[发明专利]一种基于载荷特性比对的直升机旋翼动部件强度设计方法

说明书

本发明公开了一种基于载荷特性比对的直升机旋翼动部件强度设计方法，包括：获取直升机旋翼动部件静强度载荷特性影响系数，计算载荷状态更改后部件极限强度裕度；建立直升机旋翼动部件疲劳载荷影响系数模型，绘制疲劳载荷影响系数随寿命的变化曲线，分析载荷更改对疲劳性能影响程度；利用更改前评强度估结果和试验测试数据，评估旋翼动部件静强度和疲劳寿命，并指导设计更改完善。本发明方法充分借助更改前评强度估结果和试验测试数据，能简便有效地评估旋翼动部件静强度和疲劳寿命，并指导设计更改完善。

技术领域

本发明属于直升机旋翼设计领域，涉及一种基于载荷特性比对的直升机旋翼动部件强度设计方法。

背景技术

旋翼动部件是直升机区别于定翼机的关键结构，旋翼动部件的起飞着陆载荷严重，服役过程中又承受周期性的交变载荷，疲劳问题显著，因此旋翼动部件强度设计对直升机安全性至关重要。在结构研制过程中，常会发生设计迭代和载荷更改的情况，现有的工程设计方法存在计算量大、时间长的问题，不能很好地满足研制周期的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于载荷特性比对的直升机旋翼动部件强度设计方法，通过比对更改前、后的载荷特性，获取静强度和疲劳载荷影响系数，能够简便、实用地评估设计状态更改后旋翼动部件的静强度和疲劳寿命，为部件结构设计和试验验证提供技术支持。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种基于载荷特性比对的直升机旋翼动部件强度设计方法，包括以下步骤：

获取直升机旋翼动部件静强度载荷特性影响系数，计算载荷状态更改后部件极限强度裕度；

建立直升机旋翼动部件疲劳载荷影响系数模型，绘制疲劳载荷影响系数随寿命的变化曲线，分析载荷更改对疲劳性能影响程度；

利用更改前评强度估结果和试验测试数据，评估旋翼动部件静强度和疲劳寿命，用于指导设计更改完善。

进一步地，所述获取直升机旋翼动部件静强度载荷特性影响系数，计算载荷状态更改后部件极限强度裕度表达式，包括：

结合直升机旋翼动部件结构特征，选取危险部位进行载荷特性比对；根据载荷更改前的旋翼载荷谱获取各载荷在全部飞行状态下的最大值，以及更改后旋翼载荷谱中各载荷在全部飞行状态下的最大值，计算载荷状态更改对直升机旋翼动部件静强度载荷特性的影响系数，并计算旋翼动部件的极限强度裕度，由此计算得到载荷更改后旋翼动部件危险截面处的最大应力，基于此计算载荷更改后直升机旋翼动部件的极限强度裕度。

进一步地，所述载荷状态更改后部件极限强度裕度的表达式为：

其中，k和k′分别为载荷状态更改前、后部件的安全系数，MS_ultimate表示旋翼动部件的极限强度裕度，H_static表示静强度载荷特性最大影响系数。

进一步地，所述建立直升机旋翼动部件疲劳载荷影响系数模型，包括：

通过Stromeyer模型表征直升机旋翼动部件在指定的外部循环载荷谱加载下，各危险部位处的特征载荷对应的疲劳寿命循环数，结合Miner累积损伤理论，得到旋翼动部件在指定的外部循环载荷谱加载下，各危险部位处特征载荷对应的疲劳寿命；由此建立载荷更改前、更改后的疲劳寿命与疲劳极限的映射关系；基于所述映射关系，确定载荷更改后与更改前旋翼动部件各危险部位处疲劳极限的比值作为直升机旋翼动部件疲劳载荷影响系数。

进一步地，所述利用更改前评强度估结果和试验测试数据，评估旋翼动部件静强度，包括：