无轴承旋翼动态特性研究：柔性梁刚度影响

"无轴承旋翼;多路传力;有限元;动态特性;非线性" 本文主要探讨了柔性梁刚度对无轴承旋翼桨叶动态特性的影响。无轴承旋翼作为一种先进的直升机旋翼设计，取消了传统的机械轴承，采用柔性梁和扭矩套来传递力矩，从而减少了机械磨损，提高了系统的可靠性。然而，这也带来了复杂的动力学问题，因为柔性梁和扭矩套的非线性耦合以及多路径力传递使得分析旋翼的动态特性变得极其复杂。 作者高文杰运用哈密顿原理，首先推导出桨叶的应变-位移关系，然后建立了一个多路传力的无轴承旋翼桨叶运动的有限元模型。在这个模型中，考虑了桨叶、柔性梁、扭矩套的位移协调条件，以及非线性变形耦合和摆振销的影响。通过构造一个15自由度的梁单元，作者得以求解旋翼桨叶的固有频率，从而深入研究柔性梁刚度变化对固有频率的影响。 数值分析结果显示，当柔性梁剖面的模态刚度改变时，不同模态的频率变化有所不同。低阶模态的频率变化相对较小，而高阶模态的频率变化较大，这表明高阶模态对梁刚度的变化更敏感。此外，其他模态的频率变化非常小，耦合现象并不显著。这一发现对于理解无轴承旋翼的动力响应和设计优化具有重要意义。 过去的研究如Hodges、Dawson、Sivaneri等人已经对无轴承旋翼的动态特性进行了不同程度的探索，但均未充分考虑柔性梁的非线性和多路径力传递的复杂性。Lim和Chopra等人的工作则更侧重于大变形条件下的气动弹性稳定性的分析。然而，这些研究并未像本文那样详细地探讨柔性梁刚度对动态特性的影响。 本文为无轴承旋翼的动态特性研究提供了新的视角，强调了柔性梁刚度特性在设计和分析中的关键作用。这些研究成果对于提高无轴承旋翼的性能，降低振动和噪声，以及确保飞行安全具有重要的理论和实践价值。