旋翼动力学复习材料

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1、（南航 杨老师 研究生课程 旋翼动力学 复习材料 非官方 学生总结） 1、旋翼动力学研究的主要问题旋转旋翼桨叶动态特性问题 旋翼气弹动载荷与气弹响应问题 旋翼气弹稳定性问题 2、旋翼结构形式 铰接式旋翼 articulated：指带有挥舞铰、摆振铰和变距铰的旋翼，美国 AH-64 阿帕奇 武装直升机 （铰接式旋翼带粘弹减摆器） ， 无铰式旋翼 hingless：是指消除挥舞铰和摆振铰(hinge)，保留变距轴承(Pitch Bearing)的 旋翼。BO-105 无铰式旋翼 （德国） 、 “山猫”无铰式旋翼 （英国） 球柔式旋翼 spheri-flex：桨叶根部用粘弹材料的球柔轴承代替挥舞铰、

2、摆振铰和变距铰。 中国直 10、欧直虎式。研究重点:叶间阻尼器 无轴承旋翼 Bearingless：指用桨叶根部柔性元件代替桨叶挥舞铰、摆振铰和变矩铰的 旋翼。美国 RAH-66 科曼奇武装直升机 （无轴承旋翼带粘弹减摆器）多路传力，多体动 力学 跷跷板式 5.The see-saw rotor (the teetering rotor)：贝尔 2 系列、美国 AH1“眼镜蛇” 直升机。 星形柔性桨毂 The Star-flex rotor：直 9、11 武装直升机，法国 SA365N“海豚” 当量挥舞铰、频率匹配器，一阶摆0.6 ，避免地面共振。主要是由中央星形件、球面 层压弹性体轴承、粘弹

3、减摆器(也称频率匹配器)、夹板和自润滑关节轴承等组成。球柔式旋翼 星形柔性桨毂 3、旋翼动应力 影响因素：A、广义刚度：太轻的桨叶从动应力角度看是不利的。B、动力放大因数：C、广义力：气动力分布越接近某一阶振型，广义力越大，这个振型的振动越大，动应力越大。 D、实际飞行时的动应力。几何负扭转 气动：有利提高气动效率；动力学：加大前 飞时的动应力 。大速度 气流分离、动态失速,高阶谐波振动为主。 E、桨叶厚度影响：静强度：厚度增加，应力降低 桨叶动应力：厚度增加，动应力增加 为降低动应力，选薄翼型。 4、计算、计算 Y-2 桨叶在水平铰偏置量分别为桨叶在水平铰偏置量分别为 100、200 毫米时

4、的基阶挥舞频率，以及在垂直铰毫米时的基阶挥舞频率，以及在垂直铰 偏置量分别为偏置量分别为 100、200 毫米时的基阶摆振频率（毫米时的基阶摆振频率（R5 米米)。答：挥舞基阶频率表达式：312pplRl 当时，100plmm1.01519当时，200plmm1.03078摆振基阶频率表达式：3 2ccl Rl 当时，100clmm0.175当时，200clmm0.255、某铰接式旋翼的扭转相对频率在不同整体振型时有三个不同值，分别为、某铰接式旋翼的扭转相对频率在不同整体振型时有三个不同值，分别为 6.6、4.6、3.43.5，试说明与这些频率对应的整体振型分别是哪些？为什么，试说明与这些频率

5、对应的整体振型分别是哪些？为什么 答：扭转振动固有频率受操纵线性刚度影响较大 后退型或前进型的扭转振动与直升机纵横向操纵线系耦合； 集合型扭转振动与直升机总距操纵线系耦合； 无反作用型扭转振动，变距拉杆的力相互平衡，只有自动倾斜器及其以上的操纵线系 的弹性会发生作用。因此：对应后退型或前进型的扭转振动；3.43.5:4.6 对应集合型的扭转振动； 6.6 对应无反作用型的扭转振动。 6、直升机旋翼桨叶质量为什么不能过轻？、直升机旋翼桨叶质量为什么不能过轻？ 答：a、桨叶太轻的话，在直升机自转下滑时，储存的能量少，容易发生危险；b、桨叶太轻会导致离心力刚度过小，进而使得广义刚度过小，这将增大交变

6、应力水平， 对动应力是不利的；c、桨叶过轻，会使旋翼角速度阻尼过小，对直升机的稳定性不利。 7、旋翼桨叶采用几何负扭转有何利弊？为什么？、旋翼桨叶采用几何负扭转有何利弊？为什么？ 答：桨叶的几何负扭转在空气动力学上是有利的，能够提高旋翼的气动效率，延迟前飞 时后行桨叶的气流分离； 但是它却会加大前飞时的动应力，由于几何负扭转，前飞时在前行桨叶上附加了分布接 近于一阶振型的气动载荷，导致动应力增大，前飞速度越大，此附加的气动载荷也越大。8、四片桨叶旋翼，作用有、四片桨叶旋翼，作用有 2、3、4、5 倍旋翼转速的谐波频率气动载荷，问这些频率成分倍旋翼转速的谐波频率气动载荷，问这些频率成分 的谐波载

7、荷激起什么样的旋翼整体振动，哪些振动能够传递到机体，引起机体多少频率的谐波载荷激起什么样的旋翼整体振动，哪些振动能够传递到机体，引起机体多少频率 的振动？的振动？ 答：频率的气动载荷引起旋翼无反作用型振动，不会传递给机体；2频率的气动载荷引起旋翼前进型振动，该振动会传递给机体，引起频率为的振34 动；频率的气动载荷引起旋翼集合型振动，该振动会传递给机体，引起频率为的振44动；频率的气动载荷引起旋翼后退型振动，该振动会传递给机体，引起频率为的振54动。 9、旋翼桨叶的挥舞扭转之间有哪些耦合关系、旋翼桨叶的挥舞扭转之间有哪些耦合关系？答：a、惯性耦合挥舞时产生的惯性力或离心力垂直于桨叶展向的分量的

8、改变由 于剖面重心与轴向铰轴线不重合而引起的扭矩；b、气动耦合挥舞速度改变了桨叶剖面的迎角，从而改变了升力，而由于翼型焦 点与轴向铰轴线不重合而产生的扭矩；c、几何耦合由于挥舞调节系数的存在，挥舞时会引起安装角的变化。 10、什么是桨叶的颤振？影响颤振的主要因素有哪些？避免颤振的主要措施是什么？、什么是桨叶的颤振？影响颤振的主要因素有哪些？避免颤振的主要措施是什么？ 答：由挥舞和变距的相互耦合作用，在一定条件下，这样的一个挥舞及扭转同时存在 的耦合运动就会变为不稳定的。如果这种不稳定运动是周期性的，就是所谓的颤振。影响颤振的主要因素有：临界转速弦向重心位置（最主要的影响因素）操纵线性刚度挥舞调

9、节系数避免颤振的主要措施有：提高临界转速加大操纵线系刚度减小挥舞调节系数使弦向重心前移 11、共振图中，挥舞运动和摆振运动有什么区别？、共振图中，挥舞运动和摆振运动有什么区别？ 答：挥舞运动固有频率随着转速的加大而增加，这反映了离心力刚度的加大，但是摆振运 动固有频率则增加较少。这一方面是由于摆振面离心力的作用要比挥舞面小很多，另 一方面桨叶弦向结构刚度要比挥舞结构刚度大很多。 12、扭转振动固有的特点？、扭转振动固有的特点？ 答：a、离心力位能所占的比例很小 b、旋转对频率影响很小 c、旋转对振型没有影响 d、桨叶弹性刚度和操纵线系刚度相比，后者的影响是主要的 13、共振图的概念及用途？、共

10、振图的概念及用途？ 答：共振图包括：旋翼各阶固有频率随转速的变化情况；频率为转速整数倍的一族射线， 代表了旋翼工作时气动激振力的频率随转速的变化曲线。 这个图可以用来检查旋翼的共振情况。 14、如何调频？、如何调频？ 答：调频是在振型的波腹或节点处增加质量。在振型的波腹处增加质量，广义质量明显加 大，而离心力刚度增加不大，这时的固有频率降低；在振型的节点处增加质量，离心力 刚度增加而广义质量没有改变，固有频率会加大。 15、什么是旋翼整体振型？整体振型与机体之间的耦合关系是什么？整体振型振动到机体、什么是旋翼整体振型？整体振型与机体之间的耦合关系是什么？整体振型振动到机体 的传递规律是什么？的

11、传递规律是什么？ 答：旋翼整体振型实际上是指旋翼各片桨叶以同一频率振动时彼此之间的相位关系，不同 的相位关系就构成了不同的振型。 整体振型与机体之间的耦合关系：挥舞运动：a、集合型挥舞运动与机体垂直运动相耦合b、周期型挥舞运动与机体俯仰和滚转运动相耦合 摆振运动：a、集合型摆振运动与旋翼轴扭转振动相耦合b、周期型摆振运动与机体桨毂中心水平运动相耦合扭转运动：a、集合型扭转运动与自动倾斜器上下运动（总距操纵系统）相耦合b、周期型扭转运动与自动倾斜器纵、横向运动（纵、横向操纵系统）相耦 合整体振型振动到机体的传递规律只有能够激起集合型，后退型或前进型这些旋翼振型的气动载荷才能传递到机体（包括 传动

12、系统） 。所有各阶谐波的气动载荷都会引起桨叶的弹性振动，但是只有其中的某些 谐波（ZK,ZK-1，ZK+1）才会引起直升机的振动。 （K 为旋翼桨叶片数，Z 为任意正整数） 16、米、米 8 直升机为什么从原来的四片桨叶改为五片？（旋翼转速为直升机为什么从原来的四片桨叶改为五片？（旋翼转速为 190r/min，前进型的耦，前进型的耦 合固有频率为合固有频率为 560r/min，后退型的耦合固有频率为，后退型的耦合固有频率为 761/min） 答：4 片桨叶时前进型的耦合固有频率与 3*190=570r/min 很接近，会产生强烈的共振，而 改用 5 片桨叶就能够避免。 17、关于旋翼的一些气动

13、导数、关于旋翼的一些气动导数 答：操纵功效：旋翼对直升机重心的操纵力矩与驾驶杆位移量之比。角速度阻尼：旋翼对直升机重心的力矩对相应的直升机角速度的导数。迎角静稳定性：旋翼对直升机重心的俯仰力矩对直升机迎角的导数。铰接式旋翼操纵功效和角速度阻尼一般都不足，解决办法是：增大桨叶质量以加大质量静矩，适当增加水平铰外移量。但同时又增加了旋翼的迎角 不稳定性。 18、解释旋翼迎角不稳定性、解释旋翼迎角不稳定性 答：直升机抬头时，桨盘会产生附加的后倾扰动，升力除了有一个常量的增加外，还有一 个一阶谐波的正弦量，后者使得桨盘产生附加的后倾，形成了旋翼的迎角不稳定性。 悬停状态下，旋翼迎角是中性稳定的。 19、 “地面共振地面共振”产生的原因及避免措施产生的原因及避免措施 答：摆振后退型固有频率与机体固有频率重合或接近时发生共振，就是所谓的“地面共振” 。措施：增大阻尼，包括摆振阻尼和机体阻尼；调频，使得频率远离共振区。 20、什么是螺桨力矩？、什么是螺桨力矩？答：桨叶扭转振动时由离心力引起的力矩，其大小为2Idr21、刚体桨叶挥摆耦合方程推导、刚体桨叶挥摆耦合方程推导，注意摆振离心力力臂 22、弹性桨叶运动方程推导、弹性桨叶运动方程推导：要求掌握积分形式牛顿法、微分形式牛顿法基本思路，基本 受力分析，积分微分表达式。分离变量法求解。分部积分、边界条件运用以降低形函 数阶次。