(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111382566.1 (22)申请日 2021.11.19 (71)申请人 中国直升 机设计研究所 地址 333001 江西省景德镇市航空路6 -8号 (72)发明人 余智豪　冯维超　程毅　程起有　 周云　赵金瑞　 (74)专利代理 机构 中国航空专利中心 1 1008 代理人 王世磊 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种引入全弹性边界条件的旋翼气弹耦合 计算方法 (57)摘要 本发明属于直升机旋翼设计与理论建模技 术， 涉及一种用于旋翼气动弹性耦合仿真分析的 计算方法。 针对旋翼气动弹性耦合问题， 在含自 由尾迹的旋翼载荷计算模型中引入弹性桨叶旋 翼动力学模型， 替代刚体挥舞动力学模型， 更真 实地反映桨叶气动弹性耦合的物理现象， 具有更 高的旋翼振动载荷预估精度。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 114186334 A 2022.03.15 CN 114186334 A 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TBH、 桨叶变形坐标系和未变形坐标系转换矩阵TEB； 通过转换矩阵TEB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TEB得到桨 叶在未变形坐标下的失径 根据失径 和转换矩阵TBH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权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114186334 A 2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： 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114186334 A 3