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内容简介

内容简介：

　　本书围绕直升机设计中所涉及的动力学问题，按照工程问题的解决流程，提出相应的研究思路和设计方法。全书共分7章，主要内容包括旋翼动力学、机体动力学、旋翼与机体耦合动力学、传动链扭振动力学、直升机振动控制和武装直升机特有的动力学问题等。本书可供从事旋翼飞行器工程设计的科研人员参考。

作者简介

作者简介：

　　吴希明，男，出生于1964年，福建邵武人，研究员，博士生导师，中航工业飞行器机体技术首席技术专家，国务院政府特殊津贴专家，“全国劳动模范”，首批“新世纪百千万人才工程”*人才，直10、直19武装直升机总设计师，现任中国航空工业集团公司科技委副主任、中国航空研究院副院长、中航工业直升机总设计师。

　　先后参加了多个重点国产直升机型号的研制，主持建立了全面成熟的直升机平台设计技术体系并成功研制我国首款国际先进专用攻击直升机，作为课题负责人或技术首席主持了国家“863”和国防“973”等课题的研究，推动了直升机装备和研制技术的跨越发展。

　　荣获国家科学技术进步奖一等奖（排名第一）1项、国防科学技术进步奖二等奖3项，荣获首届“冯如航空科技精英奖”、首届“航空航天月桂奖”。

目　　录

目录：
第1章　概述…………………………………………………（1）
　1.1　直升机动力学工程设计的背景………………………………（1）
　1.2　直升机动力学的主要内容……………………………………（2）
　　1.2.1　旋翼、尾桨动力学……………………………………………（2）
　　1.2.2　机体动力学…………………………………………………（3）
　　1.2.3　旋翼与机体耦合动力学………………………………………（3）
　　1.2.4　传动链扭振动力学…………………………………………（3）
　　1.2.5　直升机振动控制……………………………………………（4）

<div>目录：</div>
<div>第1章　概述…………………………………………………（1）</div>
<div>　1.1　直升机动力学工程设计的背景………………………………（1）</div>
<div>　1.2　直升机动力学的主要内容……………………………………（2）</div>
<div>　　1.2.1　旋翼、尾桨动力学……………………………………………（2）</div>
<div>　　1.2.2　机体动力学…………………………………………………（3）</div>
<div>　　1.2.3　旋翼与机体耦合动力学………………………………………（3）</div>
<div>　　1.2.4　传动链扭振动力学…………………………………………（3）</div>
<div>　　1.2.5　直升机振动控制……………………………………………（4）</div>
<div>　　1.2.6　武装直升机特有的动力学问题………………………………（4）</div>
<div>　1.3　直升机动力学设计流程………………………………………（5）</div>
<div>第2章　旋翼动力学…………………………………………………（6）</div>
<div>　2.1　引言…………………………………………………（6）</div>
<div>　　2.1.1　旋翼的功能与结构…………………………………………（6）</div>
<div>　　2.1.2　旋翼动力学设计研究范围……………………………………（6）</div>
<div>　　2.1.3　旋翼动力学设计要点…………………………………………（7）</div>
<div>　2.2　旋翼动力学设计通用要求……………………………………（8）</div>
<div>　　2.2.1　设计依据……………………………………………………（8）</div>
<div>　　2.2.2　设计目标……………………………………………………（8）</div>
<div>　　2.2.3　设计准则……………………………………………………（9）</div>
<div>　2.3　各类结构形式的旋翼动力学特点……………………………（9）</div>
<div>　　2.3.1　铰接式旋翼的动力学特性特点………………………………（9）</div>
<div>　　2.3.2　无铰式旋翼或无轴承式旋翼的动力学特性特点…………………（11）</div>
<div>　　2.3.3　不同构型旋翼气弹稳定性的特点……………………………（11）</div>
<div>　2.4　旋翼气弹耦合动力学建模及其求解方法……………………………（12）</div>
<div>　　2.4.1　旋翼气弹耦合动力学建模方法概述…………………………（12）</div>
<div>　　2.4.2　旋翼气弹耦合动力学建模……………………………………（14）</div>
<div>　　2.4.3　旋翼动力学运动方程的求解…………………………………（18）</div>
<div>　2.5　旋翼动力学设计与验证………………………………………（20）</div>
<div>　　2.5.1　旋翼动力学设计思想、设计程序……………………………（20）</div>
<div>　　2.5.2　旋翼固有频率设计…………………………………………（21）</div>
<div>　　2.5.3　旋翼气弹稳定性设计…………………………………（22）</div>
<div>　　2.5.4　旋翼减振设计………………………………………………（22）</div>
<div>　　2.5.5　旋翼动力学试验……………………………………………（23）</div>
<div>　　2.5.6　旋翼动力学评估与改进………………………………………（26）</div>
<div>　　2.5.7　尾桨动力学设计……………………………………………（27）</div>
<div>　2.6　设计实例———球柔性旋翼的动力学特性设计与试验评估……………（28）</div>
<div>　　2.6.1　概述…………………………………………………（28）</div>
<div>　　2.6.2　旋翼动力学特性设计要求……………………………………（29）</div>
<div>　　2.6.3　旋翼动力学特性设计…………………………………………（29）</div>
<div>　　2.6.4　旋翼塔试验与相关性分析……………………………………（30）</div>
<div>　　2.6.5　飞行试验评估和改进设计与验证……………………………（32）</div>
<div>　　2.6.6　分析结论……………………………………………………（35）</div>
<div>第3章　机体动力学…………………………………………………（36）</div>
<div>　3.1　引言…………………………………………………（36）</div>
<div>　　3.1.1　机体的功能和结构…………………………………………（37）</div>
<div>　　3.1.2　机体动力学主要研究对象……………………………………（37）</div>
<div>　　3.1.3　机体动力学研究方法…………………………………………（38）</div>
<div>　　3.1.4　机体动力学设计要点…………………………………………（38）</div>
<div>　3.2　机体动力学设计准则…………………………………………（39）</div>
<div>　　3.2.1　机体动特性设计准则…………………………………………（39）</div>
<div>　　3.2.2　旋转部件每转1次振动要求…………………………………（39）</div>
<div>　　3.2.3　发动机与主减速器安装动力学设计要求………………………（40）</div>
<div>　　3.2.4　机载设备安装动力学设计要求………………………………（40）</div>
<div>　　3.2.5　武器系统安装动特性要求……………………………………（40）</div>
<div>　　3.2.6　局部结构动力学设计要求……………………………………（40）</div>
<div>　3.3　机体动力学理论与建模要求…………………………………（40）</div>
<div>　　3.3.1　基本假设……………………………………………………（40）</div>
<div>　　3.3.2　机体结构动力学建模通用要求………………………………（41）</div>
<div>　　3.3.3　机体结构动力学建模准则……………………………………（42）</div>
<div>　　3.3.4　机体结构全机模型检查要求…………………………………（46）</div>
<div>　　3.3.5　试验建模基本原则…………………………………………（47）</div>
<div>　3.4　机体动力学设计与验证………………………………（47）</div>
<div>　　3.4.1　机体动力学设计各阶段主要工作及设计流程……………………（47）</div>
<div>　　3.4.2　全机结构动力学建模…………………………………………（49）</div>
<div>　　3.4.3　机体结构动特性和振动响应分析……………………………（50）</div>
<div>　　3.4.4　机体动力学试验……………………………………………（51）</div>
<div>　　3.4.5　机体结构动力学模型修正……………………………………（53）</div>
<div>　　3.4.6　典型直升机机体动力学问题剖析……………………………（55）</div>
<div>　3.5　工程设计案例…………………………………………………（62）</div>
<div>　　3.5.1　全机结构动力学建模…………………………………………（62）</div>
<div>　　3.5.2　全机动特性分析……………………………………………（62）</div>
<div>　　3.5.3　全机动响应分析……………………………………………（63）</div>
<div>　　3.5.4　机体结构动力学试验…………………………………………（64）</div>
<div>　　3.5.5　机体结构动力学模型修正……………………………………（67）</div>
<div>　　3.5.6　全机振动响应评估…………………………………………（67）</div>
<div>第4章　旋翼与机体耦合动力学……………………………………（69）</div>
<div>　4.1　引言…………………………………………………（69）</div>
<div>　4.2　地面共振和空中共振问题的物理本质………………………（70）</div>
<div>　4.3　防止地面共振和空中共振的设计措施………………………（71）</div>
<div>　　4.3.1　防止地面共振的措施…………………………………………（71）</div>
<div>　　4.3.2　防止空中共振的措施…………………………………………（73）</div>
<div>　　4.3.3　发生地面共振时的现象和处置办法…………………………（73）</div>
<div>　4.4　设计准则………………………………………………（73）</div>
<div>　　4.4.1　旋翼与机体耦合稳定性设计准则……………………………（73）</div>
<div>　　4.4.2　旋翼与机体耦合动特性设计准则……………………………（75）</div>
<div>　4.5　旋翼与机体耦合动力学建模…………………………………（75）</div>
<div>　　4.5.1　机体模型……………………………………………………（75）</div>
<div>　　4.5.2　旋翼模型……………………………………………………（76）</div>
<div>　　4.5.3　气动模型……………………………………………………（83）</div>
<div>　　4.5.4　只考虑旋翼摆振运动的地面共振分析模型………………………（86）</div>
<div>　　4.5.5　旋翼与机体耦合动力学综合分析模型…………………………（88）</div>
<div>　4.6　旋翼与机体耦合动力学设计与验证…………………………（91）</div>
<div>　　4.6.1　旋翼与机体耦合动力学设计与验证流程………………………（91）</div>
<div>　　4.6.2　地面共振和空中共振设计要求的确定…………………………（94）</div>
<div>　　4.6.3　旋翼与机体耦合动特性设计…………………………………（105）</div>
<div>　　4.6.4　地面共振和空中共振详细分析………………………………（106）</div>
<div>　　4.6.5　旋翼与机体耦合动特性和响应分析…………………………（133）</div>
<div>　　4.6.6　旋翼与机体耦合稳定性验证试验与设计改进……………………（139）</div>
<div>　　4.6.7　旋翼与机体耦合振动飞行试验与评估…………………………（143）</div>
<div>　4.7　飞控系统对耦合稳定性的影响与主动控制……………………………（143）</div>
<div>　　4.7.1　飞控系统对耦合稳定性的影响………………………………（143）</div>
<div>　　4.7.2　旋翼与机体耦合稳定性主动控制……………………………（144）</div>
<div>第5章　传动链扭振动力学…………………………………………（147）</div>
<div>　5.1　引言…………………………………………………（147）</div>
<div>　5.2　设计准则………………………………………………（148）</div>
<div>　5.3　扭振动力学建模………………………………………………（148）</div>
<div>　　5.3.1　扭振特性分析模型…………………………………………（148）</div>
<div>　　5.3.2　扭振稳定性分析模型…………………………………………（150）</div>
<div>　5.4　扭振动力学设计与验证………………………………………（151）</div>
<div>　　5.4.1　扭振动力学设计与验证流程…………………………………（151）</div>
<div>　　5.4.2　扭振设计与分析……………………………………………（152）</div>
<div>　　5.4.3　扭振稳定性设计与分析………………………………………（155）</div>
<div>　　5.4.4　扭振动力学试验……………………………………………（157）</div>
<div>　　5.4.5　扭振动力学设计改进…………………………………………（158）</div>
<div>　5.5　工程设计实例…………………………………………………（159）</div>
<div>　　5.5.1　扭振分析实例………………………………………………（159）</div>
<div>　　5.5.2　扭振稳定性分析实例…………………………………………（161）</div>
<div>第6章　直升机振动控制……………………………………………（163）</div>
<div>　6.1　引言…………………………………………………（163）</div>
<div>　6.2　直升机振动及其测量评价……………………………………（164）</div>
<div>　　6.2.1　直升机的振动特征…………………………………………（164）</div>
<div>　　6.2.2　直升机的振动测量…………………………………………（167）</div>
<div>　　6.2.3　直升机振动测量的基本方法…………………………………（168）</div>
<div>　　6.2.4　直升机振动测量的数据处理…………………………………（169）</div>
<div>　　6.2.5　直升机振动水平的评价………………………………………（169）</div>
<div>　6.3　直升机振动控制的基本策略…………………………………（172）</div>
<div>　6.4　直升机振动被动控制技术……………………………………（174）</div>
<div>　　6.4.1　动力吸振技术………………………………………………（174）</div>
<div>　　6.4.2　振动隔离技术………………………………………………（179）</div>
<div>　6.5　直升机振动主动控制技术……………………………………（186）</div>
<div>　　6.5.1　直升机振动主动控制技术的技术分类及概况……………………（186）</div>
<div>　　6.5.2　直升机振动主动控制技术的基本原理…………………………（189）</div>
<div>　　6.5.3　直升机振动主动控制技术的算法简述…………………………（191）</div>
<div>　6.6　直升机型号振动控制设计流程………………………………（196）</div>
<div>　　6.6.1　设计目标……………………………………………………（197）</div>
<div>　　6.6.2　设计策划……………………………………………………（197）</div>
<div>　　6.6.3　工程详细设计………………………………………………（198）</div>
<div>　　6.6.4　飞行试验验证………………………………………………（198）</div>
<div>　6.7　直升机振动主动控制设计思路及案例………………………（199）</div>
<div>　　6.7.1　作动器………………………………………………（199）</div>
<div>　　6.7.2　加速度传感器………………………………………………（201）</div>
<div>　　6.7.3　控制器………………………………………………（201）</div>
<div>　　6.7.4　旋翼转速同步………………………………………………（202）</div>
<div>　　6.7.5　应用案例……………………………………………………（202）</div>
<div>第7章　武装直升机特有的动力学问题……………………………（204）</div>
<div>　7.1　引言…………………………………………………（204）</div>
<div>　7.2　武器安装的动力学设计………………………………………（205）</div>
<div>　7.3　武器发射对直升机的影响……………………………………（207）</div>
<div>　7.4　瞄准具及其安装………………………………………………（209）</div>
<div>　　7.4.1　瞄准具对载机振动环境的适应性……………………………（209）</div>
<div>　　7.4.2　瞄准具与航炮的相容性………………………………………（211）</div>
<div>　　7.4.3　桅杆式瞄准具………………………………………………（213）</div>
<div>　　7.4.4　悬臂式外部装备……………………………………………（214）</div>
<div>　7.5　动态参数测试和分析…………………………………………（217）</div>
<div>　　7.5.1　概述…………………………………………………（217）</div>
<div>　　7.5.2　试验设计……………………………………………………（218）</div>
<div>　　7.5.3　外场测试中干扰的排除………………………………………（219）</div>
<div>　　7.5.4　采样率和分析截止频率的确定………………………………（220）</div>
<div>　　7.5.5　载荷识别……………………………………………………（223）</div>
<div>参考文献……………………………………………………（225）</div>
<div> </div>

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前　　言

前言/序言：
　　航空工业被誉为“现代工业之花”，是国家战略性高技术产业，同时也是技术密集、知识密集、人才密集的行业。中国是世界航空产业格局中的后来者，而中航工业作为支撑中国航空工业发展的核心力量，履行国家使命，必须大力推进自主创新，必须在科技创新和知识创新上有所作为。
　　从2009年开始，中航工业按照航空技术体系，在科研一线技术人才中陆续遴选出近百位集团公司级“首席技术专家”。此举既是集团公司对这些技术人才技术水平和能力的肯定，也意味着集团公司赋予了他们更大的责任和使命。我们希望这些技术专家在今后的工作中，要继续发挥科研技术带头人的作用，更加注重学习和创新，不断攀登航空科技新的高峰；要坚持潜心科研，踏实工作，不断推动航空科技进步；要带队伍、育人才，打造高水平的科研队伍，努力培养更多的高层次专业技术人才，为中航工业的发展做出更大的贡献。

<div>前言/序言：</div>
<div>　　航空工业被誉为“现代工业之花”，是国家战略性高技术产业，同时也是技术密集、知识密集、人才密集的行业。中国是世界航空产业格局中的后来者，而中航工业作为支撑中国航空工业发展的核心力量，履行国家使命，必须大力推进自主创新，必须在科技创新和知识创新上有所作为。</div>
<div>　　从2009年开始，中航工业按照航空技术体系，在科研一线技术人才中陆续遴选出近百位集团公司级“首席技术专家”。此举既是集团公司对这些技术人才技术水平和能力的肯定，也意味着集团公司赋予了他们更大的责任和使命。我们希望这些技术专家在今后的工作中，要继续发挥科研技术带头人的作用，更加注重学习和创新，不断攀登航空科技新的高峰；要坚持潜心科研，踏实工作，不断推动航空科技进步；要带队伍、育人才，打造高水平的科研队伍，努力培养更多的高层次专业技术人才，为中航工业的发展做出更大的贡献。</div>
<div>　　21世纪企业的成功，越来越依赖于企业所拥有知识的质量，利用企业所拥有的知识为企业创造竞争优势和持续竞争优势，这对企业来说始终是一个挑战。正因如此，“知识管理”在航空工业等高科技产业领域得以快速推广和应用。依照这个思路，将首席技术专家们所积淀和升华出来的显性或隐性知识纳入知识管理体系，是进一步发挥其人才效益的重要方式，也是快速提升中航工业自主创新能力的重要途径。</div>
<div>　　知识管理理论的核心要义，就是把知识作为一种重要资产来进行管理，正如知识管理的创始人斯威比所说：“知识资本是企业的一种以相对无限的知识为基础的无形资产，是企业核心竞争能力的源泉。”如果专家们把其掌握的各类显性或隐性知识，用书面文字的形式呈现出来，就相当于构建了一个公共资料库，提供了一个交流平台，可以让更多的人从中受益———这就是出版这套“中航工业首席专家技术丛书”的初衷。</div>
<div>集团公司的这近百位“首席技术专家”，基本覆盖了航空工业的所有专业。每位专家撰写一部专著，集合起来，就相当于一个航空工业的“四库全书”，很有意义。在此，我要特别感谢这些专家们，他们在繁重的科研生产任务中，不辞辛劳地撰写出了自己的专著，无私地将自己的宝贵经验呈现给大家，担当起了传承技术、传承历史的责任。</div>
<div>　　相信这套丛书的出版，会使更多的航空科技工作者从中获益，也希望在一定程度上能助力中航工业的自主创新，对我国航空工业的科技进步产生积极影响。</div>
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