直升機動力學(xué)基礎(chǔ)(地面共振-2010-11)

1、南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所第六章第六章 直升機地面共振直升機地面共振與空中共振與空中共振 南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所 直升機地面共振與空中共振是一直升機地面共振與空中共振是一種旋翼和機體耦合的動力不穩(wěn)定性運種旋翼和機體耦合的動力不穩(wěn)定性運動動自激振動。主要的自激振動源自激振動。主要的自激振動源是旋翼后退型擺振運動與旋翼槳轂中是旋翼后退型擺振運動與旋翼槳轂中心有水平運動的機體模態(tài)的耦合。心有水平運動的機體模態(tài)的耦合。6.1 6.1 概述概述南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所 地面共振是直升機在地面開車或滑行、滑地面共振是直升機在地面開車或滑行、滑跑時發(fā)生的。機體系統(tǒng)是由機體支持在起落架

2、跑時發(fā)生的。機體系統(tǒng)是由機體支持在起落架上所構(gòu)成的。地面共振的發(fā)散速度極大，往往上所構(gòu)成的。地面共振的發(fā)散速度極大，往往在幾秒鐘內(nèi)就會造成機體及旋翼的破壞。在幾秒鐘內(nèi)就會造成機體及旋翼的破壞。 空中共振是無鉸式及其他新型旋翼出現(xiàn)后，空中共振是無鉸式及其他新型旋翼出現(xiàn)后，帶有這種旋翼的直升機在飛行中遇到的與地面帶有這種旋翼的直升機在飛行中遇到的與地面共振類似的自激振動問題。由于是在空中發(fā)生共振類似的自激振動問題。由于是在空中發(fā)生的，所以稱為空中共振。的，所以稱為空中共振。南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所 在地面共振中，旋翼運動主要是基在地面共振中，旋翼運動主要是基階模態(tài)的后退型擺振運動，頻率為階

3、模態(tài)的后退型擺振運動，頻率為 （或（或 ）。）。 機體的振動是指旋翼槳轂中心有水平機體的振動是指旋翼槳轂中心有水平方向位移的振型，在地面共振分析時把機方向位移的振型，在地面共振分析時把機體簡化成剛體，通過彈性的起落架支持在體簡化成剛體，通過彈性的起落架支持在地面上所構(gòu)成的振動系統(tǒng)。機體在起落架地面上所構(gòu)成的振動系統(tǒng)。機體在起落架上有六個自由度，有意義的主要是側(cè)移和上有六個自由度，有意義的主要是側(cè)移和橫滾兩個模態(tài)。橫滾兩個模態(tài)。16.2 6.2 地面共振及空中共振機理地面共振及空中共振機理南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所 當(dāng)當(dāng) 等于或接近機體在起落架上等于或接近機體在起落架上的固有頻率，系統(tǒng)就會

4、出現(xiàn)不穩(wěn)定運動。的固有頻率，系統(tǒng)就會出現(xiàn)不穩(wěn)定運動。 地面共振屬于低頻振動，由于擺振運地面共振屬于低頻振動，由于擺振運動氣動阻尼很小，一般不考慮空氣動力的動氣動阻尼很小，一般不考慮空氣動力的作用，因而地面共振屬于旋翼與機體耦合作用，因而地面共振屬于旋翼與機體耦合的機械不穩(wěn)定現(xiàn)象。的機械不穩(wěn)定現(xiàn)象。南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所 下圖給出了（下圖給出了（ ）或（）或（ ）隨轉(zhuǎn)速的）隨轉(zhuǎn)速的變化，可以看出對于鉸接式旋翼，在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化，可以看出對于鉸接式旋翼，在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可能存在地面共振，而空中共振只可能在轉(zhuǎn)速很低時可能存在地面共振，而空中共振只可能在轉(zhuǎn)速很低時發(fā)生，沒有意義。擺振柔軟

5、的無鉸式旋翼地面共振、發(fā)生，沒有意義。擺振柔軟的無鉸式旋翼地面共振、空中共振都可能存在。對于擺振剛硬的無鉸式旋翼，空中共振都可能存在。對于擺振剛硬的無鉸式旋翼，在工作轉(zhuǎn)速附近及其以內(nèi)在工作轉(zhuǎn)速附近及其以內(nèi) ，不存在這個問題。，不存在這個問題。南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所 空中共振是一種在飛行中出現(xiàn)的旋空中共振是一種在飛行中出現(xiàn)的旋翼與機體耦合的動不穩(wěn)定現(xiàn)象，除了擺翼與機體耦合的動不穩(wěn)定現(xiàn)象，除了擺振運動外，揮舞運動也在其中起了很大振運動外，揮舞運動也在其中起了很大的作用，因而空氣動力對其有顯著影響。的作用，因而空氣動力對其有顯著影響?？罩泄舱袷侵鄙龣C動力學(xué)分析中最復(fù)雜空中共振是直升機動力學(xué)

6、分析中最復(fù)雜的問題之一。的問題之一。南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所bbbb1 1）頻率）頻率 （ ） 改變改變 、 使其在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)使其在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi) 即調(diào)整即調(diào)整 和和 使重合點及相應(yīng)的不穩(wěn)定區(qū)移出工使重合點及相應(yīng)的不穩(wěn)定區(qū)移出工作轉(zhuǎn)速范圍外。作轉(zhuǎn)速范圍外。 6.3 6.3 影響地面共振的因素及防止措施影響地面共振的因素及防止措施 2 2）阻尼特性，即保證足夠擺振阻尼及機體（起落）阻尼特性，即保證足夠擺振阻尼及機體（起落架）阻尼以消除不穩(wěn)定性。架）阻尼以消除不穩(wěn)定性。 實際上往往需要同時采用兩種措施，因為不穩(wěn)定實際上往往需要同時采用兩種措施，因為不穩(wěn)定運動是一個轉(zhuǎn)速范圍，為了保證一定

7、的安全裕度，要運動是一個轉(zhuǎn)速范圍，為了保證一定的安全裕度，要求地面共振的不穩(wěn)定區(qū)的下邊界不低于最大轉(zhuǎn)速的求地面共振的不穩(wěn)定區(qū)的下邊界不低于最大轉(zhuǎn)速的120%120%。南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所1. 1. 減擺器減擺器（1 1）摩擦減擺器）摩擦減擺器（2 2）液壓減擺器）液壓減擺器（3 3）粘彈減擺器）粘彈減擺器（4 4）液彈減擺器）液彈減擺器南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所（1 1）摩擦減擺器）摩擦減擺器 14jeMC當(dāng)量線性阻尼系數(shù)：當(dāng)量線性阻尼系數(shù)： 南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所（2 2）液壓減擺器）液壓減擺器 當(dāng)量線性阻尼系數(shù)：當(dāng)量線性阻尼系數(shù)： heCC138hjCM南京航空

8、航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所（3 3）粘彈減擺器）粘彈減擺器 南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所2.2.減震器減震器南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所第七章第七章 旋翼旋翼/ /動力動力/ /傳動傳動扭振系統(tǒng)動力學(xué)問題扭振系統(tǒng)動力學(xué)問題南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所 直升機的發(fā)動機通過由減速器及傳動軸等組成的傳直升機的發(fā)動機通過由減速器及傳動軸等組成的傳動系統(tǒng)驅(qū)動旋翼及尾槳，這些部分聯(lián)接在一起形成一動系統(tǒng)驅(qū)動旋翼及尾槳，這些部分聯(lián)接在一起形成一個機械扭振系統(tǒng)。個機械扭振系統(tǒng)。7.1 7.1 扭轉(zhuǎn)共振扭轉(zhuǎn)共振南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所 由旋翼由旋翼/ /動力動力/ /傳動組成的機械扭振系統(tǒng)，傳動

9、組成的機械扭振系統(tǒng)，其扭轉(zhuǎn)固有頻率與激振力頻率接近以至重其扭轉(zhuǎn)固有頻率與激振力頻率接近以至重合時，會發(fā)生共振，在系統(tǒng)中會產(chǎn)生過大合時，會發(fā)生共振，在系統(tǒng)中會產(chǎn)生過大的交變載荷，以至引起結(jié)構(gòu)疲勞破壞。激的交變載荷，以至引起結(jié)構(gòu)疲勞破壞。激振力是旋翼作用于槳轂中心的頻率為振力是旋翼作用于槳轂中心的頻率為N N的的交變扭矩，從整體振型看，即旋翼上即激交變扭矩，從整體振型看，即旋翼上即激起擺振集合型的振動載荷，形成扭振系統(tǒng)起擺振集合型的振動載荷，形成扭振系統(tǒng)的激振力（圖的激振力（圖7-17-1）。）。 南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所圖圖7-1 7-1 典型的直升機扭振系統(tǒng)分析模型典型的直升機扭振系統(tǒng)

10、分析模型 消除扭轉(zhuǎn)共振的措施是改變模態(tài)固有頻率，即扭消除扭轉(zhuǎn)共振的措施是改變模態(tài)固有頻率，即扭轉(zhuǎn)剛度和轉(zhuǎn)動慣量。轉(zhuǎn)剛度和轉(zhuǎn)動慣量。南京航空航天大學(xué)直升機技術(shù)研究所 機械扭振系統(tǒng)在扭振時，燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳機械扭振系統(tǒng)在扭振時，燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器感受到所引起的轉(zhuǎn)速脈動，使供油量也發(fā)生脈動，感器感受到所引起的轉(zhuǎn)速脈動，使供油量也發(fā)生脈動，引起作用在自由渦輪上的扭矩的脈動，這樣對機械扭引起作用在自由渦輪上的扭矩的脈動，這樣對機械扭振系統(tǒng)又施加了激振，一定的條件下這個閉環(huán)系統(tǒng)會振系統(tǒng)又施加了激振，一定的條件下這個閉環(huán)系統(tǒng)會成為動不穩(wěn)定的，從而引發(fā)過大的交變載荷及直升機成為動不穩(wěn)定的，從而引發(fā)過大的交變載荷及直升機的振動（圖的振動（圖7-27-2）。）。 防止耦合動不穩(wěn)定性的措施一是提供足夠的減擺防止耦合動不穩(wěn)定性的措施一是提供足夠的減擺器阻尼；另