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基于牛顿-欧拉递推算法的高置信度斜铰旋翼动力学模型

杨毅松 李建波 段登燕

杨毅松,李建波,段登燕. 基于牛顿-欧拉递推算法的高置信度斜铰旋翼动力学模型[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(6):2024-2033
引用本文: 杨毅松,李建波,段登燕. 基于牛顿-欧拉递推算法的高置信度斜铰旋翼动力学模型[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(6):2024-2033
YANG Y S,LI J B,DUAN D Y. Dynamic model of high confidence tilt-hinge rotor based on Newton-Euler recursion algorithm[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(6):2024-2033 (in Chinese)
Citation: YANG Y S,LI J B,DUAN D Y. Dynamic model of high confidence tilt-hinge rotor based on Newton-Euler recursion algorithm[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(6):2024-2033 (in Chinese)

基于牛顿-欧拉递推算法的高置信度斜铰旋翼动力学模型

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2024.0230
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:ljb101@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: V275+.1

Dynamic model of high confidence tilt-hinge rotor based on Newton-Euler recursion algorithm

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  • 摘要:

    斜铰旋翼无需自动倾斜器,仅通过电机加减速变化就能实现周期变距操控,结构复杂性低,但引入斜铰后,旋翼摆振、变距相耦合,使斜铰旋翼动力学建模更加复杂。针对现有建模方法中正、反桨叶间挥舞差异揭示不充分、模型预测精度不高的问题,基于改进的Denavia-Hartenberg方法建立桨叶局部连杆坐标系,采用牛顿-欧拉递推动力学算法,在局部连杆坐标系下,对斜铰旋翼连杆系统向外递推计算各连杆的速度和加速度,向内递推计算各连杆间的相互作用力、力矩,构建斜铰旋翼动力学模型。在此基础上,通过仿真计算,进一步揭示了斜铰旋翼周期变距机理。计算结果表明:所提模型可以更加准确地预测正、反桨叶间挥舞差异;对于桨叶摆振运动幅值的预测精度提高了9.05%。

     

  • 图 1  斜铰旋翼结构示意

    Figure 1.  Tilt-hinge rotor structure diagram

    图 2  斜铰旋翼关节命名

    Figure 2.  Naming of tilt-hinge rotor joints

    图 3  斜铰旋翼连杆坐标系

    Figure 3.  Tilt-hinge rotor linkage coordinate system

    图 4  桨叶挥舞角、摆振角、变距角定义

    Figure 4.  Blade flapping angle, lag angle, pitch angle definition

    图 5  坐标系1中的正桨桨叶方向向量

    Figure 5.  Forward blade vector in coordinate system 1

    图 6  桨叶坐标系

    Figure 6.  Blade coordinate system

    图 7  来流坐标系

    Figure 7.  Airflow coordinate system

    图 8  桨叶挥舞角随方位角变化曲线

    Figure 8.  Change curve of blade flapping angle with azimuth angle

    图 9  桨叶摆振角随方位角变化曲线

    Figure 9.  Change curve of blade swing angle with azimuth angle

    图 10  桨叶变距角随方位角变化曲线

    Figure 10.  Change curve of blade pitch angle with azimuth angle

    图 11  转速变化因子对摆振运动幅值的影响

    Figure 11.  Influence of speed change factor on swing motion amplitude

    图 12  转速变化因子对挥舞运动幅值的影响

    Figure 12.  Influence of speed change factor on flap motion amplitude

    表  1  连杆坐标系的D-H参数

    Table  1.   D-H parameters of linkage coordinate system

    坐标系$ {L}_{i-1} $$ {\alpha }_{i-1} $/(°)$ {d}_{i} $$ {\theta }_{i} $/(°)
    $ 0\rightarrow 1 $000$ 90+{\theta }_{1} $
    $ 1\rightarrow 2 $$ {L}_{1}/2 $900$ \delta +{\theta }_{2} $
    $ 2\rightarrow 3 $0−900$ {\theta }_{3} $
    $ 0\rightarrow 1\text{N} $000$ {\theta }_{1}-90 $
    $ 1\text{N}\rightarrow \text{2N} $$ {L}_{1}/2 $900$ -\delta +{\theta }_{2\text{N}} $
    $ 2\text{N}\rightarrow 3\text{N} $0−900$ {\theta }_{3\text{N}} $
    $ 1\text{N}\rightarrow \text{1} $000180
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    表  2  旋翼结构参数

    Table  2.   Rotor structure parameters

    倾斜铰
    倾斜角
    度/(°)
    桨盘
    半径/
    mm
    挥舞铰
    偏置量
    桨毂
    长度/
    mm
    桨毂
    质量/g
    桨叶
    半径/
    mm
    升力线
    斜率
    桨叶
    弦长/
    mm
    桨叶
    安装角/
    (°)
    旋翼
    实度
    桨叶
    质量/g
    大气
    密度/
    (kg·m−3)
    挥舞
    惯量/
    (kg·m2)
    摩擦
    系数
    $ {\mu }_{1} $
    摩擦
    系数
    $ {\mu }_{2} $
    几何
    系数
    $ {G}_{\text{D}} $
    几何
    系数
    $ {G}_{\text{P}} $
    基准
    转速/
    (rad·s−1)
    45 159 0.076 24.2 10.5 146.9 5.73 19.3 9 0.0773 5.40 1.2 3.9×10−5 0.20 0.07 0.0125 0.0033 200
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    表  3  电机特性参数

    Table  3.   Motor characteristic parameter

    反电动势常数/(V·(rad·s−1)−1) 电阻/Ω 电机阻尼系数 电机刚度系数 电机常值力矩
    0.00954 0.305 0.0012 0.00094 0.0141
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-18
  • 录用日期:  2024-05-24
  • 网络出版日期:  2024-06-20
  • 整期出版日期:  2026-06-30

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