動(dòng)態(tài)失速下翼型氣彈響應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法研究及數(shù)值仿真.pdf

1、動(dòng)態(tài)失速是直升機(jī)在前飛狀態(tài)下旋翼后行槳葉出現(xiàn)的典型非定常氣動(dòng)力現(xiàn)象，除限制了直升機(jī)前飛速度的提高外，由于氣動(dòng)力與槳葉（周期性）運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)的耦合引起的槳葉非線(xiàn)性氣彈響應(yīng)是導(dǎo)致旋翼振動(dòng)以致結(jié)構(gòu)疲勞的重要因素之一。因而使得在動(dòng)態(tài)失速下旋翼的氣彈響應(yīng)預(yù)測(cè)成為旋翼設(shè)計(jì)的關(guān)鍵也是熱點(diǎn)問(wèn)題之一。雖然人們利用 CFD/CSD氣彈響應(yīng)計(jì)算方法（松/緊耦合）對(duì)其進(jìn)行了一些分析，但由于計(jì)算量巨大或氣動(dòng)力模型不夠精確，而實(shí)驗(yàn)研究又十分缺乏，結(jié)果至今對(duì)動(dòng)態(tài)失速氣

2、彈耦合響應(yīng)機(jī)理認(rèn)識(shí)仍顯得不足，從而使得該問(wèn)題的解決成為工程設(shè)計(jì)迫切關(guān)心的問(wèn)題。
　　本文為加深對(duì)動(dòng)態(tài)失速下翼型的氣彈響應(yīng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，開(kāi)展了以下工作：
　　1、調(diào)研分析了現(xiàn)有研究成果，基于B-L氣動(dòng)力模型結(jié)合動(dòng)力學(xué)方程建立了帶彈簧約束的俯仰振蕩翼型的氣彈耦合響應(yīng)物理和數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建了非線(xiàn)性氣彈緊耦合響應(yīng)計(jì)算方法。通過(guò)初步分析，獲得了復(fù)雜的氣彈響應(yīng)圖像，說(shuō)明在動(dòng)態(tài)失速下帶彈簧約束的俯仰振蕩翼型在氣動(dòng)力和結(jié)構(gòu)變形之間具有十分復(fù)雜的

3、耦合響應(yīng)特性。結(jié)合其他學(xué)者的研究，表明不僅系統(tǒng)參數(shù)（運(yùn)動(dòng)初值）的變化對(duì)氣彈響應(yīng)有著十分重要的影響，而且氣動(dòng)力模型的不同會(huì)有顯著不同的響應(yīng)預(yù)測(cè)結(jié)果，進(jìn)一步證實(shí)了開(kāi)發(fā)更為符合實(shí)際的氣動(dòng)力模型是十分重要的。但前提是要對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)機(jī)理有更為準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)才行，這一點(diǎn)目前最可行的方法之一就是通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行研究；
　　2、設(shè)計(jì)了帶彈簧約束的俯仰振蕩翼型的動(dòng)態(tài)失速下氣彈響應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，并能兼顧剛體模型實(shí)驗(yàn)，且約束彈簧剛度可變換。解決了（1）

4、內(nèi)嵌天平的設(shè)計(jì)問(wèn)題。由于研究性風(fēng)洞試驗(yàn)段一般尺寸較小，所設(shè)計(jì)模型因堵塞度限制了尺寸，對(duì)天平設(shè)計(jì)提出了非?？量痰囊?。為了解決該問(wèn)題，我們比較了多種方案，主要是多天平方案存在相互干擾難以消除的問(wèn)題。最后還是在內(nèi)嵌式天平上通過(guò)巧妙的結(jié)構(gòu)和力學(xué)設(shè)計(jì)克服了載荷大、空間有限等問(wèn)題，成功解決了這一難題；（2）帶彈簧約束情況下對(duì)模型驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題。為了在風(fēng)洞中模擬翼型的氣彈耦合響應(yīng)，需要在翼型俯仰振蕩運(yùn)動(dòng)中使得彈簧能隨翼型的振蕩在非定常氣動(dòng)力作用下自由變

5、形，并且可更換不同剛度的彈簧，因此彈性模塊必須是在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與模型間安裝，且需要設(shè)計(jì)特殊機(jī)構(gòu)使得彈簧剛度可調(diào)。因此，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析和力傳遞原理分析，利用相對(duì)簡(jiǎn)單且低成本的連桿機(jī)構(gòu)解決了該問(wèn)題。
　　3、開(kāi)展了動(dòng)態(tài)失速下帶彈簧約束的俯仰振蕩翼型的氣彈響應(yīng)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)與數(shù)值響應(yīng)結(jié)果對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)的響應(yīng)與預(yù)測(cè)結(jié)果有較大差別，主要在于：（1）模型系統(tǒng)的阻尼未在動(dòng)力學(xué)方程中考慮且可以預(yù)計(jì)較難測(cè)準(zhǔn)。通過(guò)預(yù)設(shè)一定的阻尼，數(shù)值響應(yīng)結(jié)果的趨勢(shì)