基于多体系统传递矩阵法的直升机武器系统动力学建模与仿真(2)
6 直升机武器系统动力响应 31
6.1 龙格-库塔法 31
6.2 直升机武器系统动力响应计算 31
6.3 直升机武器系统减振方案 34
6.4 小结 35
结 论 36
致 谢 37
参考文献38
1 绪论
1.1 研究背景和选题意义
直升机主要由机体、尾桨、旋翼、动力装置、传动装置以及一些机载飞行设备、功能仪表和其他零部件组成，靠传动装置驱动旋翼和尾桨产生升力和操纵力、操纵力矩来控制飞行。对于军用直升机，还载有武器装备，如导弹、机枪、火箭、航炮等。直升机能够垂直起降、空中悬停，而且机动性好，不需要地面专用跑道，能够根据需要任意实现前飞、后飞、俯冲等飞行状态。凭借直升机的诸多长处，直升机广泛应用于低空武装袭击、巡逻侦查、物资运输、受伤人员紧急医救输送等军事用途[2]，在许多世界局部战争和武装冲突中，扮演了非常重要的角色并充分体现了其在战场上的重要地位。因此，世界各国都在发展直升机的研究中投入了大量的人力、物力和财力，武装直升机也成为衡量各国军事力量的一项重要指标。但是，直升机的振动噪声问题一直限制着直升机的发展和使用。直升机的振动可分为两部分：一是旋翼系统、传动装置以及发动机等元部件的振动；二是机体、操纵系统、武器设备等的强迫振动[4]。直升机的振动会干扰驾驶员常规操作和机组成员的舒适程度，对元部件和机载设备的使用性能产生影响，降低使用时间。直升机的振动也会降低组件和机载设备的可靠性，提高对直升机的文修保养费用[3]。对于武装直升机，振动也会影响其作战效能和战场生存能力，是现代武装直升机的一项重要战术技术指标。因此，世界各国大量科研人员对直升机减振技术进行了大量的研究，研制出了许多振动控制手段来降低直升机的振动水平，大体上可分为被动控制方式和主动控制方式两种，被动控制方式不必从外界吸收能量，而主动控制方式需要从外界获得能量[3]。
直升机武器系统可视为由许多柔体和刚体组成的复杂多体系统，其振动与噪声水平取决于直升机多体系统动力学规律。多体系统动力学可为揭示直升机武器系统振动噪声成因、降低旋翼振动噪声提供关键技术和手段。许多工程实践及国家高新项目证明，多体系统传递矩阵法[6]作为一种全新、高程式化、高效的多体系统动力学计算方法，为多体系统动力学分析和振动分析带来了极大帮助。
1.2 多体系统传递矩阵法
1.2.1 多体系统传递矩阵法发展状况
随着飞行器、兵器、船舶、车辆、机器人等技术的发展进步，出现了大量的复杂机械系统，它们由众多彼此之间通过各种方式相联接的物体组成，例如火炮、飞行器、坦克、多管火箭等，这些系统可以被看作由若干个刚体和柔体铰接而成的多体系统。计算机的出现和发展，使对复杂多刚柔体系统进行大规模动力学数值计算成为可能。为了满足工程技术的快速发展，近几十年，各国科学家、研究人员相继发明并发展了多种多体系统动力学方法，这些快速发展起来的多体系统动力学理论和方法，为研究复杂多体系统带来了很大帮助，为现代科学技术作出了很大贡献，推进了现代工程技术的进步。一般的多体系统动力学理论方法虽然格调有所差别，但都有以下两个特点：一是都需要建立系统的总体动力学方程，二是复杂的多体系统的总体动力学方程矩阵阶次很大，一般与系统的自由度个数成正比，导致运算工作任务十分巨大。