建模直升机旋转机制

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经过Pawan Soami

2013年6月14日

在直升机中用于控制转子叶片螺距的旋转板机制可以使用COMSOL多物理学中可用的多体动力学模块轻松模拟。该模块可以模拟柔性和刚体的组装,以及流体,热和电气应用中的物理现象等。在这里,我们将向您展示一个模型,以传达斜坡机理的工作原理,同时分析柔性转子叶片中的应力和变形。

直升机旋转板的工作方式

Aswashplate是用于从非旋转机身旋转转子轮毂和刀片。转子叶片以非常高的速度旋转的事实使Swashplate机制的任务更具挑战性。该机制由两个主要部分组成:静止和旋转的斜杠。固定的斜杠能够向各个方向倾斜并垂直移​​动。旋转的旋转板通过轴承安装在固定的斜杠上,并允许用主转子桅杆旋转。

缝制机制控制循环集体转子叶片的螺距。转子叶片的环状螺距用于改变直升机的滚动和俯仰。为了向前倾斜直升机,叶片周围的升降机的差异应沿左右平面处于最大状态,从而产生扭矩,由于陀螺仪的效果,它将倾斜直升机,而不是侧向。这是通过通过推杆倾斜斜坡组件来完成的。转子叶片的集体螺距(负责平均升力力)可以通过垂直移动s​​washplate组件而无需倾斜来改变。

在comsol中建模缝制机制

多体动力学模块提供预定义的功能,以在组件之间建立各种类型的关节。在此模型中,使用Swashplate机制的不同组件使用,,,,合页,,,,棱柱形,,,,圆柱形,,,,平面, 和减少插槽关节。旋转板机构中的连接以形成封闭环的组件的方式定位 - swashplate机制是封闭环的多体系统的一个很好的例子。如果将所有组件都建模为刚性,则该机制将变得过于限制且难以模拟。如果您在comsol多物理学中对其进行建模,情况并非如此。限制消除过程删除了系统中的冗余约束。

瞬态和特征频率分析

直升机swashplate动画
上面的动画显示了直升机旋转机构的工作。
在这里,von mises应力绘制在柔性转子叶片的表面上(变形为
放大以更好地可视化)。

进行瞬态分析以分析斜坡机制的工作。我们对这种情况的具体兴趣是发现环绕机构对转子叶片的循环和集体螺距的影响,在转子叶片的攻击角度又影响了升力力的产生。在柔性转子叶片方面,铅滞后还证明了现象。进行特征频率分析,以找到具有柔性转子叶片的swashplate机理的刚体模式和本征码。

斜坡机理模型
直升机旋转板组件的柔性转子叶片的扭转模式。特征频率
与此模式相对应接近185 Hz。

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