直升机动力学手册PDF电子书下载

1引论 1

1.1 直升机的动力学问题及其在型号研制中的地位 1

1.1.1 直升机动力学的基本问题 1

1.1.2 直升机动力学在型号研制中的地位 2

1.2 解决直升机动力学问题的技术路线 3

1.3 编写本手册的考虑 3

2直升机的振源 4

2.1 直升机的主要振源概况及分类 4

2.1.1 振源分析的重要性与地位 4

2.1.2 外部环境引起的激振力 4

2.1.3 内部环境引起的激振力 4

2.1.4 分类 5

2.2 旋翼的激振力 5

2.2.1 桨叶由于交变气动环境及操纵引起的气动激振力 5

2.2.2 桨叶根部的作用力及力矩 7

2.2.3 桨根力的合成及旋翼整体振型 12

2.2.4 桨毂激振力 19

2.2.5 桨毂激振力的传递 26

2.3 尾桨的激振力 27

2.4 旋翼的质量及气动不平衡引起的激振力 29

2.5 旋翼尾流的激振力 31

2.6 机体结构振动引起的平台环境 31

2.7 旋翼激振力的预估及抑制 33

2.7.1 预估的一般方法及现状 33

2.7.2 抑制旋翼激振力的设计措施 34

参考文献 34

3旋翼、尾桨动力学 35

3.1 概述 35

3.2 旋翼动力学设计 37

3.2.1 旋翼动力学设计要求 37

3.2.2 改善桨叶气动弹性响应的设计途径 37

3.2.3 旋翼各参数对桨叶气动弹性响应的影响 38

3.2.4 桨叶运动自由度之间的耦合 42

3.2.5 改善旋翼气动弹性稳定性的设计途径 45

3.2.6 失速颤振 47

3.2.7 旋翼与机体耦合的稳定性 48

3.3 旋翼桨叶动力特性分析 49

3.3.1 引言 49

3.3.2 旋转桨叶在挥舞面内的弯曲振动 49

3.3.3 旋转桨叶在摆振面内的弯曲振动 50

3.3.4 旋转桨叶扭转振动 51

3.3.5 桨叶动力特性计算方法 51

3.3.6 旋转桨叶挥舞-摆振-扭转耦合振动分析 59

3.3.7 桨叶振动的共振图 73

3.3.8 固定座标系内旋翼的整体运动 75

3.3.9 复杂结构的动力特性分析 77

3.4 旋翼桨叶气动弹性响应分析 80

3.4.1 引言 80

3.4.2 气动力 80

3.4.3 桨叶气动弹性响应计算的伽辽金法 83

3.4.4 桨叶气动弹性响应计算的逐步积分法 84

3.5 旋翼桨叶气动弹性稳定性分析 85

3.5.1 引言 85

3.5.2 变距-挥舞耦合气动弹性稳定性分析 86

3.5.3 挥舞-摆振耦合的气动弹性稳定性分析 91

3.5.4 无铰式或无轴承式旋翼桨叶气动弹性响应和稳定性分析 96

3.6 尾桨动力学特点 106

3.6.1 引言 106

3.6.2 尾桨的结构形式 106

3.6.3 尾桨结构动力学参数特点 107

3.6.4 尾桨动力学设计特点 109

3.6.5 尾桨动力稳定性问题 113

3.7 旋翼、尾桨动力学试验要求 117

3.7.1 概述 117

3.7.2 旋翼、尾桨的动力特性试验 117

3.7.3 旋翼、尾桨气动弹性稳定性试验 118

3.7.4 旋翼、尾桨的气弹响应试验 119

附录Ⅰ 有限元素法在桨叶动力特性计算中的实例 120

附录Ⅱ 经典颤振的算例 123

参考文献 129

4机体动力学 131

4.1 机体动力学概论 131

4.1.1 机体的功能与结构 131

4.1.2 机体动力学的研究内容 131

4.1.3 机体动力学研究方法 132

4.2 机体的有限元模型 132

4.2.1 机体结构的基本假设 132

4.2.2 有限元的基本概念 134

4.2.3 桁架式和梁式机体结构的有限元模型 135

4.2.4 薄壁机体结构的有限元模型 140

4.3 机体结构的固有特性分析 142

4.3.1 固有模态理论 142

4.3.2 机体结构的固有振动特性--瑞利商 145

4.4 机体结构的自由度减缩 146

4.4.1 机体结构的特点 146

4.4.2 超单元的基本概念 147

4.4.3 内部自由度减缩 147

4.4.4 自由度减缩后的动力学方程 148

4.4.5 界面自由度减缩一超节点的形成 149

4.4.6 质量矩阵的非一致形成法 150

4.5 粘性阻尼机体的动力学分析 151

4.5.1 比例粘性阻尼机体的动力学特性 151

4.5.2 一般粘性阻尼机体的动力学特性 152

4.5.3 粘性阻尼机体动力学的一般解一时域响应分析 154

4.5.4 粘性阻尼机体动力学的传递函数一拉氏域响应分析 157

4.6 机体结构的动力修改 160

4.6.1 动力修改的基本概念 160

4.6.2 小修改情况的模态摄动法 161

4.6.3 耦合模态摄动法 164

4.7 机体结构的动力学设计 168

4.7.1 问题的提出 168

4.7.2 机体结构的动特性优化设计问题 168

4.7.3 机体结构动特性优化设计方法 171

4.8 机体结构数学模型优化技术 173

4.8.1 机体结构数学模型优化问题的提法 173

4.8.2 试验建模与分析建模的相关性分析 174

4.8.3 动力学特性矩阵优化技术 176

4.8.4 有限元模型优化技术 179

参考文献 180

5动力/传动系统及操纵系统动力学 181

5.1 动力/传动系统及操纵系统动力学的基本问题 181

5.1.1 动力/传动/旋翼（尾桨）机械扭振系统的强迫振动 181

5.1.2 动力/传动/旋翼（尾桨）机械扭振系统与发动机控制系统耦合的动稳定性问题 181

5.1.3 发动机振动及传动轴的横向振动 181

5.1.4 操纵系统的“轴向”运动的动力特性 182

5.1.5 操纵拉杆的横向弯曲振动 182

5.2 动力/传动系统的扭转振动 182

5.2.1 当量系统 182

5.2.2 只考虑旋翼基阶模态的动力/传动系统扭转固有特性计算 188

5.2.3 计入桨叶弹性变形的动力/传动系统扭转固有特性计算 198

5.3 动力/传动机械扭振系统与发动机控制系统耦合的动稳定性问题 202

5.3.1 动力学模型的建立 203

5.3.2 动稳定性的分析 204

5.3.3 消除动不稳定性的设计措施与设计方法 205

5.4 操纵系统“轴向”运动的动力特性 207

5.4.1 系统的构成 207

5.4.2 动力特性的确定 208

5.4.3 动刚度特性的应用 218

5.5 操纵拉杆的横向（弯曲）振动 219

5.5.1 系统的构成 219

5.5.2 振源及设计准则 219

5.5.3 动力学模型 219

5.5.4 设计及减振分析 220

参考文献 220

6直升机减振技术 222

6.1 概述 222

6.1.1 一般的减振技术 222

6.1.2 降低直升机全机振动水平的途径 226

6.2 直升机被动减振技术 228

6.2.1 动力减振 228

6.2.2 振动隔离 242

6.3 直升机主动减振技术 256

6.3.1 主动减振概述 256

6.3.2 主动动力吸振 257

6.3.3 主动振动隔离 260

6.3.4 高阶谐波控制 265

附录Ⅰ 矩阵P的元素 271

附录Ⅱ 矩阵A、 B、 C、D的元素 273

参考文献 276

7旋翼—机体耦合系统动不稳定性分析与综合 279

7.1 旋翼—机体耦合振动系统的动不稳定性问题及其预防措施 279

7.1.1 旋翼—机体耦合振动系统的动不稳定性问题的物理本质 279

7.1.2 旋翼振动系统 280

7.1.3 机身振动系统 281

7.1.4 发生“地面共振”时的现象和处置办法 281

7.1.5 预防措施 281

7.2 “地面共振”分析模型及动力稳定性计算方法 284

7.2.1 平面动力模型 284

7.2.2 空间动力模型 293

7.2.3 安全转速图 304

7.3 “地面共振”动力学参数测定 305

7.3.1 质量、转动惯量和重心位置的测定 305

7.3.2 刚度、阻尼特性的测定 306

7.3.3 机体动力特性（桨毂中心频响函数）的测定 312

7.4 基于机体频响函数实测数据的“地面共振”判别方法 314

7.4.1 基于低频段频响函数实测数据的“地面共振”判别方法 314

7.4.2 基于高频段频响函数实测数据的“地面共振”判别方法 316

7.5 “地面共振”地面开车试验 321

7.5.1 试验目的 321

7.5.2 试验条件 321

7.5.3 激振方法 322

7.5.4 数据记录和处理 322

7.6 系留状态的“地面共振”分析 322

7.6.1 直升机系留状态的种类 322

7.6.2 钢索无预紧系留状态“地面共振”分析 322

7.6.3 钢索预紧系留状态“地面共振”分析 323

7.6.4 其它类型系留状态“地面共振”分析 323

7.7 滑跑时的“地面共振”分析 324

7.7.1 直升机滑跑时的特点及产生“地面共振”的机理 324

7.7.2 轮胎滚动时侧向刚度、阻尼特性计算 324

7.7.3 直升机滑跑时桨叶减摆器阻尼特性计算 325

7.7.4 滑跑时的“地面共振”计算 327

7.7.5 算例计算结果 331

7.8 一个减摆器失效时的“地面共振”分析 332

7.8.1 运动方程 332

7.8.2 基于基础各向同性假设下的计算方法 332

7.8.3 基础各向异性情况下的计算方法 333

7.8.4 算例计算结果 336

7.9 无铰旋翼直升机“地面共振”和“空中共振”分析 337

7.9.1 分析模型 338

7.9.2 无铰旋翼直升机“空中共振”和“地面共振”计算方法 341

7.9.3 算例计算结果 353

参考文献 355

8直升机振动、噪声环境 356

8.1 座舱的振动及噪声环境 356

8.1.1 振源及噪声源 356

8.1.2 振动及噪声在结构里的传递 357

8.1.3 振动、噪声的一般特性 357

8.2 振动、噪声环境问题 360

8.2.1 振动环境对设备的影响 360

8.2.2 振动环境对人体的影响 361

8.2.3 噪声对设备及人体的影响 363

8.2.4 振动、噪声联合环境对设备和人体的影响 363

8.3 处理振动、噪声环境问题的一般考虑 367

8.3.1 一般考虑 367

8.3.2 改善振动、噪声环境技术措施举例 368

8.3.3 乘坐品质标准及设备振动环境试验标准 372

8.4 振动环境条件的制订及振动环境试验技术 385

参考文献 385

9直升机动力学试验 387

9.1 强度规范对动力学试验的要求 387

9.1.1 一般结构类部件动力学试验要求 387

9.1.2 特殊动力学试验要求 387

9.2 动力学特性试验的基本方法 388

9.2.1 模态参数识别技术 388

9.2.2 试验确定部件的物理参数 390

9.2.3 试验确定稳定性边界 390

9.3 动力学试验的一般技术 390

9.3.1 试件的安装和边界条件的模拟 390

9.3.2 激励方式选择 393

9.3.3 测量信号的标定 395

9.3.4 动力学试验应注意的一些问题 402

9.3.5 试验数据的检验 408

9.3.6 试验仪器及其选用 410

9.4 动力学参数的确定 416

9.4.1 惯量与刚度 416

9.4.2 着陆系统的刚度和阻尼 422

9.4.3 桨叶减摆器的刚度与阻尼 429

9.4.4 阻抗特性测量 430

9.5 机身在起落架上振动时，桨毂中心频响函数测量 434

9.5.1 试验目的 434

9.5.2 试验条件 434

9.5.3 激振系统 435

9.5.4 测量系统 437

9.5.5 数据处理及实例 437

9.6 旋转部件的动力特性测试 438

9.6.1 旋转部件上信号传输 438

9.6.2 旋转旋翼的固有动力特性测试 445

9.7 旋翼气动弹性和机械稳定性试验 454

9.7.1 确定稳定性边界的方法 454

9.7.2 悬停稳定性试验 460

参考文献 469

10旋翼动力相似模型设计和试验 472

10.1 旋翼动力相似模型概述 472

10.1.1 旋翼动力相似模型试验目的 472

10.1.2 相似条件 472

10.1.3 旋翼模型分类 472

10.2 旋翼动力模型的相似准则数 472

10.3 缩尺因子及旋翼模型设计 475

10.3.1 基本量的缩尺因子 475

10.3.2 旋翼动力相似模型设计方法的分类 476

10.3.3 旋翼动力相似模型设计准则的选择 476

10.3.4 风洞介质对模型旋翼参数缩尺因子的影响 478

10.3.5 旋翼动力相似模型设计要点 478

10.4 旋翼动力相似模型的检验 480

10.4.1 模型旋翼桨叶弯曲刚度分布，扭转刚度分布及质量分布检验 481

10.4.2 不旋转桨叶模型固有特性检验 483

10.4.3 模型旋翼的静平衡检验 486

10.4.4 模型旋翼的动平衡检验 488

10.5 旋翼动力相似模型试验装置的一般考虑 491

10.5.1 对旋翼试验台设计的要求 491

10.5.2 试验装置概述 491

10.5.3 旋转桨叶的激振及固有特性测试 500

10.5.4 数据处理系统 505

10.6 试验结果的误差分析 506

10.7 旋翼模型动不稳定性风洞试验示例 514

10.7.1 旋翼模型参数及试验台系统 514

10.7.2 试验程序 515

10.7.3 试验结果 517

参考文献 520

11直升机动力学飞行试验 521

11.1 概述 521

11.2 测量系统的标定和检查 521

11.2.1 静态标定 522

11.2.2 动态特性的标定和检查 523

11.3 直升机飞行参数的测量 524

11.3.1 一般飞行参数的测量 524

11.3.2 特殊飞行参数的测量 524

11.4 载荷测量 526

11.4.1 机身载荷识别技术 526

11.4.2 桨叶铰链力矩的测量（以旋翼桨叶为例） 530

11.4.3 动力传动轴的扭矩测量 532

11.4.4 压力测量 533

11.5 结构的应变测量 534

11.5.1 应变片及其使用技术 534

11.5.2 测量电桥及导线连接 536

11.5.3 直流放大器 538

11.5.4 磁带记录器 539

11.5.5 集流环 541

11.5.6 无线电遥测系统 541

11.5.7 应变测量的特殊问题 545

11.5.8 测量的保证和实施 546

11.5.9 测量误差 547

11.6 振动测量 547

11.6.1 振动测量设备 547

11.6.2 振动测量设备的安装 548

11.6.3 飞行试验状态 548

11.7 直升机声学噪声的测量 548

11.7.1 内部噪声 548

11.7.2 外部噪声 549

11.7.3 武器噪声测量 550

11.7.4 旋翼气动噪声的测量 551

11.8 瞬态响应测量 551

11.8.1 着陆载荷响应 551

11.8.2 滑跑载荷响应 551

11.8.3 武器发射时的冲击载荷响应 551

11.9 机械和气动弹性不稳定性试验 552

11.9.1 机械不稳定性试验 552

11.9.2 气动弹性不稳定性试验 552

11.10 数据处理 553

11.10.1 一般动力学数据的处理 554

11.10.2 直升机动力学数据处理 554

11.10.3 数据处理误差 555

参考文献 556