● 摘要
桨叶是直升机最重要的部件之一,也是最容易受到损伤的部件。桨叶的损伤不仅会导致结构强度的降低,还会引起振动特性的改变,进而影响旋翼系统的振动特性和全机的动态响应,甚至有可能引起旋翼与机身的共振,影响直升机的飞行安全。因此,国内外学者对直升机桨叶气动弹性稳定性进行了很多研究。目前,对复合材料桨叶的气动弹性问题较多,而对损伤桨叶的气动弹性研究还相对较少。
本文以专用旋翼桨叶建模与参数计算软件和直升机旋翼计算分析软件 CAMRAD 为基础,以某复合材料旋翼桨叶为例,对无损桨叶和一系列损伤桨叶的结构动力学与气动弹性问题进行了分析。
无损桨叶动力学与气动弹性分析表明,桨叶挥舞频率随着转速提高而增大,扭转和摆振频率随转速变化可以忽略。桨叶各阶频率随着变距角增大变化很小。额定状态下,桨叶动力学和气动弹性稳定性均满足设计要求,不会发生共振或者气动弹性不稳定。
穿孔损伤对桨叶动力学与气动弹性稳定性影响分析表明,损伤位置越靠近桨叶根部,对固有频率和桨叶气弹稳定性的影响越大。穿孔损伤对桨叶固有频率的影响与穿孔位置、穿孔大小有很大关系,还与大梁的损伤程度有关。穿孔损伤对桨叶气动弹性稳定性有利。
区域损伤对桨叶动力学和气弹稳定性的影响分析表明,分层损伤、雷击损伤等损伤可以模拟成区域损伤,区域损伤的大小、位置和刚度折减系数对桨叶频率和气弹稳定性影响很大。