航空螺旋桨振动特性仿真分析方法研究

魏武国

（中国民用航空飞行学院航空工程学院，四川 德阳 618307）

1 引言

航空螺旋桨是安装在航空活塞发动机、涡桨发动机上的推进器，给飞机提供拉力或在飞机着陆时提供负拉力，文献[1]就从飞行试验角度给出了一种螺旋桨有效拉力的测量技术，而更多文献则侧重通过气动流场计算，分析螺旋桨自身性能或对机翼气动特性的影响[2-4]。

但为保证螺旋桨能可靠工作并满足适航性标准，还需对其振动特性进行分析，要求其在工作转速范围内避免共振、桨叶颤振、整个桨盘的涡动颤振[5-6]。共振时，桨叶在固有频率下不断从激振源中吸取能量，以致桨叶结构振动的耗散能与供给能达到平衡，给结构造成很大的振动应力，结构容易低周疲劳断裂[7]。为了保证螺旋桨合理避开共振工作点、且在工作状态下的振动应力足够小，使结构具有所要求的疲劳寿命，准确地分析、了解螺旋桨的振型、频率是最基础的工作[5-7]。

螺旋桨的振型和频率主要取决于刚度、质量分布，安装方式。在实验研究方面：文献[6]采用试验模态技术研究了单个桨叶的振动特性，虽然分析了桨叶根部连接状态对振型和频率的影响，但没有分析离心、气动载荷在桨叶中产生的预应力对振动特性的影响；文献[7]通过扫频试验获得了螺旋桨的固有频率，但没有进行外载荷作用下的螺旋桨振动频率的测定。在理论计算方面：文献[8-9]用有限元法分别对某型螺旋桨及其改型桨的桨叶、某复材螺旋桨的桨叶的振动特性进行了计算，两者都考查了桨叶在使用中是否会出现危险的共振，但在桨叶结构含预应力的动频计算中，都只考虑了离心载荷的影响，完全忽略了气动载荷。……