智能后缘襟翼直升机桨叶动态扭转特性及其主动控制

本文主要探讨了带后缘襟翼的直升机桨叶动态扭转特性，由尹维龙教授及其团队在哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所和力学博士后流动站进行的研究。他们的研究重点在于如何通过高频振动的后缘襟翼主动控制旋翼传递给直升机机身的振动载荷，以期实现更有效的振动抑制和性能优化。 文章首先介绍了直升机振动问题的历史背景，指出这个问题长期以来一直是直升机设计中的核心挑战。现有的减振策略，如被动吸/隔振和主动抑振，虽然在一定程度上能够减轻振动，但往往伴随着重量增加、结构复杂度提升以及维护成本的上升。因此，研究焦点集中在改进旋翼本身的减振技术，包括通过优化桨叶气动外形、调整剖面刚度和质量分布来降低振动。 智能材料的发展，尤其是压电陶瓷等电致形变材料的引入，为实现智能旋翼结构设计提供了新的可能。在此背景下，智能桨叶的概念——主动后缘襟翼（ActiveTrailing-edgeFlap, ATF）被提出。通过智能驱动材料，后缘襟翼的偏转可以被精确控制，这使得在桨叶的特定区域产生额外的扭矩，促使桨叶发生弹性扭转。这种扭转效应会改变桨叶的气动载荷，从而间接地减少振动。 研究的核心内容包括使用修正的Greensberg准定常气动理论计算后缘襟翼的气动力，采用21节点的中等变形梁模型构建桨叶的结构模型，并利用Newmark数值积分法求解非线性运动方程。研究发现，随着后缘襟翼偏转速率的提高，桨叶的扭转角、挥舞位移和旋翼拉力的波动显著增加。特别地，当襟翼振动频率接近旋转桨叶扭转的一阶固有频率时，桨叶扭转振动的峰峰值会达到最大值。此外，桨叶扭转与襟翼振动之间存在相位差，该差值随襟翼振动频率变化，例如在无量纲角频率为4时，桨尖扭转滞后于襟翼振动约1/4个周期。 这项研究对于理解带后缘襟翼直升机桨叶的动态扭转特性及其在振动控制中的潜在作用具有重要意义，为直升机设计者提供了一种新颖而高效的减振策略，有可能在未来直升机技术发展中发挥关键作用。