升机型号上成功应用多路传力旋翼奖穀设计分析技术，既巧妙又准 确地利用多路传力构型设计实现了提高无轴承旋翼摆振阻巧，满足消除地面共振和空中共 振的型号设计目标。如B0-105,阿帕奇和科曼奇等先进行直升机旋翼奖穀都采用多路传力 奖穀构型，所掌握的建模技术广泛用于各种旋翼构型的直升机旋翼与机体禪合动力学建模 分析中。 目前国内直升机旋翼奖穀构型设计还主要针对较接式，最典型的是球柔性奖穀构 型，没有开展多路传力的旋翼奖穀构型设计研究。无轴承旋翼技术中最首要的旋翼动力学 和旋翼与机体禪合动力学建模都设及到多路传力无轴承旋翼奖穀结构动力学建模技术问 题，该项建模技术成为了发展W先进无轴承旋翼技术为代表的先进直升机技术的关键技 术。因此，开展多路传力旋翼奖穀结构动力学建模方法研究，结合无轴承旋翼技术课题研究 与型号验证，掌握多路传力旋翼奖穀结构动力学建模分析技术，是研发未来先进直升机的 技术需要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题；针对现代直升机旋翼奖穀结构设计向多路传力方向发 展，包括旋翼结构动力学、气弹动力学设计分析都必须建立准确的动力学模型，奖穀结构动 力学是解决无轴承旋翼等新构型直升机地面共振和空中共振、旋翼与机体禪合动力学建 模的关键一环，本专利技术提出了适用于多路传力旋翼奖穀结构动力学分析建模方法，主要包 括： (1)进行多路传力旋翼奖穀结构动力学有限元建模，即根据奖穀结构组成部件的 传力、运动和变形条件，将所述奖穀结构组成部件用梁单元、杆单元和弹性阻巧单元模拟， 根据奖穀主传力路线、奖穀辅助传力路线W及所述奖穀结构组成部件连接点的位移协调关 系，将所述奖穀结构组成部件上的非独立节点自由度用节点自由度线性表示； (2)即根据奖穀结构组成部件上节点自由度的独立性和相关性，确定独立节点、相 关节点W及奖穀结构组成部件与连接节点的位移协调关系；[000引 做建立多路传力旋翼奖穀结构动态刚度阵，即根据所述独立节点、相关节点W及 奖穀结构组成部件与连接节点的位移协调关系，导出多路传力旋翼奖穀结构有限元独立节 点运动与节点载荷的关系阵，将所述关系阵联立，根据主传力关系，用独立节点位移表示非 独立节点位移，导出操纵拉杆、阻巧器和袖套传力结构对主传力结构的附加动态刚度阵。 优选的是，柔性梁与袖套外端为奖穀主传力路线。 在上述任一方案中优选的是，阻巧器与奖距控制系统为奖穀辅助传力路线。 在上述任一方案中优选的是，将所述奖穀结构组成部件上的非独立节点自由度 用节点自由度线性表示采用的方法包括静态缩减技术。 在上述任一方案中优选的是，所述奖穀结构组成部件与连接节点的位移协调关系 包括阻巧器与袖套连接节点、阻巧器与柔性梁连接节点、袖套与柔性梁连接节点W及操纵 拉杆与袖套连接节点之间的位移协调关系。 在上述任一方案中优选的是，多路传力旋翼奖穀结构有限元独立节点运动与节点 载荷的关系阵包括操纵拉杆变形、阻巧器和袖套=者分别与节点载荷的关系。 在上述任一方案中优选的是，所述导出多路传力旋翼奖穀结构动态刚度阵采用的 方法包括静态缩减技术，基于稀疏网格技术减少配置点数。[001引本专利技术关键点是： 提出了一种多路传力旋翼奖穀结构动力学建模方法，利用该方法可对新构型旋翼 奖穀、无轴承旋翼奖穀，W及具有复杂传力路径的奖穀构型，建立只包括奖穀结构独立节点 自由度的结构动力学模型，和独立节点运动与相关节点运动的位移关系，解决了无轴承旋 翼等新构型直升机旋翼与机体禪合动力学建模关键技术之一；提出了多路传力旋翼奖穀结构有限元模型； 提出了各传力结构部件位移协调关系处理方法； 提出了多路传力旋翼奖穀结构动态刚度阵的导出方法。 本专利技术的有益效果；该项建模技术准确处理了多路传力的新构型奖穀结构的变 形、运动与所传递力的关系。该项技术已成功应用于无轴承旋翼动力学建模、无轴承旋翼 机地面共振和空中共振设计分析，对如何防止无轴承旋翼地面共振和扩展空中共振边界， 从柔性梁、操纵拉杆、阻巧器和袖套的刚度配置、位移协调等方面提代了准确的建模分析和 设计手段。该建模处理方法还将用于未来各种新构型奖穀结构动力学建模，突破了多路复 杂传力旋翼奖穀构型设计与分析关键技术。【附图说明】 图1是按照本专利技术多路传力旋翼奖穀结构动力学建模方法的一优选实施例的多 路传力奖穀有限元模型。[002引其中，a为刚性杆，b为袖套，c为阻巧器，d为柔性梁，e为奖叶，1-9为节点号。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术所设及的多路传力旋翼奖穀结构动力学建模方法做进一 步详细说明。 本专利技术多路传力旋翼奖穀结构动力学建模方法首先进行多路传力旋翼奖穀结构 动力学有限元建模。根据奖穀结构各组成部件（柔性梁、袖套、阻巧器和奖距控制系统）的 传力、运动和变形条件，将各组成部件用梁单元、杆单元和弹性阻巧单元模拟，根据柔性梁 与袖套外端为奖穀主传力路线的特点W及阻巧器与奖距控制系统为奖穀辅助传力路线的 特点，W及柔性梁与袖套、阻巧器和奖距控制系统连接点的位移协调关系，采用静态减缩 技术，把袖套、阻巧器和奖距控制系统上的非独立节点自由度用柔性梁上的节点自由度和 袖套上其它点的自由度线性表示，如图1所示，节点1是柔性梁与奖穀连接点，2、3、4、5巧）、 6、9号节点是主传力结构独立节点，袖套上节点7和节点8为辅助传力结构节点，它不传递 奖叶离屯、力，与柔性梁一起传递奖叶根部的弯矩和奖叶较链力矩，也传奖距操纵拉杆输入 载荷对奖叶的扭矩，节点7需要缩减掉。袖套上一侧的节点7 (如有支臂再伸长到设计位置） 是奖距控制点，小拉杆与该点连接。节点2与节点7之间是阻巧器（下一半对称相同）。需 要将7、8号节点与2和5号节点位移进行协调后缩减掉，袖套上8号节点和6号节点分别 与柔性梁和奖叶连接，因此，8号节点和6号节点实际上就是5号节点和6号节点。5号节 点和6号节点之间的梁单元是袖套。阻巧器在摆振方向提供剪切动刚度，而在挥舞方向提 供当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多路传力旋翼桨毂结构动力学建模方法，其特征在于：(1)进行多路传力旋翼桨毂结构动力学有限元建模，即根据桨毂结构组成部件的传力、运动和变形条件，将所述桨毂结构组成部件用梁单元、杆单元和弹性阻尼单元模拟，根据桨毂主传力路线、桨毂辅助传力路线以及所述桨毂结构组成部件连接点的位移协调关系，将所述桨毂结构组成部件上的非独立节点自由度用节点自由度线性表示；(2)即根据桨毂结构组成部件上节点自由度的独立性和相关性，确定独立节点、相关节点以及桨毂结构组成部件与连接节点的位移协调关系；(3)建立多路传力旋翼桨毂结构动态刚度阵，即根据所述独立节点、相关节点以及桨毂结构组成部件与连接节点的位移协调关系，导出多路传力旋翼桨毂结构有限元独立节点运动与节点载荷的关系阵，将所述关系阵联立，根据主传力关系，用独立节点位移表示非独立节点位移，导出操纵拉杆、阻尼器和袖套传力结构对主传力结构的附加动态刚度阵。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：凌爱民，朱艳，钱峰，
申请(专利权)人：中国直升机设计研究所，
类型：发明
国别省市：江西;36