[发明专利]一种复合材料桨叶剖面特性计算方法

说明书

本发明属于直升机设计领域，具体涉及一种复合材料桨叶剖面特性计算方法。桨叶剖面特性是直升机旋翼动力学计算最基本的原始参数，桨叶剖面特性的准确性是研判直升机旋翼动力学特性好坏的前提，对于旋翼动力学设计至关重要。本发明的复合材料桨叶剖面特性计算方法，根据桨叶结构、翼型理论外形数据和材料数据构建桨叶各剖面的数据文件，对于刚度计算，考虑到复合材料的各向异性性能，采用了模量加权的方法；对于质量计算，采用了有限元的思想。为桨叶动力学分析设计提供准确的基础数据，可以快速、准确计算桨叶剖面特性，并能够快速完成桨叶优化设计，突破旋翼系统动力学设计技术。

技术领域

本发明属于直升机设计领域，具体涉及一种复合材料桨叶剖面特性计算方法。

背景技术

桨叶剖面特性是直升机旋翼动力学计算最基本的原始参数，桨叶剖面特性的准确性是研判直升机旋翼动力学特性好坏的前提，对于旋翼动力学设计至关重要。

目前直升机桨叶剖面特性计算方法主要有两种：

1)采用Euler-Bernoulli梁理论，但是这种方法主要适用于金属桨叶，而且扭转刚度计算不准确；

2)采用有限单元法进行计算，能够充分考虑结构的复杂性，还可以考虑挥摆扭三者间的耦合，但需要人工划分网格，工作量大，周期长。

发明内容

本发明的复合材料桨叶剖面特性计算方法，为桨叶动力学分析设计提供准确的基础数据，可以快速、准确计算桨叶剖面特性，并能够快速完成桨叶优化设计，突破旋翼系统动力学设计技术。

桨叶包括前端的C型梁，中部的Z型梁和后部的Z型梁，在C型梁和中部的Z型梁之间构成Ⅰ壁室，在中部的Z型梁和后部的Z型梁之间构成Ⅱ壁室，在后部的Z型梁到末尾构成Ⅲ壁室。根据桨叶结构、翼型理论外形数据和材料数据构建桨叶各剖面的数据文件，包括：

ρ—剖面各分区的密度，E—剖面各分区的弹性模量，G—剖面各分区的剪切模量。

对于刚度计算，考虑到复合材料的各向异性性能，采用了模量加权的方法；对于质量计算，采用了有限元的思想。

计算公式如下：

线密度:

质心偏置:

张力中心偏置:

拉伸刚度:EA＝∫∫_AE·dA (4)

挥舞刚度:EI_y＝∫∫_AE·(Z-Z_T)²dA (5)

摆振刚度:EI_z＝∫∫_AE·(Y-Y_T)²dA (6)

挥摆耦合刚度:EI_yz＝∫∫_AE·(Y-Y_T)·(Z-Z_T)dA (7)

挥舞惯量:PI_y＝∫∫_Aρ·(Z-Z_T)²dA (8)

摆振惯量:PI_z＝∫∫_Aρ·(Y-Y_T)²dA (9)

对于扭转刚度采用的是多壁室的方法来求解，计算公式如下：