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1引论1

1.1 直升机的动力学问题及其在型号研制中的地位1

1.1.1 直升机动力学的基本问题1

1.1.2 直升机动力学在型号研制中的地位2

1.2 解决直升机动力学问题的技术路线3

1.3 编写本手册的考虑3

2直升机的振源4

2.1 直升机的主要振源概况及分类4

2.1.1 振源分析的重要性与地位4

2.1.2 外部环境引起的激振力4

2.1.3 内部环境引起的激振力4

2.1.4 分类5

2.2 旋翼的激振力5

2.2.1 桨叶由于交变气动环境及操纵引起的气动激振力5

2.2.2 桨叶根部的作用力及力矩7

2.2.3 桨根力的合成及旋翼整体振型12

2.2.4 桨毂激振力19

2.2.5 桨毂激振力的传递26

2.3 尾桨的激振力27

2.4 旋翼的质量及气动不平衡引起的激振力29

2.5 旋翼尾流的激振力31

2.6 机体结构振动引起的平台环境31

2.7 旋翼激振力的预估及抑制33

2.7.1 预估的一般方法及现状33

2.7.2 抑制旋翼激振力的设计措施34

参考文献34

3旋翼、尾桨动力学35

3.1 概述35

3.2 旋翼动力学设计37

3.2.1 旋翼动力学设计要求37

3.2.2 改善桨叶气动弹性响应的设计途径37

3.2.3 旋翼各参数对桨叶气动弹性响应的影响38

3.2.4 桨叶运动自由度之间的耦合42

3.2.5 改善旋翼气动弹性稳定性的设计途径45

3.2.6 失速颤振47

3.2.7 旋翼与机体耦合的稳定性48

3.3 旋翼桨叶动力特性分析49

3.3.1 引言49

3.3.2 旋转桨叶在挥舞面内的弯曲振动49

3.3.3 旋转桨叶在摆振面内的弯曲振动50

3.3.4 旋转桨叶扭转振动51

3.3.5 桨叶动力特性计算方法51

3.3.6 旋转桨叶挥舞-摆振-扭转耦合振动分析59

3.3.7 桨叶振动的共振图73

3.3.8 固定座标系内旋翼的整体运动75

3.3.9 复杂结构的动力特性分析77

3.4 旋翼桨叶气动弹性响应分析80

3.4.1 引言80

3.4.2 气动力80

3.4.3 桨叶气动弹性响应计算的伽辽金法83

3.4.4 桨叶气动弹性响应计算的逐步积分法84

3.5 旋翼桨叶气动弹性稳定性分析85

3.5.1 引言85

3.5.2 变距-挥舞耦合气动弹性稳定性分析86

3.5.3 挥舞-摆振耦合的气动弹性稳定性分析91

3.5.4 无铰式或无轴承式旋翼桨叶气动弹性响应和稳定性分析96

3.6 尾桨动力学特点106

3.6.1 引言106

3.6.2 尾桨的结构形式106

3.6.3 尾桨结构动力学参数特点107

3.6.4 尾桨动力学设计特点109

3.6.5 尾桨动力稳定性问题113

3.7 旋翼、尾桨动力学试验要求117

3.7.1 概述117

3.7.2 旋翼、尾桨的动力特性试验117

3.7.3 旋翼、尾桨气动弹性稳定性试验118

3.7.4 旋翼、尾桨的气弹响应试验119

附录Ⅰ 有限元素法在桨叶动力特性计算中的实例120

附录Ⅱ 经典颤振的算例123

参考文献129

4机体动力学131

4.1 机体动力学概论131

4.1.1 机体的功能与结构131

4.1.2 机体动力学的研究内容131

4.1.3 机体动力学研究方法132

4.2 机体的有限元模型132

4.2.1 机体结构的基本假设132

4.2.2 有限元的基本概念134

4.2.3 桁架式和梁式机体结构的有限元模型135

4.2.4 薄壁机体结构的有限元模型140

4.3 机体结构的固有特性分析142

4.3.1 固有模态理论142

4.3.2 机体结构的固有振动特性--瑞利商145

4.4 机体结构的自由度减缩146

4.4.1 机体结构的特点146

4.4.2 超单元的基本概念147

4.4.3 内部自由度减缩147

4.4.4 自由度减缩后的动力学方程148

4.4.5 界面自由度减缩一超节点的形成149

4.4.6 质量矩阵的非一致形成法150

4.5 粘性阻尼机体的动力学分析151

4.5.1 比例粘性阻尼机体的动力学特性151

4.5.2 一般粘性阻尼机体的动力学特性152

4.5.3 粘性阻尼机体动力学的一般解一时域响应分析154

4.5.4 粘性阻尼机体动力学的传递函数一拉氏域响应分析157

4.6 机体结构的动力修改160

4.6.1 动力修改的基本概念160

4.6.2 小修改情况的模态摄动法161

4.6.3 耦合模态摄动法164

4.7 机体结构的动力学设计168

4.7.1 问题的提出168

4.7.2 机体结构的动特性优化设计问题168

4.7.3 机体结构动特性优化设计方法171

4.8 机体结构数学模型优化技术173

4.8.1 机体结构数学模型优化问题的提法173

4.8.2 试验建模与分析建模的相关性分析174

4.8.3 动力学特性矩阵优化技术176

4.8.4 有限元模型优化技术179

参考文献180

5动力/传动系统及操纵系统动力学181

5.1 动力/传动系统及操纵系统动力学的基本问题181

5.1.1 动力/传动/旋翼（尾桨）机械扭振系统的强迫振动181

5.1.2 动力/传动/旋翼（尾桨）机械扭振系统与发动机控制系统耦合的动稳定性问题181

5.1.3 发动机振动及传动轴的横向振动181

5.1.4 操纵系统的“轴向”运动的动力特性182

5.1.5 操纵拉杆的横向弯曲振动182

5.2 动力/传动系统的扭转振动182

5.2.1 当量系统182

5.2.2 只考虑旋翼基阶模态的动力/传动系统扭转固有特性计算188

5.2.3 计入桨叶弹性变形的动力/传动系统扭转固有特性计算198

5.3 动力/传动机械扭振系统与发动机控制系统耦合的动稳定性问题202

5.3.1 动力学模型的建立203

5.3.2 动稳定性的分析204

5.3.3 消除动不稳定性的设计措施与设计方法205

5.4 操纵系统“轴向”运动的动力特性207

5.4.1 系统的构成207

5.4.2 动力特性的确定208

5.4.3 动刚度特性的应用218

5.5 操纵拉杆的横向（弯曲）振动219

5.5.1 系统的构成219

5.5.2 振源及设计准则219

5.5.3 动力学模型219

5.5.4 设计及减振分析220

参考文献220

6直升机减振技术222

6.1 概述222

6.1.1 一般的减振技术222

6.1.2 降低直升机全机振动水平的途径226

6.2 直升机被动减振技术228

6.2.1 动力减振228

6.2.2 振动隔离242

6.3 直升机主动减振技术256

6.3.1 主动减振概述256

6.3.2 主动动力吸振257

6.3.3 主动振动隔离260

6.3.4 高阶谐波控制265

附录Ⅰ 矩阵P的元素271

附录Ⅱ 矩阵A、 B、 C、D的元素273

参考文献276

7旋翼—机体耦合系统动不稳定性分析与综合279

7.1 旋翼—机体耦合振动系统的动不稳定性问题及其预防措施279

7.1.1 旋翼—机体耦合振动系统的动不稳定性问题的物理本质279

7.1.2 旋翼振动系统280

7.1.3 机身振动系统281

7.1.4 发生“地面共振”时的现象和处置办法281

7.1.5 预防措施281

7.2 “地面共振”分析模型及动力稳定性计算方法284

7.2.1 平面动力模型284

7.2.2 空间动力模型293

7.2.3 安全转速图304

7.3 “地面共振”动力学参数测定305

7.3.1 质量、转动惯量和重心位置的测定305

7.3.2 刚度、阻尼特性的测定306

7.3.3 机体动力特性（桨毂中心频响函数）的测定312

7.4 基于机体频响函数实测数据的“地面共振”判别方法314

7.4.1 基于低频段频响函数实测数据的“地面共振”判别方法314

7.4.2 基于高频段频响函数实测数据的“地面共振”判别方法316

7.5 “地面共振”地面开车试验321

7.5.1 试验目的321

7.5.2 试验条件321

7.5.3 激振方法322

7.5.4 数据记录和处理322

7.6 系留状态的“地面共振”分析322

7.6.1 直升机系留状态的种类322

7.6.2 钢索无预紧系留状态“地面共振”分析322

7.6.3 钢索预紧系留状态“地面共振”分析323

7.6.4 其它类型系留状态“地面共振”分析323

7.7 滑跑时的“地面共振”分析324

7.7.1 直升机滑跑时的特点及产生“地面共振”的机理324

7.7.2 轮胎滚动时侧向刚度、阻尼特性计算324

7.7.3 直升机滑跑时桨叶减摆器阻尼特性计算325

7.7.4 滑跑时的“地面共振”计算327

7.7.5 算例计算结果331

7.8 一个减摆器失效时的“地面共振”分析332

7.8.1 运动方程332

7.8.2 基于基础各向同性假设下的计算方法332

7.8.3 基础各向异性情况下的计算方法333

7.8.4 算例计算结果336

7.9 无铰旋翼直升机“地面共振”和“空中共振”分析337

7.9.1 分析模型338

7.9.2 无铰旋翼直升机“空中共振”和“地面共振”计算方法341

7.9.3 算例计算结果353

参考文献355

8直升机振动、噪声环境356

8.1 座舱的振动及噪声环境356

8.1.1 振源及噪声源356

8.1.2 振动及噪声在结构里的传递357

8.1.3 振动、噪声的一般特性357

8.2 振动、噪声环境问题360

8.2.1 振动环境对设备的影响360

8.2.2 振动环境对人体的影响361

8.2.3 噪声对设备及人体的影响363

8.2.4 振动、噪声联合环境对设备和人体的影响363

8.3 处理振动、噪声环境问题的一般考虑367

8.3.1 一般考虑367

8.3.2 改善振动、噪声环境技术措施举例368

8.3.3 乘坐品质标准及设备振动环境试验标准372

8.4 振动环境条件的制订及振动环境试验技术385

参考文献385

9直升机动力学试验387

9.1 强度规范对动力学试验的要求387

9.1.1 一般结构类部件动力学试验要求387

9.1.2 特殊动力学试验要求387

9.2 动力学特性试验的基本方法388

9.2.1 模态参数识别技术388

9.2.2 试验确定部件的物理参数390

9.2.3 试验确定稳定性边界390

9.3 动力学试验的一般技术390

9.3.1 试件的安装和边界条件的模拟390

9.3.2 激励方式选择393

9.3.3 测量信号的标定395

9.3.4 动力学试验应注意的一些问题402

9.3.5 试验数据的检验408

9.3.6 试验仪器及其选用410

9.4 动力学参数的确定416

9.4.1 惯量与刚度416

9.4.2 着陆系统的刚度和阻尼422

9.4.3 桨叶减摆器的刚度与阻尼429

9.4.4 阻抗特性测量430

9.5 机身在起落架上振动时，桨毂中心频响函数测量434

9.5.1 试验目的434

9.5.2 试验条件434

9.5.3 激振系统435

9.5.4 测量系统437

9.5.5 数据处理及实例437

9.6 旋转部件的动力特性测试438

9.6.1 旋转部件上信号传输438

9.6.2 旋转旋翼的固有动力特性测试445

9.7 旋翼气动弹性和机械稳定性试验454

9.7.1 确定稳定性边界的方法454

9.7.2 悬停稳定性试验460

参考文献469

10旋翼动力相似模型设计和试验472

10.1 旋翼动力相似模型概述472

10.1.1 旋翼动力相似模型试验目的472

10.1.2 相似条件472

10.1.3 旋翼模型分类472

10.2 旋翼动力模型的相似准则数472

10.3 缩尺因子及旋翼模型设计475

10.3.1 基本量的缩尺因子475

10.3.2 旋翼动力相似模型设计方法的分类476

10.3.3 旋翼动力相似模型设计准则的选择476

10.3.4 风洞介质对模型旋翼参数缩尺因子的影响478

10.3.5 旋翼动力相似模型设计要点478

10.4 旋翼动力相似模型的检验480

10.4.1 模型旋翼桨叶弯曲刚度分布，扭转刚度分布及质量分布检验481

10.4.2 不旋转桨叶模型固有特性检验483

10.4.3 模型旋翼的静平衡检验486

10.4.4 模型旋翼的动平衡检验488

10.5 旋翼动力相似模型试验装置的一般考虑491

10.5.1 对旋翼试验台设计的要求491

10.5.2 试验装置概述491

10.5.3 旋转桨叶的激振及固有特性测试500

10.5.4 数据处理系统505

10.6 试验结果的误差分析506

10.7 旋翼模型动不稳定性风洞试验示例514

10.7.1 旋翼模型参数及试验台系统514

10.7.2 试验程序515

10.7.3 试验结果517

参考文献520

11直升机动力学飞行试验521

11.1 概述521

11.2 测量系统的标定和检查521

11.2.1 静态标定522

11.2.2 动态特性的标定和检查523

11.3 直升机飞行参数的测量524

11.3.1 一般飞行参数的测量524

11.3.2 特殊飞行参数的测量524

11.4 载荷测量526

11.4.1 机身载荷识别技术526

11.4.2 桨叶铰链力矩的测量（以旋翼桨叶为例）530

11.4.3 动力传动轴的扭矩测量532

11.4.4 压力测量533

11.5 结构的应变测量534

11.5.1 应变片及其使用技术534

11.5.2 测量电桥及导线连接536

11.5.3 直流放大器538

11.5.4 磁带记录器539

11.5.5 集流环541

11.5.6 无线电遥测系统541

11.5.7 应变测量的特殊问题545

11.5.8 测量的保证和实施546

11.5.9 测量误差547

11.6 振动测量547

11.6.1 振动测量设备547

11.6.2 振动测量设备的安装548

11.6.3 飞行试验状态548

11.7 直升机声学噪声的测量548

11.7.1 内部噪声548

11.7.2 外部噪声549

11.7.3 武器噪声测量550

11.7.4 旋翼气动噪声的测量551

11.8 瞬态响应测量551

11.8.1 着陆载荷响应551

11.8.2 滑跑载荷响应551

11.8.3 武器发射时的冲击载荷响应551

11.9 机械和气动弹性不稳定性试验552

11.9.1 机械不稳定性试验552

11.9.2 气动弹性不稳定性试验552

11.10 数据处理553

11.10.1 一般动力学数据的处理554

11.10.2 直升机动力学数据处理554

11.10.3 数据处理误差555

参考文献556