[发明专利]一种引入全弹性边界条件的旋翼气弹耦合计算方法

权利要求书

1.一种引入全弹性边界条件的旋翼气弹耦合计算方法，其特征在于，所述方法包括：

建立旋翼动力学模型：首先，建立含桨叶挥舞、摆振、扭转的非线性弹性变形的运动方程，所述运动方程中包含有非线性弹性变形量、所述非线性弹性变形量之间的非线性耦合关系和剖面运动速度；然后，将所述运动方程和非线性耦合关系引入旋翼动力学模型中；

建立旋翼气动模型：首先，采用非定常L-B模型建立桨叶气动力模型；然后，采用涡流理论，通过线涡离散方式对旋翼桨尖涡进行空间离散，并采用粘性涡核经验模型反映桨尖涡的畸变与耗散，建立自由尾迹模型；将所述桨叶气动力模型和自由尾迹模型集成为旋翼气动模型；

设定初始的旋翼工作状态，通过自由尾迹模型计算得到旋翼的流场分布，所述流场分布包括桨叶各剖面3/4弦点位置处的合速度；将所述桨叶各剖面3/4弦点位置处的合速度作为输入传递给桨叶气动力模型计算得到桨叶各剖面气动力，所述各剖面气动力包括升力、阻力和力矩；将桨叶各剖面气动力作为输入传递给旋翼动力学模型，求解有限元节点处的1/4弦点位置弹性变形及剖面运动；通过有限元形函数差值和线性差值方法得到整片桨叶任意剖面3/4弦点位置的弹性变形及剖面运动；

将所述整片桨叶任意剖面3/4弦点位置的弹性变形及剖面运动作为输入传递给自由尾迹模型，并计算得到旋翼气弹耦合之后的桨叶各剖面3/4弦点位置处的合速度；将旋翼气弹耦合之后的桨叶各剖面3/4弦点位置处的合速度作为输入传递给桨叶气动力模型计算得到旋翼气弹耦合之后的桨叶各剖面气动力；将旋翼气弹耦合之后的桨叶各剖面气动力作为输入传递给旋翼动力学模型，求解有限元节点处的1/4弦点位置弹性变形及剖面运动；然后桨叶旋翼气弹耦合之后的各剖面的弹性变形及剖面运动再次输入自由尾迹模型，依次迭代，当整片桨叶各剖面的弹性变形趋于收敛后，得到最终整片桨叶各剖面的弹性变形及剖面运动。

2.根据权利要求1所述的旋翼气弹耦合计算方法，其特征在于，确定桨叶变形之后的空间坐标关系，根据所述空间坐标关系建立运动方程。

3.根据权利要求2所述的旋翼气弹耦合计算方法，其特征在于，确定桨叶未变形坐标系、桨叶变形坐标系和桨毂中心固定坐标系；建立桨叶未变形坐标系和桨毂中心固定坐标系之间的转换矩阵T_BH、桨叶变形坐标系和未变形坐标系转换矩阵T_EB；通过转换矩阵T_EB得到桨叶在未变形坐标下的失径根据转换矩阵TBH得到桨毂中心固定坐标系下桨叶各剖面的非线性弹性变形量及其非线性弹性变形量之间的非线性耦合关系。

4.根据权利要求1所述的旋翼气弹耦合计算方法，其特征在于，所述非线性弹性变形量包括桨叶拉伸变形u、摆振变形v、挥舞变形w和扭转变形p。

5.根据权利要求3所述的旋翼气弹耦合计算方法，其特征在于，通过转换矩阵T_EB得到桨叶在未变形坐标下的失径根据失径和转换矩阵T_BH得到桨毂中心固定坐标系下桨叶各剖面运动参数。

6.根据权利要求5所述的旋翼气弹耦合计算方法，其特征在于，桨叶各剖面运动参数包括摆振运动速度挥舞运动速度和扭转运动速度

7.根据权利要求1所述的旋翼气弹耦合计算方法，其特征在于，初始的旋翼工作状态包括旋翼的初始状态参数、旋翼气动参数和结构参数。

8.根据权利要求7所述的旋翼气弹耦合计算方法，其特征在于，桨叶各剖面3/4弦点位置处的合速度的计算公式为：

其中，是第i个控制点处的合速度，为该点的法向量；所述控制点是桨叶各剖面的3/4弦点位置；其中，合速度又包括自由流速度桨叶运动速度附着涡诱导速度近尾迹诱导速度以及桨尖涡诱导速度表达式如下：