一種艦載直升機(jī)艦面共振建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于直升機(jī)理論建模技術(shù)，涉及一種用于艦載直升機(jī)艦面共振仿真分析的 艦面共振建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了保證艦載直升機(jī)能在艦面上安全起降，確保在起降狀態(tài)下不發(fā)生艦面共振， 必須進(jìn)行艦面共振穩(wěn)定性計(jì)算，而艦面共振建模則是基礎(chǔ)。
[0003] 處于海洋氣象環(huán)境下的艦船在各級海況下停泊或航行，都會(huì)產(chǎn)生搖晃。直升機(jī)在 艦面起降時(shí)，旋翼減擺器、起落架剛度和阻尼可能存在嚴(yán)重的非線性特性，其旋翼和機(jī)體系 統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性在艦船振動(dòng)環(huán)境中會(huì)發(fā)生顯著變化，致使存在或可能出現(xiàn)由于旋翼與機(jī)體 耦合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的艦面共振不穩(wěn)定現(xiàn)象，這是一個(gè)直接影響到機(jī)艦安全的動(dòng)力學(xué)問題。直升 機(jī)不論采取自由著艦還是引降著艦，都要考慮搖晃平臺運(yùn)動(dòng)，引降著艦，還需考慮引降裝置 與機(jī)和艦的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以及引降著艦提供的各種約束和動(dòng)力學(xué)特性。因此，艦面共振仿真模 型的準(zhǔn)確性直接影響艦面共振分析的精準(zhǔn)度。準(zhǔn)確的艦面共振分析模型，能在設(shè)計(jì)上提供 有效措施避免和消除艦面共振。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：提出一種艦載直升機(jī)艦面共振建模方法，用于艦載直 升機(jī)艦面共振分析，能在設(shè)計(jì)上提供有效措施避免和消除艦面共振。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案：建立單個(gè)起落架載荷平衡分析模型和機(jī)體在艦面上的運(yùn)動(dòng)分 析模型；引降著艦時(shí)，對引降裝置進(jìn)行建模分析，分析引降裝置動(dòng)力學(xué)特性，為艦面共振總 體建模分析提供子系統(tǒng)模型；根據(jù)牛頓定律或達(dá)朗伯原理，建立描述全機(jī)在艦面運(yùn)動(dòng)及艦 船運(yùn)動(dòng)影響的直升機(jī)艦面共振分析模型。
[0006] 機(jī)體著艦狀態(tài)艦面共振仿真分析模型中，要考慮直升機(jī)艦面自由著艦和引降著艦 兩種著艦狀態(tài)。自由著艦時(shí)，艦船的上下沉浮、左右搖晃、前后搖晃運(yùn)動(dòng)會(huì)引起機(jī)體重心點(diǎn) 處航向、側(cè)向和垂向運(yùn)動(dòng)，以及滾轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)，對機(jī)體產(chǎn)生慣性作用力，使直升機(jī)左右、前 后起落架壓縮量不同。引降著艦時(shí)魚叉處于系留狀態(tài)，并可使直升機(jī)能隨艦一起搖晃與沉 浮，需考慮引降裝置與機(jī)和艦的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以及引降著艦提供的各種約束和動(dòng)力學(xué)特性，建 立直升機(jī)在艦面起降狀態(tài)的艦面共振分析模型時(shí)需要綜合考慮這些因素。
[0007] -種艦載直升機(jī)艦面共振建模方法，包括：
[0008] (1)建立描述機(jī)體在艦面上運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系；
[0009] (2)根據(jù)所述機(jī)體坐標(biāo)中機(jī)體與艦的運(yùn)動(dòng)關(guān)系對單個(gè)起落架載荷平衡進(jìn)行計(jì)算；
[0010] (3)基于所述單個(gè)起落架載荷平衡，分析機(jī)體運(yùn)動(dòng)受力，進(jìn)行機(jī)體在艦面上運(yùn)動(dòng)分 析；
[0011] (4)根據(jù)單個(gè)起落架的平衡方程和旋翼機(jī)體耦合的力和力矩平衡方程以及槳葉運(yùn) 動(dòng)擺振方程聯(lián)立建立艦面共振運(yùn)動(dòng)方程。
[0012] 優(yōu)選的是，建立全機(jī)坐標(biāo)系，分析全機(jī)模型，假設(shè)機(jī)體為剛體，考慮機(jī)體在空間的6 個(gè)剛體運(yùn)動(dòng)自由度：航向位移X、側(cè)向位移Y、垂向位移Z、橫滾、俯仰、偏航運(yùn)動(dòng)?z， 繪制機(jī)體模型圖，機(jī)體模型圖定義了起落架安裝于機(jī)體的位置參數(shù)、槳轂中心到機(jī)體重心 的位置參數(shù)，及槳軸的前傾角。
[0013] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，單個(gè)起落架載荷平衡分析，直升機(jī)艦面甲板上起降 時(shí)，艦船上下沉浮運(yùn)動(dòng)、左右搖晃、前后搖晃運(yùn)動(dòng)，艦船會(huì)對起落架產(chǎn)生一個(gè)垂向的作用力， 作用點(diǎn)為起落架機(jī)輪在艦面上的著陸點(diǎn)。
[0014] 自由系留狀態(tài)起落架的垂向受力分析，單個(gè)起落架受到的機(jī)體對其的載荷Fz與緩 沖器軸向力Fs平衡，而緩沖器軸向力Fs又與機(jī)輪垂向剛度阻尼力Ft和艦面對其的作用力P 達(dá)到平衡。
[0015] 艦的運(yùn)動(dòng)對起落架的影響，直接考慮艦和起落架的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，建立單個(gè)機(jī)輪運(yùn)動(dòng) 模型。由達(dá)朗伯原理，機(jī)輪受到機(jī)體和緩沖器作用力與慣性力平衡，建立各起落架機(jī)輪垂向
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種艦載直升機(jī)艦面共振建模方法，其特征在于： (1) 建立描述機(jī)體在艦面上運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系； (2) 根據(jù)所述機(jī)體坐標(biāo)中機(jī)體與艦的運(yùn)動(dòng)關(guān)系對單個(gè)起落架載荷平衡進(jìn)行計(jì)算； (3) 基于所述單個(gè)起落架載荷平衡，分析機(jī)體運(yùn)動(dòng)受力，進(jìn)行機(jī)體在艦面上運(yùn)動(dòng)分析； (4) 根據(jù)單個(gè)起落架的平衡方程和旋翼機(jī)體耦合的力和力矩平衡方程以及槳葉運(yùn)動(dòng)擺 振方程聯(lián)立建立艦面共振運(yùn)動(dòng)方程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的艦載直升機(jī)艦面共振建模方法，其特征在于：所述建立全機(jī) 坐標(biāo)系，分析全機(jī)模型，考慮機(jī)體在空間的六個(gè)剛體運(yùn)動(dòng)自由度：航向位移X、側(cè)向位移Y、 垂向位移Z、橫滾Φ χ、俯仰Φγ、偏航運(yùn)動(dòng)Φζ，繪制機(jī)體模型圖，確定起落架安裝于機(jī)體的位 置參數(shù)、槳轂中心到機(jī)體重心的位置參數(shù)，及槳軸的前傾角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的艦載直升機(jī)艦面共振建模方法，其特征在于：所述單個(gè)起 落架載荷平衡，自由系留狀態(tài)起落架的垂向受力分析，單個(gè)起落架受到的機(jī)體對其的載 荷F z與緩沖器軸向力Fs平衡，緩沖器軸向力Fs與機(jī)輪垂向剛度阻尼力Ft和艦面對其 的作用力P達(dá)到平衡；根據(jù)艦和起落架的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，建立單個(gè)機(jī)輪運(yùn)動(dòng)模型，由達(dá)朗伯 原理，機(jī)輪受到機(jī)體和緩沖器作用力與慣性力平衡，建立各起落架機(jī)輪垂向運(yùn)動(dòng)方程，
Zt表示艦的運(yùn)動(dòng)，Z 1表示機(jī)輪的運(yùn)動(dòng)（每 個(gè)機(jī)輪是獨(dú)立的），F(xiàn)S是緩沖器作用于機(jī)輪的力，Mt是機(jī)輪質(zhì)量，K和C分別是機(jī)輪的垂向剛 度和阻尼，平衡計(jì)算時(shí)，三個(gè)著艦點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)Z1是各自不同的，Zτ表示為：ZT= Z 1(lsin ω jt， Ztci為著艦點(diǎn)沉浮初始幅值，ω 艦船沉浮頻率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的艦載直升機(jī)艦面共振建模方法，其特征在于：所述機(jī)體在艦 面上運(yùn)動(dòng)分析，根據(jù)機(jī)體運(yùn)動(dòng)模型，分析機(jī)體受力，自由著艦時(shí)，機(jī)體受到艦對其的作用力， 系留著艦時(shí)，有魚叉裝置對其的約束力，根據(jù)達(dá)朗伯原理，建立機(jī)體六自由度的運(yùn)動(dòng)方程， 聯(lián)立單個(gè)起落架的平衡方程與機(jī)體的力和力矩平衡方程，求得機(jī)體在艦面上的運(yùn)動(dòng)方程 式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的艦載直升機(jī)艦面共振建模方法，其特征在于：所述建立艦面 共振運(yùn)動(dòng)方程，分析旋翼槳葉模型，建立槳葉運(yùn)動(dòng)方程；分析槳葉微元質(zhì)量受到的力，建立 槳葉運(yùn)動(dòng)擺振方程；分析槳葉翼型剖面上的氣動(dòng)力模型，確定槳葉作用于機(jī)體的氣動(dòng)載荷； 由傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振運(yùn)動(dòng)和旋翼擺振與機(jī)體的運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系，建立轉(zhuǎn)速方程；旋翼槳葉擺振 運(yùn)動(dòng)引起的作用于機(jī)體的慣性載荷、氣動(dòng)載荷加入到機(jī)體在艦面上的運(yùn)動(dòng)方程中，得到旋 翼與機(jī)體耦合狀態(tài)下機(jī)體的運(yùn)動(dòng)方程，將單個(gè)起落架的平衡方程和旋翼機(jī)體耦合的力和力 矩平衡方程與槳葉運(yùn)動(dòng)擺振方程聯(lián)立便得艦面共振方程，[Μ]#}+[c]{i^+ 式中，通過矩陣與組合的形式將質(zhì)量、阻尼、剛度和外力進(jìn)行聯(lián)立，建立的運(yùn)動(dòng)方程，其中M 為質(zhì)量，C為阻尼，K為剛度，F(xiàn)為外力；X為位移。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種艦載直升機(jī)艦面共振建模方法，屬于直升機(jī)理論建模技術(shù)領(lǐng)域，包括建立單個(gè)起落架載荷平衡分析模型和機(jī)體在艦面上的運(yùn)動(dòng)分析模型；引降著艦時(shí)，對引降裝置進(jìn)行建模分析，分析引降裝置動(dòng)力學(xué)特性，為艦面共振總體建模分析提供子系統(tǒng)模型；根據(jù)牛頓定律或達(dá)朗伯原理，建立描述全機(jī)在艦面運(yùn)動(dòng)及艦船運(yùn)動(dòng)影響的直升機(jī)艦面共振分析模型。本發(fā)明可利用所建立的艦載直升機(jī)艦面共振模型應(yīng)用于艦載直升機(jī)艦面共振仿真分析，能在設(shè)計(jì)上提供有效措施避免和消除艦面共振。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104765975
【申請?zhí)枴緾N201510206064
【發(fā)明人】朱艷, 凌愛民, 陳全龍
【申請人】中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月27日