姚 颂,芮筱亭,王景弘

(南京理工大学 能源与动力工程学院，南京 210094)

振动是影响直升机发展的主要问题之一.对于大多数现代直升机而言，机动能力和最大前进速度受到过度振动的限制.发动机、变速箱、尾桨和旋翼质量不平衡都是振动激励源.然而直升机振动的主要来源是主旋翼.振动对直升机操作的几乎所有方面都是有害的，包括飞行员疲劳和结构完整性；降低电子设备的可靠性和操作准确度；影响相机和测量设备等机器的精度.旋翼桨叶可以模拟为旋转梁[1]，由于弹性变形和刚体运动的耦合，旋转梁的振动特性与非旋转梁的振动特性有很大差异[2].沿着梁长度变化的离心力改变了梁的整体刚度(应力刚化效应)，使固有频率和模态发生变化[3].众多研究人员针对不同的课题，采用不同的方法研究了旋转梁的动态特性.例如Southwell原理、积分矩阵法、Rayleigh Ritz法[4]、Galerkin法[5]和扰动法，以及动态刚度法，这涉及到幂级数解及使用Frobenius方法计算相应微分方程的解[6].传统的有限元法(Conventional finite element method,CFEM)[7]已被用于许多分析旋翼固有频率的问题.一种基于低自由度模型的谱有限元法(Spectral finite element method，SFEM)[8]被用于分析旋转锥形梁的运动特性.传递矩阵法用于非旋转锥形梁[9]和带裂纹的旋转梁[10]的自由振动计算.

有限元法和多体系统动力学是武器系统动力学的重要基础.然而，使用这些方法对多刚柔体耦合的复杂武器系统的振动特性计算可能带来很大的计算量和由计算不良条件引起的计算……