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基于多体动力学的直升机动部件综合系统动特性分析

作　者: 魏来
导　师: 王华明
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 直升机动部件综合系统多体动力学动力学模型动特性动响应
分类号: V211.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 109次
引　用: 2次
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内容摘要

直升机动部件综合系统是指由发动机动力涡轮、各级减速器、旋翼、尾桨以及由传动系统带动的各个附件等组成的系统,对该系统的动力学特性进行计算和分析是直升机动力学设计的一项重要工作。本文采用多体动力学的建模和分析方法,将柔性桨叶离散成两节点十二自由度梁,动力/传动/尾桨系统离散为刚体盘和扭簧组合系统,然后在ADAMS仿真环境中建立综合系统的虚拟样机模型。在此基础上,对综合系统的动力学特性进行了分析。此外,本文推导了前飞状态下桨叶上的气动载荷表达式,通过动力学仿真获得了桨叶的动响应。本文主要内容如下:1.将旋翼桨叶离散成数段由有限个梁单元组成的梁,每段之间采用固定副连接,建立了旋翼的多柔体动力学模型,对旋翼桨叶的固有特性进行了计算和分析。2.通过线性入流-叶素理论推导得到中等速度前飞状态下直升机桨叶上的气动载荷表达式,随后通过ADAMS中力函数将其施加到柔性桨叶动力学模型上,计算一定前飞条件下桨叶的动响应。3.为了简化建模,按照传统处理方法将动力/传动/尾桨系统处理成只具有扭转刚度的杆以及只具有转动惯量的刚体盘结构,得到其多刚体动力学模型。为了分析桨叶摆振运动对传动系统扭振特性影响,加入柔性桨叶模型以计算其耦合后扭振特性。4.以“山猫”直升机为算例,建立了其动部件综合系统的多体动力学分析模型,计算了该系统的动特性,用国外公开发表的试验数据验证了建模和计算方法的正确性。在此基础上,研究了传动系统各部件转动惯量及各轴扭转刚度等参数对“山猫”直升机动部件综合系统低阶模态特性的影响。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-17
  1.1 概述  12-13
  1.2 直升机动部件综合系统研究现状  13-15
  1.3 虚拟样机技术  15-16
  1.4 本文所作的工作  16-17
第二章多体动力学理论基础  17-24
  2.1 引言  17
  2.2 多体系统动力学  17-20
    2.2.1 三维多刚体系统动力学  17
    2.2.2 系统动力学方程的建立  17-19
    2.2.3 多柔体系统动力学理论  19-20
  2.4 虚拟样机仿真环境  20-21
  2.5 虚拟样机综合建模  21-23
    2.5.1 实体建模  22
    2.5.2 多刚体模型转换  22
    2.5.3 ADAMS 模块功能  22-23
  2.6 本章小结  23-24
第三章直升机旋翼虚拟样机的建立  24-33
  3.1 直升机旋翼多体动力学模型  24-25
  3.2 桨叶有限元处理  25-27
  3.3 桨叶刚体模型几何建模  27-28
  3.4 Patran 中柔性桨叶MNF 文件生成  28-30
  3.5 MNF 文件模态检验  30-31
  3.6 旋翼虚拟样机中约束施加  31-32
  3.7 本章小结  32-33
第四章旋翼动特性分析  33-39
  4.1 引言  33
  4.2 刚体旋翼运动学分析  33-34
  4.3 柔性旋翼动力学特性分析  34-38
  4.4 本章小结  38-39
第五章旋翼动响应计算和分析  39-50
  5.1 引言  39
  5.2 均匀及线性入流理论  39-40
    5.2.1 入流模型  39
    5.2.2 均匀入流模型  39
    5.2.3 线性入流模型  39-40
  5.3 叶素理论计算载荷  40-42
  5.4 计算流程和结果  42-44
  5.5 柔性桨叶气动载荷实现  44-45
  5.6 桨叶响应  45-49
  5.7 本章小结  49-50
第六章直升机动部件综合系统动力学分析  50-64
  6.1 引言  50
  6.2 直升机传动机械扭振动力学建模  50-51
  6.3 扭转振型的图示  51-52
  6.4 动力/传动/尾桨系统扭振特性分析  52-58
  6.5 综合系统动特性参数影响分析  58-63
  6.6 本章小结  63-64
第七章总结和展望  64-66
  7.1 本文的主要工作  64-65
  7.2 本文的创新点  65
  7.3 后续展望  65-66
参考文献  66-68
致谢  68-69
在校期间的研究成果及发表的学术论文  69-70
附录一 Lynx 直升机桨叶参数  70-72
附录二 Lynx 直升机传动系统参数  72-73

基于多体动力学的直升机动部件综合系统动特性分析

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