直升机系统气弹响应稳定性及分岔行为研究

The aeroelastic response stability of helicopter rotor/fuselage coupling system is one of the most complex problems in helicopter dynamics, and it is also a research hotspot and difficult point in the field. Due to the restriction of qualitative method analytical ability, at present, there is still little thorough research on qualitative prediction and bifurcation behavior of helicopter rotor/fuselage coupling system aeroelastic response instability. Based on establishing dynamic model of helicopter rotor/fuselage coupling system, the project aims to develop a qualitative method of helicopter air resonance stability analysis and write general computer program. Then the mechanical mechanism of instability phenomenon can be deeply discussed, and instability dynamic behavior including bifurcation type, path, stability/instability region which may occur can be studied at critical state. Finally, optimization scheme of parameter design will be given. The relevant reports and examples have not been seen at home and abroad, which is innovative. The completion of this project can provide important theoretical guidance and methodological support for improving helicopter stability.

直升机旋翼/机身耦合系统的气动弹性响应稳定性是直升机动力学中最复杂的问题之一，也是该领域研究的热点与难点。受定性方法分析能力的制约，目前对直升机旋翼/机身耦合系统气弹响应失稳的定性预测及其分岔行为的深入研究还很少。本项目拟在建立直升机旋翼/机身耦合系统动力学模型的基础上，开发适用于分析直升机空中共振稳定性的定性方法并编写通用计算机程序，深入探讨不稳定现象发生的力学机理，研究临界状态下可能出现的失稳动力学行为，包括系统的分岔类型、分岔路径、稳定/不稳定区域等，最终给出设计参数的优化方案。本项研究在国内外还未见到相应的报道和算例，具有较强创新性，它的完成可为改善直升机稳定性提供重要理论指导和方法支持。

直升机振动现象突出，其本质是复杂的非线性动力学耦合，而直升机旋翼/机身耦合系统的气动弹性响应稳定性是直升机动力学中最复杂的问题之一，也是当前该领域研究的热点与亟待突破的难点。利用非线性动力学中的定性理论能够有效地分析振动系统的动力学特性，相比于实验和定量分析方法，定性理论更有利于揭示系统参数变化与各种动力失稳之间的内在联系，然而传统的定性理论对复杂高维非线性系统的分析效果并不理想。由于直升机旋翼/机身耦合系统的动力学模型属于高维非线性周期系数系统，受定性方法分析能力和效率的制约，目前对直升机旋翼/机身耦合系统气弹响应失稳的定性预测及其分岔行为的深入研究还很少。本项目以此为切入点，以直升机耦合动力系统为研究对象，探讨利用非线性动力学中的定性理论和方法研究其稳定性及分岔行为。具体地，研究了地面共振系统、带有桨叶吸振器的桨叶/机身耦合系统、经算法改进的桨叶/机身耦合系统响应稳定性以及分岔行为，开发了适用于分析直升机动力稳定性的定性方法并编写了计算程序，深入探讨了不稳定现象发生的力学机理，研究了系统处于临界状态下受到小扰动可能出现的失稳行为，经过分析，得到了对应的分岔类型、分岔路径、稳定/不稳定区域等，最终给出了直升机系统参数的优化方案。本项目的完成可为直升机设计、故障溯源等工作提供重要分析指导和理论依据。