飞行汽车旋翼桨叶的优化设计研究

【摘要】随着现代交通运输工具的不断革新与发展，国际上掀起了关于飞行汽车的研究热潮。飞行汽车兼具汽车和航空器的主要部件，既可以在地面上行驶，也可以在空中飞行，具有优异的陆空两栖机动性能。旋翼式飞行汽车的桨叶振动控制一直是飞行汽车优化设计中的关键问题，针对该问题，本文以优化桨叶的动力学特性为目标，在参考国内外相关研究成果的基础上，利用有限元方法对飞行汽车的旋翼桨叶进行了拓扑优化研究，并在此基础上探索性地设计了一种新型的充气式旋翼桨叶。依据某飞行汽车旋翼桨叶的设计参数，建立了由大梁、配重、填芯、后缘条和蒙皮五个部分组成的桨叶有限元模型，并进行了20阶的模态分析，得到了桨叶前20阶的模态参数。在对桨叶进行模态分析的基础上，对桨叶大梁的动力学特性进行了研究，对比了二者前20阶模态的固有频率和振型，得到了二者易发生共振的频率区间。在此基础上，以刚度最大化为目标函数，分别对桨叶大梁的整体结构和横截面进行了拓扑优化研究，并对比分析了不同参数下的拓扑优化结果，最后对其中具有代表性的算例进行了深入研究。在总结桨叶大梁的各个拓扑优化结果的基础上，对桨叶大梁进行了二次建模。依据飞行汽车对旋翼桨叶的特殊要求，开创性地提出了一种充气式旋翼桨叶的总体设计方案。充气式桨叶采用碳纤维布作为加强蒙皮，极大地提高了充气式桨叶的抗弯刚度和承载能力。对充气式桨叶的承载能力进行初步验证，结果表明，充气式桨叶满足旋翼桨叶的基本使用要求，理论上具备可行性。
【作者】马龙飞；
【导师】李立州；王亚芳；
【作者基本信息】中北大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】飞行汽车；旋翼桨叶；模态分析；拓扑优化；充气式桨叶；

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