《RotaryWing Structural Dynamics and Aeroelasticity》第二版

请叫我雷锋

《RotaryWing Structural Dynamics and Aeroelasticity》第二版
旋翼飞行器结构动力学与气动弹性力学
作者：Richard L. Bielawa
出版社：AIAA
出版时间：2006年

《RotaryWing Structural Dynamics and Aeroelasticity》第二版

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目录
Preface to the Second Edition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv
Preface to the First Edition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii
Chapter 1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 RotaryWing vs FixedWing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Chapter 2 Basic Analytical Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 Linear Single-Degree-of-Freedom System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Fourier Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 Linear Two-Degree-of-Freedom System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4 Laplace Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5 Structural Damping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6 Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.7 Vector Calculus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.8 Theorem of Coriolis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Chapter 3 Rotating Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1 Basic Equations for Bending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.2 Reference Uniform Blade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.3 Numerical Methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.4 Approximate Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.5 Two-Bladed Rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.6 Blade Torsion Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.7 Coupling Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Chapter 4 Gyroscopics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.1 Rotational Motion of a Solid Body . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.2 Simplified Gyroscope Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.3 Precession and Nutation Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
4.4 Gyroscopic Characteristics of Rotor Blades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Chapter 5 Drive System Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.1 Shaft Critical Speeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.2 Torsional Natural Frequencies of Shafting Systems . . . . . . . . . . . . . . . . 162
5.3 Special Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
xi
xii CONTENTS
Chapter 6 Fuselage Vibrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
6.1 Dynamic Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
6.2 Harmonic Rotor Hub Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
6.3 Nonrotor Sources of Fuselage Excitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
6.4 Rotor-Fuselage Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
Chapter 7 Methods for Vibration Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
7.1 Basic Modification Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
7.2 Modification of Blade Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
7.3 Modification of Fuselage Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
7.4 Vibration-Suppression Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
Chapter 8 Vibration Test Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
8.1 Basic Shake Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
8.2 Other Test Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Chapter 9 Stability Analysis Methods: Linear Systems . . . . . . . . . . . . . . . 297
9.1 Basic Concepts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
9.2 Basic Tools for Linear Systems: Constant Coefficients . . . . . . . . . . . . . 299
9.3 Linear Multiple-Degree-of-Freedom Systems:
Constant Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
9.4 Linear Multiple-Degree-of-Freedom Systems:
Periodic Coefficients (Floquet Theory) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
9.5 Nyquist Criterion for Multiple-Degree-of-Freedom Systems . . . . . . 325
Chapter 10 Mechanical and Aeromechanical
Instabilities of Rotors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
10.1 Unsymmetrical Rotor Instability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
10.2 Quasi-Steady Aerodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
10.3 RotorWeaving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
10.4 Blade Pitch-Flap-Lag Instability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
10.5 Rotordynamic Instabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
Chapter 11 Mechanical and Aeromechanical Instabilities of
Rotor-Pylon Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
11.1 Multiblade Coordinates and Rotor Modes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
11.2 Rotor-Nacelle Whirl Flutter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
11.3 Ground Resonance Instability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
11.4 Air Resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
11.5 Air Mass Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
Chapter 12 Unsteady Aerodynamics and Flutter of Rotors . . . . . . . . . . . . 447
12.1 Introduction and Classification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
12.2 Two-Dimensional Frequency-Domain Theories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
12.3 Two-Dimensional Arbitrary Motion Theories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
12.4 Bending-Torsion Flutter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
12.5 Three-Dimensional Aerodynamic Theories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
12.6 Dynamic Stall and Stall Flutter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
CONTENTS xiii
Chapter 13 Analysis of Nonlinear Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
13.2 Simple Linearization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
13.3 Transient Solutions Using Numerical Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
13.4 Quasi-Linearization for Explicit Nonlinearities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546
13.5 Numerical Methods for Stability Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
13.6 Future Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
Chapter 14 Model Rotor Testing for Aeroelastic Stability . . . . . . . . . . . . . . 557
14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
14.2 Scaling Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
14.3 Model Construction Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
14.4 Instrumentation and Test Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
14.5 Aeroelastic Considerations for Nonaeroelastic Testing . . . . . . . . . . . . . 574
Chapter 15 Elastomeric Devices for Rotorcraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
15.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
15.2 Examples of Elastomeric Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
15.3 Basic Characteristics of Elastomeric Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
15.4 Elastomeric Lead-Lag Dampers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
15.5 Other Applications of Elastomerics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
Chapter 16 Blade-Section Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
16.2 Generalized Blade Elastic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
16.3 Beams with Thin-Shell Closed-Cell Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
16.4 Multicell Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
16.5 Total Section Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616
16.6 Hygrothermal Effects in Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
16.7 Prismatic Bars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
Chapter 17 Cross-over Topics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
17.1 Interactions of the Rotor Drive and Engine/Fuel Control Systems 625
17.2 Aeroelastic Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
Chapter 18 Concluding Thoughts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
18.1 Key Historical Milestones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
18.2 What’s on the Horizon? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654
Appendix A Glossary of Rotorcraft-Related Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
Appendix B Charts for Blade Frequency Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
Appendix C Generalized Frequency-Domain
Substructure Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677
xiv CONTENTS
Appendix D Basic Equations of Motion for Ground Resonance and
Air Resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685
Appendix E Composite Materials—Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 729
Supporting Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 751

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RickLiu

学习雷锋好榜样

璀璨星空

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hsjfdl

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jjj

Good book, THANKS

wwtao_2005

好书，非常感谢！

御锋

谢谢

locksheedtiger

好资料，谢谢提供

blackbird

不知道能不能看懂，先收藏了，谢谢

大猴子

感谢