(完整版)直升机旋翼技术及发展
旋翼机的发明和趋势
旋翼机详细内容：２０世代飞机升降时常因故障而失速，导致多人丧生。
西班牙工程师谢巴于是发明了自转旋翼机试图解决这一问题。
旋翼靠飞机运动时激起气流转动，产生升力，使飞机失速时不会下坠，当时，他的这个发明被新闻界称之为“风车飞机”，１９２５年，谢巴在汉普郡芳白露皇家空军基地首次正式试飞。
三年后，１９２８年，谢巴亲自驾驶旋翼机用37分钟的时间成功横越英伦海峡。
此后，英美一些公司开始制造旋翼机，用于搜索和测量。
１９３６年１２月，谢巴搭乘的民航机在伦敦的克罗依登机场起飞时失速坠毁，他在这次空难中丧生。
旋翼机虽然和直升机一样，都是依靠旋翼产生升力，但它不是直升机。
旋翼机与直升机的最大区别是，旋翼机的旋翼不与发动机传动系统相连，发动机不是以驱动旋翼为飞机提供升力，而是在旋翼机飞行的过程中，由气流吹动旋翼旋转产生升力。
乍一看，旋翼机和直升机简直一模一样：它们头顶都有一副大直径的旋翼，在飞行中依靠旋翼的旋转产生升力。
但是除去这些表面上的一致性，旋翼机和直升机却是两种完全不同的飞机。
旋翼机实际上是一种介于直升机和飞机之间的飞行器，它除去旋翼外，还带有一副螺旋桨以提供前进的动力，一般也装有较小的机翼在飞行中提供部分升力。
旋翼机与直升机的最大区别是，旋翼机的旋翼不与发动机传动系统相连，发动机不是以驱动旋翼为飞机提供升力，而是在旋翼机飞行的过程中，由前方气流吹动旋翼旋转产生升力，象一只风车；而直升机的旋翼与发动机传动系统相连，既能产生升力，又能提供飞行的动力，象一台电风扇。
由于旋翼为自转式，传递到机身上的扭矩很小，因此旋翼机无需单旋翼直升机那样的尾桨，但是一般装有尾翼，以控制飞行。
在飞行中，旋翼机同直升机最明显的分别为直升机的旋翼面向前倾斜，而旋翼机的旋翼则是向后倾斜的。
需要说明的是，有的旋翼机在起飞时，旋翼也可通过“离合器”同发动机连系，靠发动机带动旋转而产生举力。
这样可以缩短起飞滑跑距离，几乎以陡直地向上爬升，但还不能垂直上升，也不能在空中不动（即“悬停”）。
(完整版)直升机旋翼技术及发展
二、旋翼的主要动力学问题
➢ 从降低直升机振动考虑 （1）旋翼桨叶片数K增加时，传给机体的桨毂激振力降低 （2）小速度和高速度飞行时会出现激振力的峰值，特别是消速状态 （3）无铰式旋翼的桨毂激振力矩往往要比铰接式高 （4）如果能合成桨毂激振力的桨叶载荷谐波次数与桨叶固有频率接
近，则桨毂激振力加大。
二、旋翼的主要动力学问题
直升机旋翼技术及其发展
主要内容
1、引言 2、旋翼的主要动力学问题 3、旋翼技术的发展 4、新概念、新构型旋翼
一、引言
1.1 旋翼的功用
➢产生直升机飞行所需的力——升力面 ➢实现直升机的操纵——操纵面
旋翼总拉力
桨尖平面前倾
驾驶杆前移
旋翼总拉力
桨尖平面前倾
驾驶杆左倾
一、引言
1.2 旋翼的工作特点
（1）旋翼气动环境的特殊性
➢旋翼桨叶由三个方向的运动——挥舞、摆振、扭转，相应有 这三个方向的固有特性，在有些情况下这三个方向的固有模 态之间存在着耦合。
➢旋翼动特性与旋翼型式密切相关——即与桨毂型式有关
二、旋翼的主要动力学问题
2.1.2 旋翼桨叶动特性的计算
➢桨叶动特性可以采用有限元或其它方法进行计算，并通过试验验证 ➢计算所用原始参数是桨叶的质量、刚度分布，质量刚度计算结果也
➢气动载荷可以分解为以为基频的傅里叶级数，即包含有旋翼转速整数 倍的各次谐波的成分：1、 2、 3、 L L 。
➢在各次谐波气动载荷作用下，会引起桨叶同频率的各阶模态的动响应 （弹性振动），此响应又会反馈于气动载荷，形成一个气动弹性耦合的 响应问题, 旋翼的振动载荷.
二、旋翼的主要动力学问题
➢消除措施
1）制造过程中严格控制各组件的尺寸、外形及质量准确度。 2）设计补偿措施。 旋翼静平衡、动平衡（调锥度）
直升机旋翼的工作原理
直升机旋翼的工作原理直升机是一种飞行器，它的旋翼是实现垂直升降和悬停的关键部件。
旋翼是围绕垂直轴旋转的大型叶片，通过快速旋转产生升力，使直升机能够在空中悬停和飞行。
旋翼的工作原理可以分为三个部分：升力产生、控制和稳定。
首先，我们来看升力的产生。
直升机旋翼的叶片通过在空气中剪切产生升力。
叶片相对于速度产生的气流剪切会生成横向流动，导致高压区域在叶片的下表面，低压区域在叶片的上表面。
这个压力差会产生向上的升力，使直升机能够腾空而起。
旋翼的旋转产生了稳定的升力，使得直升机能够在不同高度上保持平衡。
同时，叶片的扩展形状使得空气可以更好地在上下表面间流动，从而增加升力的产生。
其次，我们来看旋翼的控制。
直升机可以通过调整旋翼的迎角来控制飞行姿态。
迎角是叶片与进气流之间的夹角，可以通过旋翼的步进电机等方式进行调整。
当迎角增大时，产生的升力也会增加，使直升机向上升高。
当迎角减小时，升力也减小，直升机会下降。
通过调整旋翼的迎角，直升机可以实现上升、下降、前进、后退、左右移动等各种操纵动作。
最后，我们来看旋翼的稳定性。
直升机的旋翼具有旋转惯性，使得机身在横向和纵向上有自稳定的趋势。
当直升机发生轻微倾斜时，旋翼会产生一个接近中心的修正力矩，使得机身重新保持平衡。
同时，直升机还通过尾旋翼来抵消旋转副反作用力，使得旋翼的旋转被抵消，保持机身的稳定。
另外，直升机还可以通过副翼和升降舵等设备进行补偿和控制，确保其平稳飞行。
总而言之，直升机的旋翼工作原理是通过旋转产生的气流剪切来产生升力，通过调整迎角来控制飞行姿态，通过旋翼旋转产生的惯性和副翼等设备来实现稳定。
这种独特的工作原理使得直升机具有垂直起降和悬停能力，成为重要的交通工具和救援工具。
直升机旋翼知识点总结
直升机旋翼知识点总结直升机是一种可以垂直起降的飞行器，其旋翼是实现垂直升降的关键部件。
在直升机的设计和运行过程中，旋翼的知识是非常重要的。
本文将从旋翼基本原理、旋翼结构、旋翼型式、旋翼控制等几个方面来进行详细的介绍。
一、旋翼基本原理1. 旋翼的作用旋翼是直升机的升力产生器，它产生的升力可以支撑直升机的重量，并使其垂直起降。
旋翼还可以控制直升机的飞行方向和高度。
2. 旋翼受力旋翼在飞行时受到四种力的作用：升力、拉力、风力和扭矩。
升力是垂直方向的力，支持直升机的重量；拉力是使直升机向前飞行的推动力；风力是来自旋翼运动所产生的气流作用力；扭矩是使直升机旋转的力。
3. 旋翼的旋转旋翼在飞行时以相对静止的直升机机身为中心旋转，旋转的目的是为了产生升力和推动力。
旋翼的旋转还可以产生反作用力，使直升机保持稳定飞行。
二、旋翼结构1. 旋翼叶片旋翼叶片是旋翼的主要部件，它由叶片根部、叶片翼型、叶片桨距、叶片弹性铰链等部分组成。
叶片是直升机产生升力和推动力的关键部件。
2. 旋翼桨毂旋翼桨毂是旋翼的连接部件，它将旋翼叶片连接到直升机的主转子轴上，使旋翼可以旋转并受到机身的控制。
3. 旋翼支撑系统旋翼支撑系统由旋翼桨毂、旋翼桨叶、旋翼振动减震器等部分组成，用于支撑和固定旋翼整体结构，保证旋翼的正常运行及稳定飞行。
三、旋翼类型1. 直升机旋翼直升机旋翼通常采用主旋翼和尾旋翼的形式，主旋翼产生升力和推动力，尾旋翼用于平衡主旋翼产生的扭矩。
2. 双旋翼直升机双旋翼直升机采用上下两层旋翼结构，上旋翼产生升力和推动力，下旋翼用于平衡上旋翼产生的扭矩。
3. 旋翼无人机旋翼无人机采用小型旋翼结构，可以进行垂直起降和定点悬停，用于军事侦察、航拍摄影等领域。
四、旋翼控制1. 旋翼调整旋翼调整是通过改变旋翼叶片的角度、转速和位置来控制旋翼的升力和飞行方向，以实现直升机的飞行和悬停等动作。
2. 旋翼平衡旋翼平衡是通过旋翼振动减震器、旋翼铰链等部件来保持旋翼在飞行过程中的稳定性和平衡性。
直升机的旋翼
直升机的旋翼张德和葛吉灵夏小同直升机的分类形式很多，按用途可分为武装直升机、运输直升机、勤务直升机三大类，最显著的标志就是旋翼。
直升机的英文名字Helicopter，意思就是“旋转的翼”。
它与生俱来的而固定翼飞机和其它飞行器所没有的飞行特点，都与旋翼密不可分。
旋翼由桨毂和若干片(最多八片)桨叶组成。
工作时，桨叶与空气作相对运动。
桨叶给空气以向下的作用力，使空气向下加速流动，与此同时，空气就给旋翼一个大小相等、方向相反的反作用力，就是旋翼产生的旋翼拉力。
旋翼拉力提供的升力等于直升机的重力，直升机悬停；升力小于重力，就下降：升力大于重力就上升。
平飞时，要想使直升机沿预定方向运动，必须使旋翼拉力朝预定方向倾斜，以获取向该方向运动的力。
桨毂的变化15世纪，有人便将螺旋型的螺旋桨，作为人类实现垂直飞行的目标。
然而由于直升机旋翼相对机身是以恒定的速度转动，与固定翼相比，旋翼桨叶的工作环境要复杂得多，也就使得直升机旋翼的结构比固定翼飞机机翼复杂。
因此它的成功飞行比固定翼飞机迟了30多年。
在试验中，人们发现旋翼是作圆周运动，由于半径的关系，翼尖处线速度已经接近音速时，圆心处线速度几乎为零，所以旋翼靠近圆周的地方产生的升力最大，靠近圆心的地方则几乎为零。
同时，桨叶向前划行时，桨叶和空气的相对速度高于旋转本身所带来的线速度；反之，桨叶向后划行时，桨叶和空气的相对速度就低于旋转本身所带来的线速度，这样旋翼两侧产生的拉力不同，形成的拉力差会产生一个令直升机翻滚的力矩，我们称它为“倾覆力矩”。
这个力矩会造成直升机向一侧翻滚，无法维持平衡。
倾覆力矩的平衡问题是直升机发展史上首先遇到的技术难题。
是西班牙人首先攻克了这个难题。
他们在桨叶的翼根部增加了一个允许桨叶在回转过程中上下挥舞的铰链，它只传力不传力矩，这个铰链称为挥舞铰(flapping hinge，也称垂直铰)。
桨叶在旋转过程中，以铰链中心为轴上下挥舞，达到平衡倾覆力矩的作用。
直升机旋翼的工作原理
直升机旋翼的工作原理
直升机旋翼的工作原理主要涉及旋翼的旋转产生升力和空气给旋翼的反作用力矩。
直升机旋翼在发动机驱动下旋转时，会产生向上的升力和空气给旋翼的反作用力矩。
这个升力主要用以平衡直升机的重力以及机身、平尾、机翼等部件在垂直方向上的分力。
旋翼的旋转方向有右旋和左旋之分，这取决于旋翼的旋转方向与大拇指指向旋翼升力方向的四指握拳方向是否一致。
旋翼还起到类似于飞机副翼、升降舵的作用，在飞行中可以产生向前的水平分力，克服空气阻力使直升机前进，也能产生侧向或向后水平分力，使直升机进行侧飞或后飞。
旋翼产生的升力大小取决于旋翼的迎角，即旋翼的翼型与空气流动方向的夹角。
当旋翼的迎角加大，被旋翼推向下方的气流速度也增大，旋翼也会受到更大的反作用力，这就是直升机升力来源。
直升机的旋翼是由发动机带动的，旋翼的轴连接着发动机的轴。
直升机的旋转是动力系统提供的，旋翼旋转会产生向上的升力和空气给旋翼的反作用力矩，在设计中需要提供平衡旋翼反作用扭矩的方法，通常有单旋翼加尾桨式（尾桨通常是垂直安装）、双旋翼纵列式（旋转方向相反以抵消反作用扭矩）等。
直升机旋翼的工作原理是通过旋翼的旋转产生升力和空气给旋翼的反作用力矩，从而实现直升机的垂直升降、前进、后退、侧飞等动作。
直升机关键技术及未来发展与设想
直升机关键技术及未来发展与设想摘要：直升机是利用生物仿生学原理制造，具有其它类型飞行器所不具备的垂直起降能力，能在空中悬停，可实现超近距离低空飞行，对结构复杂的环境有很强的适应性，这些特点也使其成为不可替代的飞行工具。
关键词：直升机；关键技术；发展前景；设想直升机是一种通过旋转机翼提供升力、推进力、控制力，能垂直起降的飞行器，其飞行原理、功能、用途不同于固定翼飞机。
直升机具有垂直起降、悬停、前后左右飞行、近地机动能力强等典型特点，因而在军事及民用领域发挥着重要作用。
一、直升机关键技术1、高精度气动分析。
飞行中的直升机旋翼和机身持续处于高度动态气动环境中，旋翼流速跨度大，可压与不可压流动并存，前行桨叶处于跨声速区域，桨尖产生激波，后行桨叶出现气流分离与动态失速现象，并且桨叶脱体涡、尾随涡、桨尖涡等螺旋尾迹复杂，旋翼流场存在强烈的桨涡干扰现象。
因此常规气动分析和设计方法仅能定性指导研究工作，需大量试验、试飞以完善和确定产品设计。
随着计算机技术的进步，用于直升机空气动力学计算的CFD软件技术突飞猛进，网格技术出现了结构化网格、非结构化网格、笛卡尔网格、蝇网格等，并从单一网格到并行重叠网格、嵌套网格、多网格、自适应网格，甚至多个异构求解器耦合，同时在算法上，采用自由尾迹模型、涡量输运模型等效率更高更精确的模型。
这些技术极大地提高了求解精度，并降低了能量耗散。
2、地面共振/空中共振。
直升机构型能简单看作以旋翼桨毂中心连接的两个振动系统。
异常激励后导致的地面、空中共振是直升机多发事故原因之一。
直升机桨叶摆振会导致整个旋翼的重心发生变化，旋翼重心绕旋转中心的转速与旋翼转速不一致，当其转速小于旋翼转速时，形成摆振后退型振动。
当这种摆振后退型振动与机体模态耦合，存在发生地面共振可能。
而随着无铰旋翼的应用，由桨毂力矩引起的机身振动频率若接近桨叶摆振频率，则可能引起空中共振。
空中共振需考虑因素多，包括桨叶挥舞、摆振、机体运动、空气动力等因素，是复杂的直升机动力学问题。
直升机旋翼技术及发展
直升机旋翼技术及发展
一、直升机旋翼技术
直升机旋翼是一种机械装置，用于运载直升机在空中旋转以产生升力
的设备。
它是由外部旋翼与内部旋翼构成的，外部旋翼提供抵抗空气以及
一定程度的升力，内部旋翼提供空速与升力的控制。
一个完整的旋翼主要
由桨叶、桨根、桨顶、桨底和保护组成，这些部分在旋翼的正中央放置。
桨叶是旋翼的核心，它包括多个翼片，这些翼片可以把空气流动转换
成升力，而这些翼片的大小、形状、材料和弯度都是由设计师决定的。
桨
根是把桨叶固定到旋翼上的部件，它可以改变桨叶的形状和位置，以达到
更好的升力或空速效果。
桨顶是支撑桨叶的支架，它的主要作用是阻止桨
叶被风流击打，防止桨叶受损。
桨底是把桨叶固定到桨根上的结构，它的
主要作用是改变桨叶的弯曲度，以改变旋翼的性能。
最后，保护部件可以
有效地避免桨叶和桨根发生损坏，从而保护旋翼的安全性。
二、直升机旋翼的发展
19世纪时，直升机开始发展，但是当时的旋翼技术还处于萌芽阶段，直升机的旋翼只有简单的桨叶，而且无法满足性能要求。
由于直升机的不
断发展，旋翼技术也开始不断进步。
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1.3 产生的后果
一、引言
交变气 动环境
交变气 动载荷
桨叶弹 性振动
桨叶各自由度 一定条件下 旋翼桨叶的
之间的耦合
动力不稳定
动应力— 旋翼疲劳
直升机振动
旋翼运动与机体 一定条件下 直升机机体的
间的耦合
动力不稳定
地面共振 空中共振 传动系统动力不稳定
一、引言
1.4 旋翼设计的特殊性
旋翼的质量及气动不平衡产生作用于桨毂中心处的纵向及横向
激振力及力矩，其频率为1 ，从而引起直升机振动（对旋翼无影响）。 ➢旋翼可能的不平衡
1）制造误差产生的各片桨叶对旋翼中心的质量静矩不相等或相 邻两片桨叶之间的夹角不相等， 离心力不平衡。
2）各片桨叶的气动外形、安装角、扭转变形不相等， 气动不平衡
二、旋翼的主要动力学问题
2.5 旋翼/动力/传动扭振系统动力学问题
➢扭转共振
由旋翼/动力/传动/尾桨组成的机械扭振系统，在直升机地
面开车及飞行时会有从旋翼桨毂上传递的基频为k的交变扭矩
作用在扭振系统上，当扭振系统的固有频率与激振力频率接近 或重合时，在系统中就会产生过大的交变载荷，以至引起传动 系统结构的疲劳破坏。
1）不对称气流 悬停时 旋翼桨叶上的相对气流呈三角形分布，不随方位角变化 前飞时 旋翼桨叶上的相对气流是前飞速度与旋转速度的合成，
合速度的大小及方向各处都不同 因此，旋翼桨叶上的空气动力
时刻在变化
桨盘上的速度分布
一、引言
2）旋翼桨叶的复杂运动 旋翼不仅旋转、前飞，还有挥舞、摆振、变距运动 挥舞运动 桨叶通过挥舞铰上下挥舞，挥舞相对速度使桨叶剖 面迎角变化——桨叶升力实现动态平衡。 摆振运动 挥舞运动引起桨叶前后方向的交变哥氏力，对桨 根产生很大交变力矩，因而在桨根又设置了摆振铰， 允许桨叶前后摆振——由此引起地面共振。 变距运动 为了改变旋翼拉力的大小和方向，需通过变距铰改变 桨叶桨距，实现对直升机的飞行操纵。 挥舞、摆振、变距运动使桨叶的运动及空气动力更加复杂
I
I
K ——绕挥舞铰的弹性
约束刚度
一般铰接式旋翼基阶固有频率 1 (1.03 ~ 1.04)
UH-60A直升机： 1 1.035 l 4.7%
二、旋翼的主要动力学问题
● 对于无铰式和无轴承式旋翼桨叶基阶模态可以采用等效 模型来处理以便与铰接式进行比较
1
K (1 l M )Ω2
稳定性越大 ➢只有同时存在摆振阻尼及机体（起落架）阻尼才可能消除地面共振不稳定性
二、旋翼的主要动力学问题
2.直升机空中共振
空中共振是直升机在飞行中出现的旋翼与机体耦合的动不 稳定现象，不稳定源还是后退型摆振运动与机体运动之间的相 互激励，但挥舞运动也起作用，即与空气动力有关，它是直升 机动力学中最复杂的问题之一。 ➢铰接式旋翼在工作转速范围内只可能发生地面共振 ➢摆振柔软的无铰、无轴承旋翼地面、空中共振都可能存在 ➢摆振刚硬式则不存在这个问题
➢气动载荷及桨叶振动惯性力在桨叶剖面中产生交变弯矩、切
力
桨叶疲劳；
其中最大的是一次、二次谐波成分，谐波次数越高载荷幅值越小。
➢从直升机振动的角度考虑：
交变的桨根力和力矩合成起来形成桨毂力和力矩
桨毂六力素；
桨根力和力矩也包含有各阶谐波成分，但仅其中一部分能合成起来
传递给机身，其余都互相抵消了（桨毂是各滤波器）。
I
I
K
、l、M
、I
分别为绕摆振铰的弹簧刚度、摆振铰外伸量、绕
摆振铰静矩及惯矩。
对纯铰接式： K 0，1 (0.2 ~ 0.3),l 约为3%~5%
当采用粘弹减摆器时， 1会显著提高，达到0.6Ω
一般无铰式及无轴承式旋翼 1 (0.6 ~ 0.7) —摆振柔软式
二、旋翼的主要动力学问题
➢ 从降低直升机振动考虑 （1）旋翼桨叶片数K增加时，传给机体的桨毂激振力降低 （2）小速度和高速度飞行时会出现激振力的峰值，特别是消速状态 （3）无铰式旋翼的桨毂激振力矩往往要比铰接式高 （4）如果能合成桨毂激振力的桨叶载荷谐波次数与桨叶固有频率接
近，则桨毂激振力加大。
二、旋翼的主要动力学问题
合成后的桨毂六力素在固定坐标系中的频率为 k 的整数倍（Nk ），
k 称旋翼主通过频率
直升机的振源。
二、旋翼的主要动力学问题
旋翼桨叶的气动载荷及其响应是直升机空气动力学及动 力学中最复杂的问题，预估准确度低。特别是低速和高速飞 行时振动载荷预估的准确度更低。 ➢ 降低旋翼振动载荷的措施 （1）避免共振 （2）气动载荷越接近某阶模态，这阶模态的响应就越大（负扭转） （3）提高外载与振型函数的正交性——改变气动载荷的分布 （4）过轻的桨叶对动应力不利
旋翼主要有：挥舞/摆振动不稳定性 变距/挥舞动不稳定性——经典颤振 变距/摆振动不稳定性
动不稳定性分析主要采用特征分析法，建立运动方程后解出其特征 值及特征向量，特征值实部为正时系统是不稳定的，不稳定区的下边界 称为临界转速。
二、旋翼的主要动力学问题
2.4 旋翼与机体耦合的动力稳定性
1.直升机地面共振
无反作用型：与机体没有耦合 集合型：挥舞运动与机体垂直向运动相耦合
摆振运动与桨毂中心的扭转运动相耦合 周期型：挥舞运动与桨毂中心有纵、横向角位移的机体运动相耦合
摆振运动与桨毂中心有纵、横向水平位移的机体运动相耦合
二、旋翼的主要动力学问题
2.2 旋翼的振动载荷
➢当直升机具有水平速度时（前、侧、倒飞），即使是在定常状态， 由于旋翼旋转与飞行速度的叠加： ——桨叶剖面的切向速度是随方位角而周期变化的 ——诱导速度分布不均匀 ——气动干扰、失速、压缩性影响 造成旋翼的气动环境及其复杂，从而使桨叶的气动载荷必然是周期变化的
和试飞，这也是直升机研制成本高、周期长的主要原因。 （4）旋翼的某些结构动力学特性及其参数还与直升机的飞行动力学
特性直接相关——旋翼操纵功效、角速度阻尼、迎角静稳定 性——也对设计有影响。
二、旋翼的主要动力学问题
2.1 旋翼动特性
2.1.1桨叶固有特性
➢旋翼动特性主要指旋翼桨叶的固有振型以及对应的固有 频率（模态特性） ——它是研究旋翼动力学问题的基础 ——对直升机动力学，甚至飞行力学都有重要影响
➢集合型
各片桨叶的相位差0或2 的整数倍
二、旋翼的主要动力学问题
➢周期型（后退型、前进型）
各片桨叶的相位顺旋转方向
依次递增 2 / k ——后退型
各片桨叶的相位顺旋转方向
依次递减 2 / k ——前进型
二、旋翼的主要动力学问题
➢无反作用型
相位依次递增或递降
➢不同的整体振型与机体耦合关系不同
旋翼摆振
1
摆振后退型
1
水平激振力
1
机体在起落架上的振动
b
当 1 b 时，整个系统出现不稳定
➢地面共振是直升机在地面开车、滑行、滑跑时发生 ➢地面共振只可能在摆振柔软旋翼的摆振后退型固有频率与机体在起
落架上的振动频率重合或接近时发生 ➢不稳定源是两个运动之间的相互激励，能量来源是旋翼的旋转动能 ➢桨叶摆振固有频率越低，桨叶总质量与直升机总质量之比越大，不
➢旋翼桨叶由三个方向的运动——挥舞、摆振、扭转，相应有 这三个方向的固有特性，在有些情况下这三个方向的固有模 态之间存在着耦合。
➢旋翼动特性与旋翼型式密切相关——即与桨毂型式有关
二、旋翼的主要动力学问题
2.1.2 旋翼桨叶动特性的计算
➢桨叶动特性可以采用有限元或其它方法进行计算，并通过试验验证 ➢计算所用原始参数是桨叶的质量、刚度分布，质量刚度计算结果也
直升机旋翼技术及其发展
主要内容
1、引言 2、旋翼的主要动力学问题 3、旋翼技术的发展 4、新概念、新构型旋翼
一、引言
1.1 旋翼的功用
➢产生直升机飞行所需的力——升力面 ➢实现直升机的操纵——操纵面
旋翼总拉力
桨尖平面前倾
驾驶杆前移
旋翼总拉力
桨尖平面前倾
驾驶杆左倾
一、引言
1.2 旋翼的工作特点
（1）旋翼气动环境的特殊性
高速飞行时，前行桨叶的压缩性及后行桨 叶的动态失速也使桨叶迎角剧烈变化
即使在定常飞行状态下，旋翼产生的气动 载荷也是周期交变的
这些因素给旋翼流场、涡系描述、气动力建模及气动力测试 带来很大困难
一、引言
（2）旋翼桨叶本身的特殊性
➢离心力场中细长、刚度很低的弹性体——容易产生振动响应 ➢桨叶固有频率难以做到远离激振力频率——容易引起共振 ➢旋翼桨叶各运动自由度之间及旋翼与机体之间存在 着复杂的耦合关系
二、旋翼的主要动力学问题
➢扭振系统的耦合动稳定性
传动链机械扭振系统在扭振时与发动机燃调系统相耦合，形成的 闭环系统在一定的条件下会成为动不稳定。
系统扭振
燃调系统转速传感器脉动
功率涡轮扭矩脉动
供油量脉动
通过调节燃调系统的增益和桨叶减摆器提供的阻尼来消除
二、旋翼的主要动力学问题
2.6 旋翼1激振力
2.3 旋翼动力稳定性
旋翼桨叶有挥舞、摆振、扭转（变距）等运动自由度，这些自由 度之间存在着复杂的耦合关系，包括气动、惯性、结构、几何（运动） 等不同性质的耦合，在一定条件下，由于这些耦合两个自由度运动之间 会有相互激励作用，即一个自由度运动对另一个自由度作用力作正功， 输入能量，如果这个激励作用作用超过了系统阻尼，就会引起系统的发 散运动，出现动不稳定性。
I
I
K ——当量弹簧刚度
l ——当量挥舞铰外伸量
等效铰模型
一般无铰式和无轴承式旋翼在额定转速时
1 (1.08 ~ 1.15)
当量挥舞铰外伸量 l 约为 11%~21.5%