湿度环境下复合材料旋翼叶片振动特性研究及其对直升机性能的影响

直升机复合材料旋翼叶片在潮湿环境中易发生吸湿增重和材料性能退化，影响旋翼系统振动特性。研究人员通过有限元法(FEM)建立吸湿模型和动力学模型，发现吸湿主要影响叶片翼型段质量特性，PMI Foam占比越高吸湿率越大；饱和吸湿后截面刚度下降20%-30%，固有频率降低。该研究为直升机复合材料叶片设计提供重要参考。

　　

在直升机运行过程中，复合材料旋翼叶片普遍存在吸湿增重(hygroscopic weight gain)和材料性能退化现象，这直接影响旋翼系统的振动特性(vibration characteristics)。为探究湿度环境对叶片性能的影响，研究者创新性地采用有限元法(Finite Element Method, FEM)构建了双模型系统——既包含吸湿模型(hygroscopic model)，又建立了动力学模型(dynamic model)。通过系统分析发现三个关键现象：首先，湿度环境下吸湿效应主要作用于叶片翼型段(airfoil segment)的质量特性；其次，当叶片截面中PMI Foam占比越高时，其饱和吸湿率(saturated moisture absorption rate)呈现明显正相关；最值得注意的是，饱和吸湿后的叶片截面刚度(sectional stiffness)出现断崖式下跌，降幅高达20%-30%，同时固有频率(natural frequency)同步降低。通过坎贝尔图(Campbell diagram)分析证实，潮湿环境确实会对直升机振动特性产生负面影响。该研究虽然受限于实际服役环境的复杂状态变化，但其建立的模型体系和发现的关键参数变化规律，为未来直升机复合材料叶片的设计优化提供了重要理论支撑。