直升機氣彈動力學一直是直升機領(lǐng)域研究的重點、難點和熱點，無鉸式旋翼和無軸承旋翼是先進直升機的標志，傾轉(zhuǎn)旋翼直升機是高速遠程先進直升機的發(fā)展方向。本書系統(tǒng)提出和闡述了無鉸式旋翼、無軸承旋翼和傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣彈動力學的理論和方法，系統(tǒng)反映了作者近十多年來取得的一系列國際先進的研究成果。本書共14章，第1章主要介紹了先進直升機氣彈動力學研究現(xiàn)狀；第2、3章分別闡述了旋翼槳葉和可變翼型槳葉動態(tài)失速氣動力模型；第4、5章分別闡述了復(fù)合材料梁和復(fù)合材料旋翼槳葉幾何精確結(jié)構(gòu)力學；第6、7章分別闡述了懸停和前飛狀態(tài)下復(fù)合材料旋翼槳葉幾何精確氣彈動力學；第8-10章分別闡述了無軸承旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)氣動機械動力學以及含不同槳尖形狀和黏彈減擺器的無軸承旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)氣動機械動力學；第11-14章分別闡述了傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣彈動力學建模與求解方法、動態(tài)傾轉(zhuǎn)旋翼氣彈分析、轉(zhuǎn)換飛行時傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣彈分析和螺旋槳飛機模式前飛時傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣彈動力學。本書是國內(nèi)外第一部系統(tǒng)闡述先進直升機氣彈動力學的專著，適用于航空、航天、力學、機械等領(lǐng)域，特別是直升機領(lǐng)域和飛行器設(shè)計領(lǐng)域的高校師生和相關(guān)研究院所等企事業(yè)單位的科技工作者。
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作為項目負責人，承擔包括國家自然科學基金、預(yù)研、創(chuàng)新類的國家級科研項目10多項，其中單項科研經(jīng)費最高的項目達2202萬元。1.共軸旋翼/機體耦合動力學與機體振動控制（本書依托項目）2.機體結(jié)構(gòu)損傷容限分析與評定（本書依托項目）3.壓電疊層作動器驅(qū)動的直升機撐桿結(jié)構(gòu)振動主動控制系統(tǒng)研究（本書依托項目）等
目錄
前言
第1章 緒論
1.1 引言 001
1.2 直升機旋翼構(gòu)型及特點 001
1.3 直升機旋翼氣彈動力學研究現(xiàn)狀 005
1.3.1 旋翼氣動力環(huán)境及氣彈動力學特點 005
1.3.2 復(fù)合材料旋翼槳葉氣彈研究現(xiàn)狀 008
1.4 直升機旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)氣動機械動力學研究現(xiàn)狀 014
1.4.1 旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)動力學特點 014
1.4.2 “地面共振”和“空中共振”研究現(xiàn)狀 015
1.5 傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣彈動力學研究現(xiàn)狀 018
1.5.1 傾轉(zhuǎn)旋翼直升機構(gòu)型及特點 018
1.5.2 螺旋槳飛機模式前飛時的氣彈動力學研究現(xiàn)狀 023
1.5.3 轉(zhuǎn)換飛行時的氣彈動力學研究現(xiàn)狀 025
1.6 本書特色及內(nèi)容安排 027
第2章 旋翼槳葉動態(tài)失速氣動力與入流模型
2.1 引言 030
2.2 動態(tài)失速氣動力模型 030
2.2.1 Peters有限狀態(tài)氣動力模型 031
2.2.2 ONERA動態(tài)失速氣動力模型 036
2.2.3 Leishman-Beddoes動態(tài)失速氣動力模型 039
2.3 動態(tài)入流模型 043
2.3.1 動態(tài)失速的二維動態(tài)入流模型 043
2.3.2 Peters-He三維有限狀態(tài)動態(tài)入流模型 044
2.3.3 旋翼自由尾跡入流模型 048
2.3.4 傾轉(zhuǎn)旋翼尾跡動態(tài)彎曲入流模型 056
第3章 可變翼型槳葉動態(tài)失速氣動力模型
3.1 引言 061
3.2 ONERA動態(tài)失速氣動力模型的改進 061
3.3 翼型總氣動力 063
3.4 可變翼型氣動載荷計算與驗證 064
3.4.1 翼型坐標系及翼型形狀改變 065
3.4.2 后緣小翼偏轉(zhuǎn)但翼型不做變距運動的可變翼型 066
3.4.3 未變形翼型動態(tài)失速 068
3.4.4 后緣小翼偏轉(zhuǎn)且翼型做變距運動的可變翼型 070
3.5 Peters-He三維有限狀態(tài)動態(tài)入流計算與驗證 078
第4章 復(fù)合材料梁幾何精確結(jié)構(gòu)力學
4.1 引言 083
4.2 廣義Timoshenko梁幾何精確結(jié)構(gòu)力學建模 084
4.2.1 幾何非線性三維彈性分析 084
4.2.2 二次漸近精確應(yīng)變能 086
4.2.3 廣義Timoshenko應(yīng)變能 088
4.3 一維梁幾何精確運動方程及求解 091
4.4 復(fù)合材料梁幾何精確結(jié)構(gòu)力學模型驗證 097
4.4.1 復(fù)合材料薄壁盒形梁算例驗證 097
4.4.2 彎曲斜率和扭轉(zhuǎn)角驗證 098
4.4.3 旋轉(zhuǎn)梁固有頻率驗證 105
4.4.4 彈性耦合梁非線性變形 107
本章附錄———各薄壁盒形梁的剖面矩陣 109
第5章 復(fù)合材料槳葉幾何精確結(jié)構(gòu)力學
5.1 引言 113
5.2 復(fù)合材料槳葉靜彎曲和靜扭轉(zhuǎn) 113
5.3 復(fù)合材料槳葉共振圖 122
5.4 復(fù)合材料槳葉非經(jīng)典效應(yīng) 124
5.4.1 剖面翹曲 125
5.4.2 橫向剪切變形 135
本章附錄———各彈性耦合槳葉的剖面矩陣 141
第6章 懸停狀態(tài)下復(fù)合材料槳葉幾何精確氣彈動力學
6.1 引言 144
6.2 復(fù)合材料槳葉幾何精確氣彈建模與響應(yīng)求解方法 145
6.3 槳葉幾何精確氣彈模型驗證 149
6.4 槳葉幾何精確氣彈響應(yīng) 150
6.5 非經(jīng)典效應(yīng)對幾何精確氣彈響應(yīng)的影響 160
6.5.1 剖面翹曲對幾何精確氣彈響應(yīng)的影響 160
6.5.2 橫向剪切變形對幾何精確氣彈響應(yīng)的影響 162
6.6 槳葉幾何精確氣彈穩(wěn)定性 163
6.6.1 槳葉幾何精確氣彈穩(wěn)定性求解方法 163
6.6.2 槳葉幾何精確氣彈穩(wěn)定性驗證 164
6.6.3 槳葉橫向剪切變形對幾何精確氣彈穩(wěn)定性的影響 174
6.6.4 槳葉預(yù)彎曲對幾何精確氣彈穩(wěn)定性的影響 177
第7章 前飛狀態(tài)下復(fù)合材料槳葉幾何精確氣彈動力學
7.1 引言 186
7.2 前飛狀態(tài)下槳葉幾何精確氣彈建模 187
7.2.1 前飛狀態(tài)下槳葉幾何精確結(jié)構(gòu)建模 187
7.2.2 前飛狀態(tài)下槳葉氣動力建模 188
7.2.3 前飛狀態(tài)下旋翼配平算法 189
7.3 前飛狀態(tài)下槳葉幾何精確氣彈響應(yīng) 192
7.3.1 空間域有限元離散 192
7.3.2 Newmark數(shù)值積分法氣彈響應(yīng)求解 193
7.3.3 槳葉幾何精確氣彈響應(yīng)的收斂性 195
7.3.4 旋翼槳葉氣彈響應(yīng)飛行實測數(shù)據(jù)驗證 210
7.4 前飛狀態(tài)下槳葉非經(jīng)典效應(yīng)對幾何精確氣彈響應(yīng)的影響 214
7.4.1 彈性耦合效應(yīng)對槳葉幾何精確氣彈響應(yīng)的影響 214
7.4.2 橫向剪切變形對槳葉幾何精確氣彈響應(yīng)的影響 223
7.5 前飛狀態(tài)下槳葉幾何精確氣彈穩(wěn)定性 227
7.5.1 前飛狀態(tài)下槳葉幾何精確氣彈穩(wěn)定性求解 227
7.5.2 前飛狀態(tài)下槳葉幾何精確氣彈穩(wěn)定性驗證 227
7.6 槳葉橫向剪切變形和預(yù)彎曲對幾何精確氣彈穩(wěn)定性的影響 230
7.6.1 槳葉橫向剪切變形對幾何精確氣彈穩(wěn)定性的影響 230
7.6.2 槳葉預(yù)彎曲對幾何精確氣彈穩(wěn)定性的影響 231
第8章 無軸承旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)氣動機械動力學
8.1 引言 236
8.2 坐標系 236
8.3 旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)氣動機械動力學方程 239
8.3.1 耦合結(jié)構(gòu)虛位能 240
8.3.2 耦合結(jié)構(gòu)虛動能 242
8.3.3 耦合結(jié)構(gòu)外力虛功 245
8.4 旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)動力學方程有限元離散 249
8.4.1 無軸承旋翼槳葉單元離散 250
8.4.2 無軸承旋翼槳葉邊界條件 252
8.4.3 無軸承旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)有限元矩陣組集 255
8.5 無軸承旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性瞬態(tài)求解 256
8.5.1 無軸承旋翼槳葉模態(tài)分析 256
8.5.2 旋翼耦合配平計算 257
8.5.3 時間域瞬態(tài)擾動分析 259
8.6 無軸承旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性驗證 261
8.6.1 無軸承旋翼槳葉動力學模型驗證 262
8.6.2 無軸承旋翼耦合配平算法驗證 264
8.6.3 耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性驗證 265
第9章 不同槳尖形狀無軸承旋翼／機體
耦合結(jié)構(gòu)氣動機械動力學
9.1 引言 269
9.2 不同槳尖形狀的耦合結(jié)構(gòu)氣動機械動力學建模 269
9.2.1 槳尖坐標系 270
9.2.2 槳尖動力學方程 272
9.2.3 槳尖有限元方程 278
9.3 單折槳尖無軸承旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性 284
9.3.1 槳尖前掠和后掠對耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性的影響 284
9.3.2 槳尖上反和下反對耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性的影響 285
9.3.3 槳尖形狀組合對耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性的影響 287
9.3.4 槳尖尖削對耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性的影響 289
9.4 雙折槳尖無軸承旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性 291
9.4.1 雙折槳尖對耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性的影響 292
9.4.2 外側(cè)后折槳尖下反角對耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性的影響 293
9.4.3 外側(cè)后折槳尖后掠角對耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性的影響 295
9.4.4 內(nèi)側(cè)前折槳尖前掠角對耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性的影響 297
9.4.5 內(nèi)側(cè)前折槳尖起始位置對耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性的影響 298
9.4.6 外側(cè)后折槳尖起始位置對耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性的影響 299
第10章 有黏彈減擺器的無軸承旋翼／機體耦合結(jié)構(gòu)氣動機械動力學
10.1 引言 301
10.2 黏彈減擺器非線性ADF模型 302
10.2.1 非線性遲滯模型參數(shù)識別的改進粒子群算法 303
10.2.2 ADF模型參數(shù)識別 307
10.3 黏彈減擺器非線性ADF模型集成 310
10.4 有黏彈減擺器的耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性 314
10.4.1 地面工作時有黏彈減擺器耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性 315
10.4.2 懸停狀態(tài)下有黏彈減擺器耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性 322
10.4.3 前飛狀態(tài)下有黏彈減擺器耦合結(jié)構(gòu)氣動機械穩(wěn)定性 329
第11章 傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣彈動力學
11.1 引言 338
11.2 模型假設(shè)與參數(shù)無因次化 338
11.2.1 模型假設(shè) 338
11.2.2 模型參數(shù)無因次化 339
11.3 坐標系 340
11.4 傾轉(zhuǎn)旋翼直升機各部件結(jié)構(gòu)動力學建模 344
11.4.1 槳葉結(jié)構(gòu)動力學建模 345
11.4.2 機翼／短艙耦合結(jié)構(gòu)動力學建模 346
11.4.3 機體結(jié)構(gòu)動力學建模 347
11.4.4 槳葉與機翼的空間有限元離散 347
11.4.5 多槳葉坐標系變換 348
11.5 傾轉(zhuǎn)旋翼直升機的旋翼氣動力模型 349
11.5.1 基于 ＯＮＥＲＡ 非定常氣動力模型的傾轉(zhuǎn)旋翼氣動力
模型 349
11.5.2 氣動力模型修正 353
11.6 傾轉(zhuǎn)旋翼直升機的機翼氣動力模型 354
11.7 傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣彈動力學方程組集與求解 355
11.7.1 旋翼／短艙／機翼半展耦合結(jié)構(gòu)動力學方程組集 355
11.7.2 旋翼／短艙／機翼／機體全展耦合結(jié)構(gòu)動力學方程組集 356
11.7.3 傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣彈動力學方程求解方法 358
第12章 動態(tài)傾轉(zhuǎn)旋翼氣彈分析
12.1 引言 361
12.2 動態(tài)傾轉(zhuǎn)旋翼配平操縱 361
12.3 動態(tài)傾轉(zhuǎn)旋翼氣彈響應(yīng) 365
12.4 動態(tài)傾轉(zhuǎn)旋翼氣動載荷 367
12.5 動態(tài)傾轉(zhuǎn)旋翼氣彈穩(wěn)定性 372
第13章 轉(zhuǎn)換飛行時傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣彈分析
13.1 引言 378
13.2 轉(zhuǎn)換飛行時傾轉(zhuǎn)旋翼直升機配平操縱 378
13.3 轉(zhuǎn)換飛行時傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣彈響應(yīng) 382
13.4 轉(zhuǎn)換飛行時傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣動載荷 389
13.5 轉(zhuǎn)換飛行時傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣彈穩(wěn)定性 394
第14章 螺旋槳飛機模式前飛時傾轉(zhuǎn)旋翼直升機氣彈動力學
14.1 引言 407
14.2 前飛時半展耦合結(jié)構(gòu)準定常氣彈動力學 407
14.2.1 半展耦合結(jié)構(gòu)準定常氣彈動力學建模 407
14.2.2 半展耦合結(jié)構(gòu)動力學模型驗證 411
14.2.3 半展耦合結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)顫振運動圖像 415
14.2.4 含機體自由度的半展耦合結(jié)構(gòu)氣彈穩(wěn)定性 422
14.2.5 機翼具有彎扭耦合的半展耦合結(jié)構(gòu)氣彈穩(wěn)定性 423
14.3 前飛時全展耦合結(jié)構(gòu)準定常氣彈穩(wěn)定性 433
14.3.1 全展耦合結(jié)構(gòu)氣彈穩(wěn)定性 433
14.3.2 全展耦合結(jié)構(gòu)氣彈穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響 437
14.4 前飛時傾轉(zhuǎn)旋翼直升機非定常氣彈動力學 441
14.4.1 前飛時傾轉(zhuǎn)旋翼直升機非定常氣彈動力學建模 441
14.4.2 前飛時旋翼非定常氣動力建模 441
14.4.3 前飛時傾轉(zhuǎn)旋翼機非定常氣彈穩(wěn)定性 443
參考文獻 445
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