[发明专利]一种粘弹减摆器模型及其在直升机系统中的应用

说明书

技术领域

本发明属于直升机动力学设计领域，具体涉及一种新的粘弹减摆器模型及其在直升机系统中的应用，可以应用于具有粘弹减摆器的各类铰接式、无铰式和无轴承旋翼直升机。

背景技术

1907年，法国人保罗研制成功了第一架全尺寸载人直升机。此后，直升机经过了多次更新换代，技术不断发展完善。由于直升机结构的固有特点，由旋翼产生的振动问题是直升机发展过程中的重要问题之一。由此引发的空中共振问题更是引起了广大学者和工程技术人员的关注。解决由于共振引起的动不稳定现象的办法有通过调整旋翼和机体结构的系统参数避开共振频率和引入阻尼消耗能量抑制共振的产生等。

相对于调整旋翼和机体参数而言，旋翼减摆器是比较容易并且经济的解决方法，因此成为了抑制直升机动不稳定现象的主要手段。最开始采用的是摩擦减摆器，但是这种结构比较笨重，并且摩擦损耗严重，所以现在已不再使用。液压减摆器是现在被广泛采用类型，阻尼大和刚度小的特点使其相对于摩擦减摆器具有较大的优势，但是在粗暴着陆等情况下，如果使用不当也会出现地面共振的可能。粘弹减摆器是20世纪70年代出现的第三代直升机减摆器，由硅胶和钢板形成的层压结构组成。其具有易成型、重量轻、易于维护和隔振减振性能好的特点。虽然由于粘弹减摆器无法承受巨大桨叶变形，使其在大吨位直升机上的应用受到了限制。但是由于粘弹减摆器具有的优良特性，在小型直升机上被广泛采用。

虽然粘弹减摆器能够为直升机摆振运动提供刚度和阻尼以达到抑制直升机空中共振的动不稳定性。但是在单频或双频激振下，粘弹减摆器复模量的下降会对直升机机体和旋翼系统产生不利影响。因此单频或双频激振情况下的复模量特性是粘弹减摆器的关键问题。建立准确的粘弹减摆器，并能够正确评估单频或双频条件下粘弹减摆器的复模量特性成为了必须解决的重要问题。直升机旋翼和机体系统本身就极其复杂，而粘弹减摆器增加了旋翼挥舞和摆振等运动之间的耦合关系。因此正确分析带粘弹减摆器的直升机系统的动稳定性能是直升机设计的重要问题。传统的粘弹减摆器分析方法中在单频作用情况下，可以采用振动频率进行分析计算，但是在双频作用情况下，系统对应着桨叶旋转频率和扰动频率两种不同的频率条件，此时需要建立两种模型来估算减摆器的耗能模量，但是这种方法会造成较大的误差，从而得到的直升机的动稳定性也会存在较大的偏差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种新的粘弹减摆器模型并将其应用于直升机系统中，基于该粘弹减摆器模型进行直升机旋翼系统的动稳定性判断，能够更加准确的确定直升机系统的动稳定性问题。直升机在地面运转、悬停和前飞情况下，粘弹减摆器可能处于单频或者双频的条件下工作。因此需要建立能够同时适用于直升机旋翼粘弹减摆器单频或者双频情况下的评估其复模量特性的新模型。本发明通过对现有的单频作用情况下的评估粘弹减摆器复模量特性的激振频率的修正，提出了能够同时评估单频和双频情况下减摆器复模量特性的修正激振频率，采用修正激振频率的粘弹减摆器模型能够准确得到粘弹减摆器的复模量特性，并将此采用修正激振频率的粘弹减摆器模型应用于星型柔性桨毂直升机旋翼和机体耦合系统的动稳定性判断，具体步骤如下：

第一步，建立带粘弹减摆器的直升机旋翼和机体耦合系统的平衡方程。

第二步，修正单频情况下桨叶摆振固有频率。由于粘弹减摆器的因素，使得桨叶摆振固有频率发生变化，因此需要修正桨叶摆振固有频率。

第三步，求解前飞情况下粘弹减摆器的动态位移，粘弹减摆器的动态位移为定常位移和扰动值相加。

第四步，修正双频条件下粘弹减摆器的激振频率。采用本发明提出的频率修正公式修正双频条件下粘弹减摆器的激振频率。

第五步，修正双频条件下的桨叶摆振固有频率，由于双频条件跟单频条件不同，因此需要进一步修正桨叶摆振固有频率。

第六步，求解双频条件下的旋翼和机体系统的模态阻尼。在双频条件下，采用特征分析方法得到直升机旋翼和机体耦合系统动稳定性，进一步得到带粘弹减摆器的直升机旋翼和机体耦合系统的模态阻尼，从而可以通过现有技术判断星型柔性桨毂直升机旋翼和机体耦合系统的动稳定性。